CRPA 抗干擾天線測試：GNSS 波前模擬與電子戰生存指南

在現代化戰爭與高階無人載具的應用中，「位置（Position）」與「時間（Timing）」是所有戰術行動的基石，然而全球導航衛星系統（GNSS）的訊號到達地面時，其強度已微弱如 2 萬公里外的一盞燭光（約 -160 dBW），這使得 GNSS 成為戰場上最脆弱的環節。

只要一個功率不到 1 瓦的廉價干擾器，就足以癱瘓方圓數公里內的民用導航；而軍規級的高功率干擾車，更能製造出覆蓋整個戰區的「導航拒止（Navigation Denied）」環境，為了在這種極端電磁環境下生存，可控輻射場型天線（Controlled Reception Pattern Antenna, CRPA） 應運而生，它不僅是一根天線，更是一套精密的空間濾波系統。

物理機制：空間濾波與數學上的「盾牌」

傳統單一天線只能區分頻率（頻域濾波）或時間（時域濾波），一旦干擾訊號與衛星訊號同頻且同時出現，單一天線便束手無策，CRPA 引入了第三個維度：空間（Space），CRPA 由多個天線單元（通常為 4、7 或更多）組成陣列，其核心原理利用了電磁波的波動性。

• 到達角（Angle of Arrival, AoA）的幾何意義：
  當一個訊號從特定方向射入天線陣列時，由於各個天線單元在空間位置上的不同，訊號到達每個單元的時間會有微小的差異，這個時間差在射頻載波上表現為相位差（Phase Difference）。
• 加權與合成：
  CRPA 內部的電子單元會對每個天線接收到的訊號施加一個特定的「權重（Weight）」，這個權重包含振幅的縮放與相位的旋轉。
• 零陷（Nulling）：
  這是抗干擾的關鍵，演算法會動態調整這些權重，使得在干擾源方向上，各個天線單元的訊號相加後互相抵消（破壞性干涉），形成一個增益極低的「深洞」，稱為零陷。
• 波束成形（Beamforming）：
  同時演算法會確保在衛星訊號的方向上，訊號相加後互相增強（建設性干涉），形成高增益的波束。

簡單來說，CRPA 就像是為接收機戴上了一副「電子墨鏡」，這副墨鏡能自動偵測強光（干擾）的來源，並在該方向上變黑（阻擋訊號），同時保持其他方向的透明。

測試挑戰：為何傳統方法無效？

要驗證 CRPA 是否真能擋住干擾，傳統的單通道訊號產生器完全派不上用場。

• 相位一致性的絕對要求：
  CRPA 的運作完全依賴於各通道間精確的相位關係，如果測試儀器輸出的多路訊號之間存在未知的相位漂移，或者電纜長度不匹配，CRPA 處理器會誤判訊號的到達角，導致零陷指向錯誤的方向，甚至將衛星訊號誤認為干擾而濾除。
• 波前（Wavefront）的重建：
  真實的訊號是以「平面波」的形式掃過天線陣列的，測試系統必須能夠計算出衛星與干擾源相對於天線陣列的幾何關係，並精確控制每一路射頻輸出的延遲與相位，以在連接器端重現這種「波前」。
• 動態場景的複雜度：
  在戰場上，載具（如戰機或飛彈）在高速運動，干擾源可能也在移動，衛星則在軌道上運行，這意味著所有訊號的到達角、都卜勒頻移與相對相位都在毫秒級地劇烈變化，測試系統必須具備極高的更新率來模擬這種動態幾何。

陣列規模與抗干擾能力

根據自由度（Degrees of Freedom）理論，一個由 N 個單元組成的陣列，理論上最多能同時抵消 N-1 個獨立的干擾源。

• 4 單元陣列：常見於輕型戰術車輛，可對抗 3 個干擾源。
• 7 單元陣列（如 GAS-1）：軍規主流配置，具備更深的零陷與更銳利的波束。
• 16 單元以上：用於高價值戰略平台，能對抗密集的蜂群式干擾攻擊。

面對從演算法驗證到整機抗干擾測試的嚴苛需求，您需要的是一套能產生「真實空間波前（Spatial Wavefront）」並具備「高動態干擾模擬能力」的測試解決方案，我們提供 CAST Navigation 的高階軍規模擬器、OHB Digital 的靈活訊號平台以及 Rohde & Schwarz (R&S) 的精密分析儀表，提供從元件級傳導測試到全功能暗室 OTA 驗證的一站式方案。

高精度波前模擬系統 (CAST-CRPA)

針對軍規與高階商用 CRPA 開發，我們推薦 CAST-CRPA 相控陣列與姿態判定導航模擬系統，這是業界公認的黃金標準，專為解決相位一致性難題而設計。

CAST-CRPA 系統是一套高精度 GNSS 波前模擬平台，支援多頻多星系訊號生成與動態 6-DOF 載具模擬，專為 CRPA 控制接收波束天線設計；可同時模擬 GNSS 與干擾訊號，具備相位一致性與可程式化能力，並搭配圖形化介面支援高度客製化場景設定，適用於軍用與商用導航測試需求。

全陣列相位同步

CAST-CRPA 系統能針對每一個天線單元（支援 4、8、16 甚至更多通道）產生獨立且相位鎖定的射頻訊號，系統內部採用專有的同步總線，確保所有通道間的載波相位誤差極低，真實重現訊號到達天線陣列的物理波前。

一體化干擾建模

系統不僅產生 GNSS 訊號，還能產生與之相位相關（Phase-Coherent）的干擾訊號，您可以設定多個干擾源（Jammer），定義其類型（如寬頻雜訊、CW、脈衝、掃頻等）與空間位置，CAST 系統會自動計算干擾訊號到達每個天線單元的相位與振幅差，讓 CRPA 處理器「感覺」到干擾是從特定方向襲來。

圖中為模擬 GPS 波前（wavefront）的系統架構，支援四個 CRPA（控制接收波束天線），每個 RF 卡模擬 12 顆 GPS 衛星訊號，並搭配 L1 與 L2 頻段的干擾器（Jammer），針對每個天線元素獨立產生 GNSS 與干擾訊號，經過合成後傳送至 CRPA 天線與天線電子模組，用於真實情境下之干擾與抗干擾測試。

6-DOF 動態載具整合

透過整合慣性導航系統（INS）模擬，CAST-CRPA 支援接收來自外部的 6-DOF（六自由度）軌跡數據，這意味著您可以模擬戰鬥機在進行高G力閃避機動時，CRPA 天線如何動態調整波束指向以維持衛星鎖定。

深入探索 SANLAB 專為國防工業打造的運動控制解決方案，涵蓋 6DoF 運動平台、穩定系統與 EL/AZ 定位器，支援從 50kg 至 25 噸的高負載測試，實現砲塔整合、雷達驗證與光電系統的高精度動態模擬。

經濟高效的實驗室驗證 (OHB XPLORA)

針對研發初期的演算法驗證或預算受限的專案，我們提供基於 OHB XPLORA 的高性價比方案。

XPLORA Pro 高階 GNSS 訊號模擬解決方案支援產生所有公共 GNSS 訊號與頻率，包含 GPS、Galileo、GLONASS、BeiDou 等，具備即時 RF 播放、數位中頻訊號產生、干擾與欺騙模擬能力，並可模擬接收器的運動、天線特性及導航訊息

軟體定義的靈活性

利用 XPLORA 強大的軟體引擎與 SDR 架構，可以同步多台 XPLORA 設備或配置多通道輸出卡，構建多通道的波前模擬環境。

客製化干擾腳本

XPLORA 允許使用者透過簡單的腳本定義複雜的干擾場景，例如模擬一個移動的干擾車沿著特定路徑行駛，驗證 CRPA 演算法的追蹤與零陷更新速度。

驗證與分析：看見不可見的「零陷」

有了訊號源，還需要能「看見」CRPA 效能的眼睛。我們提供了 R&S FSW 訊號與頻譜分析儀。

R&S FSW 訊號與頻譜分析儀，具備 8.3 GHz 寬頻寬、極低相位雜訊及 800 MHz 即時分析功能。專為 5G NR、汽車雷達及衛星 RF 測試設計，提供卓越的 EVM 和 DANL 性能。

J/S 比量測

在測試中，我們會逐步增加干擾功率，直到接收機失鎖，FSW 用於精確監測實際注入的干擾訊號比（J/S Ratio），這是評估抗干擾效能的關鍵指標。

EVM 與訊號品質

CRPA 在濾除干擾的同時，可能會對衛星訊號本身造成失真，FSW 具備先進的向量訊號分析功能，能分析經過 CRPA 處理後的訊號 EVM，確保導航資料的完整性。

1024QAM 調變訊號的分析：星座圖、結果表、符號表和 EVM 分佈

測試場景配置：從傳導到 OTA

奧創系統所整合的可控輻射天線 (CRPA) 測試解決方案解決方案涵蓋兩種主要的測試配置：

奧創系統提供一站式 CRPA 抗干擾測試方案。整合 OHB XPLORA One 與 R&S FSW，支援 4-16 元件波前模擬、暗室與戶外場域驗證。針對 GNSS 干擾與欺騙 (Spoofing) 威脅，提供客製化戰場情境模擬與零陷 (Nulling) 效能分析。

傳導測試 (Conducted Test)：

• 原理：將模擬器的 RF 輸出直接透過同軸電纜連接到 CRPA 的電子處理單元（天線後端）。
• 優勢：可重複性高，不受環境影響，適合驗證演算法。
• 關鍵技術：必須使用 相位匹配電纜（Phase-Matched Cables） 並進行嚴格的系統校準，消除電纜帶來的相位誤差。

OTA 暗室測試 (Anechoic Chamber OTA)：

• 原理：在電波暗室中，將發射天線安裝在拱形架或牆面上，分別模擬衛星與干擾源，CRPA 天線實體放置在轉台上接收訊號。
• 優勢：這是最真實的測試，能同時驗證天線單元的硬體特性（如互耦效應）與後端演算法。
• 系統整合：我們協助規劃暗室佈局，計算發射天線的位置，並透過軟體補償自由空間路徑損耗，確保到達 CRPA 表面的波前幾何正確無誤。

奧創 CRPA 測試系統範例 — 從戰場情境定義 (Scenario Config)、動態衛星星空圖 (Skyview) 到硬體迴路控制的無縫整合介面。

實際系統配置將因應您的天線單元數量、干擾規格及場地限制而有所不同，如需深入規劃與系統搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的國防與航太系統整合經驗，隨時準備為您提供最專業的配置建議與技術支援。

立即聯繫奧創系統，讓我們協助您在實驗室中築起這道看不見的防護網，確保您的載具在電子戰的硝煙中，依然能看清方向，精準打擊。