CC BY
39
- вязкость МЖ в состоянии без влияния внешнего магнитного поля должна составлять порядка 1000 - 1100 сСт;
После проведения поиска и анализа, была выбрана магнитная жид-кость МЖ-131 производства ООО «Аквасил» (г. Москва). Характеристики МЖ-131 согласно паспорта качества [4] и ТУ 2229001-51032852-2002 и ПМС-1000 согласно источника [5] приведены в Таблице 2.
Далее были проведены сравнительные исследования крутильных колебаний на стенде с демпфером, в котором, в качестве наполнителя использовались силиконовая жидкость ПМС-1000 и МЖ-131 (без влияния и с влиянием внешнего магнитного поля).
Для получения внешнего магнитного поля было собрано оригинальное устройство (Рисунок 3), включающее в себя катушку индуктивности с сердечником и источник питания постоянного тока.
Результаты экспериментов представлены в Таблице 3, а графики развития напряжений в валу стенда в зависимости от вида наполнителя, на Рисунке 4.
Графики развития напряжений представлены на Рисунке 4.
Из полученных графиков видно, что:
- при использовании магнитного поля для влияния на магнитную жидкость происходит сдвиг резонансной частоты колебаний - с 27,8 до 27,0 Гц;
- напряжения в валу от крутильных колебаний при росте величины магнитного поля (от нулевого до максимального значения), снижаются с 5,60 МПа до 4,57 МПа, то есть в 1,22 раза, что связано с увеличением вязкости МЖ;
- снижение напряжений и характер графика развития напряжений при применении ПМС-1000 и МЖ-131 происходит практически
идентично.
Выводы, которые можно сделать по выполненному исследованию:
- Применение магнитной жидкости на основе ПЭС позволяет снизить крутильные колебания;
- Демпфирующие характеристики при использовании ПМС-1000 и МЖ-131 практически идентичны;
- Применение внешнего магнитного поля и изменение его величины, позволяет изменять демпфирующие характеристики демпфера крутильных колебаний и резонасную частоту колебаний, что делает возможным создание автоматизированного универсального демпфера.
Литература:
1. Терских В.П. Крутильные колебания валопровода силовых установок. т.1 - 4, -Л: Судостроение, 1977.
2. Покусаев М.Н. Демпфирование крутильных колебаний в валах судовых дизелей: моделирование, экспериментальные и натурные исследования. Автореферат диссертации на соискание учёной степени д.т.н., Астрахань, 2005. - 40 с.
3. Глухов А.Н. Исследование функциональных свойств силиконовых демпферов судовых дизелей для решения задач диагностики. Диссертация на соискание уч. степени к.т.н., Астрахань, 2006. - 120 с.
4. Паспорт качества на магнитную жидкость МЖ-131, ООО «Аква-сил», 2013. - 2 с.
5. ГОСТ 13032-77. Жидкости полиметилсилоксановые. Изд-во Стандартов, 1997, - 16 с.
УДК 621.396.98:639.2.055:656.61.052
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ СУДНА ВСЛЕДСТВИЕ ПОТЕРИ СИГНАЛА НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Стороженко А.В., Судоходная компания «Northern Marine Management» Глазго, аспирант кафедры «Судовождение», ФЭВТ и СВ,
ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» Попов В.В., д.т.н., профессор кафедры «Судовождение», ФЭВТ и СВ, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени
адмирала Ф.Ф. Ушакова»
Аванесова Т.П., к.п.н., доцент кафедры «Иностранные языки», ФЭВТ и СВ, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени
адмирала Ф.Ф. Ушакова»
Актуальность данной проблемы обусловлена сложностью обеспечения позиционирования судна при прохождении зон с потерей сигнала спутника, приводящей к аварийным ситуациям, и одновременно использованием эффективных технологий счисления пути.
Ключевые слова: позиционирование, визуальное наблюдение, потеря сигнала спутника, подавление сигналов, система счисления пути, электронные картографические навигационные информационные системы, ложные показания, подмена сигнала спутника.
SOME ISSUES DUE TO LOSS OF VESSEL POSITIONING NAVIGATION SYSTEM
SIGNAL
Storozhenko A., Northern Marine Management Company, Glasgow, The post-graduate student of the Navigation chair, FSEIHE «Admiral
Ushakov Maritime State University» Popov V., Doctor of Techniques, Professor of the Navigation chair, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University» Avanesova T., Associate Professor, Foreign Languages Chair, the Navigation chair, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University»
The relevance of this problem is caused by difficulty of ensuring ship's positioning when passing the zones with lost satellite signals resulting in emergencies, at the same time - effective dead reckoning technologies appliance.
Keywords: ships positioning, visual observation, GPS signal loss, jamming signal, DR mode, ECDIS, incorrect data. GPS Spoofing
Одной из навигационных проблем при позиционирования судна, проходящего в зоне подавления сигналов (jamming signal) GPS приемника, связана с нарушением в показаниях прибора, передающего географические координаты на навигационное оборудование. Искажение информации может происходить в тех случаях, когда в сигнал, поступающий от спутника на приёмоиндикатор пользователя (ПИ), будет искусственно вноситься погрешность военными ведомствами, имеющими доступ к контролю ГНСС. При определенных обстоятельствах, методами получения координат могут быть радиолокационная прокладка в условиях плавании вблизи фиксированных СНО (средств навигационного оборудования), или же счисление пути судна по известным параметрам (курс и скорость) при прохождении в открытом море. Поскольку сигнал не только подавляется, но и может быть принят как ложный, следует
контролировать получаемые данные при ведении исполнительной прокладки. К примеру, приняв ГНСС как основным методом определения места судна, необходимо осуществлять постоянную проверку движение места судна по заданной траектории. Используя показания лага и курсоуказателей, судоводитель имеет возможность проверить сигнал на достоверность[1, 10].
Математическую модель сигнала СНС GPS можно представить формулой [2].
Sk = Dk(t)Ck(t)cos(G>t+<pk) + n(t) (1)j
где Dt - информационный бит; Ct расширяющий код; ц фаза, обусловленная доплеровским смещением частоты; n(t) шумовая компонента.
Приемники спутниковой навигации регистрируют траекторную информацию в виде матрицы:
/
т2
Latr Lat2
Lot 2г Lon2
ALT1 ALT7
\
Tfli—i ALTpj_i
TN latN LonN ALTn J
где T - время момента регистрации данных; Lat, Lon, ALT. -широта, долгота и высота местонахождения приемника в момент регистрации данных; 1 > i < N, N - количество зарегистрированных точек [3].
Во избежание потери сигналов необходимо усиление наблюдения в регионах с повышенной вероятностью подавления сигналов. Зная курс и скорость судна, на морской традиционной или электронной карте откладываются отрезки пути, равного скорости судна и ведется счисление пути посредством визуального пеленга при переключении в DR mode таких навигационных средств как электронные картографические навигационные информационные системы ECDIS. При обнаружении некорректного показания GPS приемника, следует немедленно оповещать ближайшие береговые станции, - системы управления движением судов, а также администрации флага, операторов судоходных компаний [4].
Следует обратить внимание на информацию, включающую в себя такие параметры как: а) название судна, б) идентификационный номер судна, в) дата и время происшествия, г) местоположения судна, д) использование эффективного оборудования, е) продолжительность потерянного сигнала, ж) оборудование для передачи контактной информации.
В любом случае необходимо быстро реагировать на ситуацию потери сигнала с целью безопасного движения. Для этого не рекомендуется брать во внимание только показания GPS. Заблаговременно определяются зоны потери сигнала, и используется лоцманская проводка, с помощью которой можно следовать безопасно в прибрежной зоне. Так, например, пассажирское судно было посажено на мель в хорошую погоду из-за того, что полностью полагались на показания устройства GPS приемника в автоматическом режиме счисления пути в зоне потери сигнала, не обращая внимания на то, что антенна не функционировала в полном объёме. Подобное может происходить в результате использования ECDIS в автоматическом режиме ведения счисления пути в зоне потери сигнала [2, 5, 12].
Потеря сигнала может происходить не только в случаях скрытия военных объектов в зоне судоходных путей для торгового флота, но и при различных атаках мошенников при использовании устройств, имитирующих сигнал, фальсифицирующий место положения (GPS Spoofing). На рис. 1 отображены курс судна и зона потери сигнала.
GPS Spoofing является атакой, пытающейся обмануть GPS приемник при передаче более ложного сигнала, чем полученный от спутников GPS, тем самым заставляя «... получателя неверно определять свое местоположение.» [6]. Ложное позиционирование происходит в результате получения сигнала со спутника, структурированного с надлежащими задержками только при определении заданной цели атакующим. Вредоносность атаки GPS Spoofing не была подтверждена и доказана, хотя выносилась на широкое обсуждение. Известно, что системы GPS работают при определении
времени от спутника до объекта, необходимого для передачи сигнала. При проведении атаки широковещательно передаётся более мощный сигнал, передающий корректную позицию с последующим отклонением от курса следования, заданной атакующим. Таким образом, перемещение повлечёт за собой потерю сигнальной блокировки, а атакующий прибор станет работать в качестве передатчика помех. Имитаторы сигналов, предназначенные для тестирования навигационных систем, выпускаются серийно и доступны в продаже. Сам по себе он является маломощным прибором, действующим в радиусе десятка метров. Для повышения мощности ложного сигнала GPS используются усилители. Сначала дублируются сигналы, полученные со спутников до полного соответствия. При слиянии ложных и настоящих сигналов навигационная система отфильтровывает данные как помехи со спутника. Тем самым, получая контроль над целью, происходит отклонение от заданного курса [7, 11].
Результатом подобных атак были захваты самолётов и посажены суда на мель в регионах с потерей сигнала, среди которых можно назвать американский беспилотник Lockheed RQ 170 в северовосточном Иране в декабре 2011. А в июле 2013 году студентам из университета Остина, Техас, удалось отклонить от курса 213-футовую яхту стоимостью в восемьдесят миллионов долларов [8].
Происходит подобное из-за уязвимости систем позиционирования. Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС), аналогичная американской NAVSTAR GPS, разработана по заказу министерства обороны СССР и предназначена для «. оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования ...» [6]. Во избежание получения ложных сигналов местонахождения объектов необходим ресивер для обнаружения задержки и их обработки соответствующей х(у) корреляции.
Функция корреляции определяется как [9]: 1022
Гк (m) = Х X(t)Xk (t + m)
0 (2), где rk значение корреляции; xt локальная копия сигнала спутника k; х принятый сигнал; m фаза потери сигнала позиционирования (m 6 [0,1022]).
На рис. 2 отображена структура подмены с помощью х(у) корреляции, где приёмопередатчик "GEO bent-pipe", расположенный над объектом, обрабатывает все характеристики точек его позиционирования с помощью фильтра. Получаемые сигналы от фиксированной антенны или маломощных приёмников, расположенных на суше, искажаются и передаются на объект [8].
Объект должен иметь антенну, перехватывающую ложные сигналы с помощью х(у) корреляции, для того, чтобы отследить истинное положение для проложенного курса.
На графике искажения сигналов пунктиром отмечено искажение истинного сигнала (см. рис. 3).
На рис. 4 даны векторы истинного а и ложного Ь сигналов с ротацией искажения. (Оа и юЬ .
Таким образом, при сравнительном анализе исходных данных по вопросу потери сигнала со спутника при позиционировании судна, следует отметить, что предотвращение и смягчение эффекта помех должно стать объектом исследований для разработчиков систем связи. Для блокирования реальной угрозы интеллектуальнымисполни-тельным системам на транспорте необходимо размещать детекторы,
Рисунок 1 пример прохождения судном зоны с потерей сигнала со спутника.
Spoofing Detection via P(Y) Correlation
6PS Satellite
Broadcast segments of delayed, digitally-signed features
UEvrith
- receiver for delayed, digitally-signed P(Y] features
- delayed processing to delect spoofing via P{V| feature correlation
Secure uplink of delayed, digitally-signed P(Y) features
Transmitter of delayed, digitally-signed P[V) features
Secure antenna/receiver «/processing to estimate P(V| features (or a single antenna or a distributed set of single-antennas)
Рисунок 2 - Обнаружение подмены с помощью P(Y) корреляции.
Рисунок 3 - График искажения сигналов.
позволяющие подсчитать количество используемых подавителей с целью их разоблачения. На каждом транспортном средстве должны использоваться и обновляться устройства определения искаженных сигналов и их подавление в процессе движения судна.
Литература:
1. Карюкин Г. Е. Расширение функциональных возможностей спутниковых радионавигационных систем путем совершенствования методов навигационных определений и обработки информации. Дисс. ... канд. техн. наук.- М.: МГТУГА, 2006;
2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. - 2-е изд. / Пер. с англ. - М.: Вильямс, 2003. - 1104 с.
3. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под. ред. А.И. Петрова, В.Н. Харисова. Изд. 3-е, перераб. - М. : Радиотехника, 2005. -688 с.
4. Носков А.А. Использование ECDIS для планирования и контроля перехода: Учебное пособие. - Новороссийск: НГМА, 2002. - 106 с.
5. Дмитриев С.П. Фильтрационный подход к задаче целостности спутниковой радионавигационной системы / С.П. Дмитриев, А.В. Осипов. - Радиотехника, 2002. №1. - С. 39 - 47.
6. [Электронный ресурс] URL: http: ru.m.wikipedia.org (дата обращения: 25.07.2016).
Рисунок 4 - График истинного и ложного сигналов.
7. Kaplan E.D. Understanding GPS Principles and Applications. -Boston: Ashtech House Puplishers, 1996.
8. [Электронный ресурс] URL: http: habrahabr.ru/company/ neuronspace/blog/254877 (дата обращения: 25.07.2016).
9. Borre K., Akos D.M., Bertelsen N., Rinder P., Jensen S.H. A Software-Defined GPS and Galileo Receiver: A Single-Frequency Approach (Applied and Numerical Harmonic Analysis). - Boston, MA: Birkhquser, 2007.
10. Tsui J. Fundamentals of Global Positioning System Receivers. - Hoboken: John Wiley & Sons Inc, 2005.
11. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации - М.: Эко-Трендз, 2000. С - 67-85.
12. Analysis of Misunderstanding during Communication at Sea and Effective Technologies of its Elimination = Анализ ложного понимания при коммуникации в море и эффективные технологии его устранения / Л.С Шверова, Т.П. Аванесова. // Theoretical and Applied Sciences in the USA: Papers of the 4th International Scientific Conference (June 25, 2015. Cibunet Publishing. New York, USA. 2015. C. 44"49.
13. Демьянов В.В.,Лицкевич А.П.,Попов В.В. Проблемы обеспечения качества больших морских информационных систем связи.-М: Академия транспорта, 1997. С 200-207.
14. Долматов Б.М., Попов В.В. Научные аспекты создания автоматизированных информационно-идентификационных систем безопасности мореплавания в портах южного бассейна России.- М: Росконсульт, 2001.-495 с.
