Экспериментальная проверка помехозащищенности американской спутниковой навигационной системы GPS.

Канд. биологических наук М.П.Иванов, д-р техн. наук В.В.Кашинов

Экспериментальная проверка помехозащищенности навигационной системы, использующая фазоманипулированные (ФМ) сигналы показала, что GPS подвержена элементарной организованной помехе. В качестве помехи используется моночастотный сигнал по частоте близкий к несущей ФМ-сигнала. В результате между несущей сигнала и помехой возникают биения, что приводит к искажениям суммарного сигнала, делающего невозможным его прием коррелятором.

В американскойспутниковойнавигационнойсистемеGPS NAVSTARиспользуются фазоманипулированные (ФМ) сигналы [1], считавшиеся наиболее помехозащищенными [2].Вовремени ФМ сигнал представляет собой синусоиду, фаза которой в заданные моменты времени меняется на противоположную. В приемнике GPS осуществляется приемпосылки,когда1битпередается с помощью1024элементарныхФМ-посылок, т.е.применяется коррелятор,сворачивающийимеющуюсявприемнике копию с принимаемым сигналом, т.е. осуществляетсяприем1024 элементов в целом [3].

В статье [4] рассматривается несколькодругой вариант- помехоустойчивость поэлементного приема фазоманипулированных сигналов на фоне наиболее неблагоприятных помех. Другими словами, вариационными методами синтезирована оптимальная помеха поэлементному приему фазоманипулированного сигнала. В этойжестатье показано, что активная помеха в виде расстроенной несущей при определенных условиях практически (разница менее 1%) эквивалентна оптимальной помехе. Этот факт можно объяснить возникновением биений между несущей ФМ-сигнала и несущей активной помехи. Формула (1) является формулой суммы синусов

Asinw t + Asin(w +D w )t = 2Acos(D w /2)tсos(w +D w /2)t, (1)

где A v амплитуда сигнала; w - частота несущей ФМ-сигнала; D w - расстройка несущей активной помехи относительно частоты сигнала. Поскольку проще немодулированнойнесущей активную помеху представить себе трудно, то представляется важным исследовать эффективность приема ФМ-сигнала в целом при наличии активной помехи в виде расстроенной несущей, аналогично предложению статьи [3].

Полоса пропускания входных цепей коррелятора не может быть уже величины примерно 1/t , где t - длительность элементарной посылки ФМ-сигнала. А для увеличения точности измерения времени прихода полоса пропускания должна быть больше. Если в пределах полосы пропускания входных цепей коррелятора GPS окажется помеха в виде немодулированной несущей, между ФМ-сигналом и помехой возникнут биения (1), представляющие собой несущую частоту, расположенную между частотой ФМ-сигнала и частотой помехи. Эта несущая оказывается промодулированной по амплитуде частотой, равной разности частот ФМ-сигнала и помехи, а фаза в соседних максимумах биений сдвинута на 180 градусов (Рис.1). При расстройке частоты на величину порядка 1/t фаза меняется примерно так, как у исходного ФМ-сигнала. В результате сложения ФМ-сигнала и помехи получится сигнал, далекий от исходного ФМ-сигнала, поэтому на выходе коррелятора сигнальная компонента будет значительно подавлена. В результате работа GPS в радиусе действия станции помех (примерно прямая видимость) нарушится. Для проверки данного теоретического предположения был проведен эксперимент.

Сигнал манипуляции

Фазоманипулированный сигнал

Суперпозиция сигнала и помехи

Рис.1

Методика эксперимента

Для проведения эксперимента был взят серийный приемник фирмы ?ASHTECH¦ типа OEM ?Sensor¦ (12 канальный, одночастотный F₀ =1575,42 МГц с открытым C/A кодом), программное обеспечение ver.1E11DRP. Антенна GPS (самолетная) P/N AT 575-12, фирмы ?Aero Antenna Technology Inc.¦ с типовым кабелем длиной 10м. Антенна располагалась на высоте 15м над землей. В качестве передатчика активной помехи использовался высокочастотный генератор стандартных сигналов типа Г4-78, максимальная выходная мощность на выходе 0,0001Вт; выходной аттенюатор от 0дБ до -130дБ; генерация непрерывная, суммарная максимальная погрешность установки частоты генератора по шкале 0,2%. Антенной передатчика служил полуволновой вибратор, расположенный на высоте 1м. Расстояние между антенной передатчика помех и приемника GPS изменялось от 0 до 200м. Для индикации использовалась IBM PC с программой приема, отображения, регистрации и управления для приемника GPS-ashmono.exe.

Результаты эксперимента

1. При работе передатчика помехи (ГСС) на мощности 0,0001Вт при введенном аттенюаторе -14дБ в диапазоне частот от 1576МГц до 1579МГц приемник не захватывал ни одного из видимых спутников GPS. При выключении активной помехи (ГСС) приемник GPS принимал сигналы и обрабатывал информацию от 5 спутников (Рис.2).

2. При настройке ГСС в пределах 1575МГц до 1576МГц при выведенном аттенюаторе мощность принимаемого от спутников сигнала падала, а работа приемника GPS была ненадежной.

3. Наибольшее воздействие на приемник оказывает организованная помеха в диапазоне частот от 1576МГц до 1579 МГц.

4. Перемещение передатчика помех в отрицательные углы обзора антенны приемника GPS не сказывается на эффективности глушения сигналов GPS.

5. Пересчет энергетики радиолинии показывает, что при мощности передатчика помех порядка 1Вт дальность глушения в свободном пространстве может достигать 500км.

Следует иметь в виду, что эксперименты проводились с одним типом приемника GPS.

Зависимость количества принимаемых спутников от частоты помехи

Зависимость количества пр

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать