CC BY
67Решетневскуе чтения. 2013
УДК 629.7.05
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ НАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ОТ ЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ
С. С. Красненко1, А. В. Пичкалев1, А. В. Гребенников2
:ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: [email protected]
2ОАО «НПП «Радиосвязь» Россия, 660021, г. Красноярск, ул. Декабристов, 19. E-mail: [email protected]
Рассматривается необходимость внедрения защиты от помех для навигационной аппаратуры на борту космических аппаратов. Радиоугломерная аппаратура, кроме определения пространственной ориентации космического аппарата, позволяет обеспечивать помехозащищенность навигационных приемников от ложных сигналов.
Ключевые слова: радиоугломерная навигационная аппаратура, пространственная ориентация, помехозащищенность.
MAINTENANCE OF NOISE IMMUNITY OF NAVIGATING RECEIVERS OF SPACE VEHICLES FROM FALSE SIGNALS
S. S. Krasnenko1, A. V. Pichkalev1, A. V. Grebennikov2
1JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: [email protected]
2JSC "SPE "Radiosvjaz" 19, Dekabristov str., Krasnoyarsk, 660021, Russia. E-mail: [email protected]
The necessity of introduction of protection against hindrances for navigating equipment onboard space vehicles is considered. The goniometric radio equipment except definition of spatial orientation of the space vehicle helps to provide noise immunity of navigating receivers from false signals.
Keywords: goniometrical navigation equipment, spatial orientation, noise immunity.
Сегодня технология спутникового координатно-временного обеспечения посредством навигационных систем ГЛОНАСС/GPS востребована для объектов не только на поверхности Земли и околоземном пространстве, но и для космических аппаратов (КА), находящихся на орбитах выше, чем орбиты навигационных КА (НКА), в том числе геостационарных и высокоэллиптических (ГСО и ВЭО). Наличие соответствующих навигационных приемников (НП) на борту КА значительно упрощает определение его местонахождения [1].
По мере все более широкого распространения НП различного назначения к ним растут требования по обеспечению высокой надежности и помехозащищенности, в том числе защиты от ложных навигационных сигналов (НС) в результате либо нештатной работы НКА, либо специально наведенных имитационных помех (ИП).
Преимущества использования ИП по сравнению с мощными маскирующими помехами подтверждены в ходе практических экспериментов. Особенно ощутимы выигрыши при воздействии на аппаратуру с адаптивными антенными решетками. Естественно, что при наличии существенных преимуществ применения ИП не могли остаться незамеченным. Действительно, на протяжении последних нескольких лет через средства массовой информации появляются факты о практическом применении ИП. Так, в 2011 году в Иране «посадили» американский беспилотник Lockheed Martin
RQ-170 Sentinel. После этого на протяжении года в США были проведены успешные эксперименты по воздействию ИП на незащищенный С/А-код GPS.
КА, находящиеся на круговых орбитах с высотами ниже 19 000 км (высота орбит НКА), являются более защищенными от ложных НС. Их приемные антенны расположены в верхней части КА. Нештатно функционирующие НКА могут быть легко селектированы и игнорированы, а для наведения ИП требуются другие КА, летящие над ними, что крайне сложно и дорого для реализации. Приемные антенны КА, находящегося на ГСО, направлены на Землю, так как улавливают сигналы от НКА перед их заходом и выходом из-за Земли. Это значит, что бортовой НП такого КА легко подвергается наведению ложного сигнала в результате нештатной работы НКА либо с поверхности Земли. В последнем случае соответствующая наземная имитационная аппаратура постановкой индивидуальной ИП для конкретного объекта с известными координатами может полностью дезориентировать КА и «увести» его из своей рабочей точки стояния с заданными координатами.
Проблема защиты НП на борту КА от ИП является весьма важной. Существуют так называемые «простые» методы выявления в НП ложных НС, которые относительно просто реализуются в современных приемниках и, очевидно, должны учитываться при их создании:
Системы управления, космическая навигация и связь
- слежение за абсолютной мощностью каждой несущей частоты НС;
- слежение за скоростью изменения мощности сигнала;
- слежение за относительными мощностями принимаемого сигнала;
- ограничение и сравнение скоростей динамики кода и фазы;
- проверка доплеровского смещения частоты;
- взаимная корреляция несущих частот НС;
- остаточный анализ сигнала;
- проверка полученных эфемероидных данных;
- обнаружение резкого скачка сигнала.
Все эти методы считаются «простыми» в силу их давнего применения, отработанности и широкой известности. Однако необходимо учитывать существенное усложнение как самих НП, так и их программно-математического обеспечения при использовании этих методов.
Кроме указанных способов защиты можно предложить реализуемые уже сегодня относительно более сложные (отрабатываемые) способы различения сигналов НКА и ИП, использующие их пространственные отличия. Они предполагают наличие вместо одной ненаправленной антенны нескольких антенных элементов, которые давно уже стали привычной составляющей помехозащищенных приемников военного назначения в США.
В основе пространственных методов защиты от помех лежит различие радиоволн, приходящих к НП от НКА и от постановщика помех, обусловленное разными направлениями прихода. Хотя ИП может воспроизвести любой вид сигнала как функцию от времени, единственный способ формирования им пространственной радиоволны, подобной радиоволне сигнала, - это расположение постановщиков ИП на линии визирования от НП к НКА. Только в этом случае форма радиоволны ИП практически не будет отличаться от формы радиоволны полезного сигнала. В противном случае демаскирование ИП гарантировано. Пространственные методы являются наиболее эффективной и надежной защитой от ИП.
Наличие нескольких антенных элементов и возможность определения направления прихода НС позволяет НП решать не только навигационные, но и угломерные задачи. Таким образом, становится возможным позиционировать не только координаты, но и пространственное положение объекта относительно навигационных систем ГЛОНАСС/вР8.
Для решения навигационной задачи и обеспечения помехозащищенности наилучшим образом подходит широко внедряемая на подвижные объекты радиоугломерная аппаратура, позволяющая определять координаты, скорость, направление движения объекта и его пространственную ориентацию. Вся выпускаемая радиоугломерная аппаратура потребителей использует интерферометрический метод измерения направлений сигналов от НКА, при котором измеряемыми параметрами являются углы между осями объекта и векторами направления сигнала от каждого НКА. Осью объекта считается условно проведенная прямая через две приемные навигационные антенны, распо-
ложенные на борту КА. За счет измерения разности фаз несущего сигнала от НКА, принятого разнесенными в пространстве антеннами, можно определить угол между осью (базой) объекта-потребителя и направлением сигнала от НКА. При этом расстояние между разнесенными антеннами (длина базы) может быть либо известным, либо неизвестным. Если длина базы известна, то координаты вектора-базы вычисляются с большей точностью, после чего пересчитыва-ются в значения азимута, угла места и крена в случае двух баз [2; 3].
Исходя из вышесказанного следует, что внедрение радиоугломерной аппаратуры на борт КА, находящегося на ГСО, позволит НП определить место излучения ИП за счет определения угла между осями объекта и векторами направления НС. Таким образом, выявление несоответствия между координатами НКА (известных из переданного в навигационном сообщении альманаха) и непосредственным местом излучения НС позволяет определить ложные сигналы и исключить их из расчета. Таким образом, наличие радиоугломерной аппаратуры на борту КА, находящихся на ГСО, позволяет без значительного удорожания и увеличения массогабаритных характеристик бортовой аппаратуры решить проблему помехозащищенности бортовых НП за счет выявления и исключения ложных НС, а также дополнительно повысить точность пространственной ориентации КА.
Библиографические ссылки
1. Фурманов В. В., Зубавичус В. А., Комаров В. А. и др. Двухсистемный навигационный приемник космического аппарата. Патент РФ № 112401, МПК G01C21/24.
2. Пичкалев А. В., Кочев Ю. В., Гребенников А. В. Радиоугломерная аппаратура для задач ориентации и стабилизации // Тез. докл. 2-й Междунар. науч.-техн. конф. / под общ. ред. Н. А. Тестоедова ; ОАО «Информационные спутниковые системы» ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. С. 142-144.
3. Фатеев Ю. Л. Определение угловой ориентации объектов на основе глобальных навигационных спутниковых систем // Радиотехника. 2002. № 7. С. 51-56.
References
1. Furmanov V. V., Zubavichus V. A., Komarov V. A. i dr. Dvyhsistemnui navigacuonnui priemnik kosmicheskogo apparata // Patent RF № 112401, MPK G01C21/24.
2. Pichkalev A. V., Kochev U. V., Grebennikov A. V.. Radiogoniometric navigating equipment for orientation and stabilization problems // Navigacionnue sputnikovue sistemu, ih rol I znachenie v zhizni sovremennogo cheloveka. Krasnoyrsk, 2012. Pp. 142-144.
3. Fateev U. L. Opredelenie yglovoi orientacii obektov na osnove globalnyh navigacionnyh spytnikovyh system. // Radiotehnika. № 7. 2002. Pp. 51-56.
© Красненко С. С., Пичкалев А. В., Гребенников А. В., 2013
