Способ борьбы с помехами СНС Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Лай Нгок Кует, аспирант, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет

COMPUTER TECHNOLOGY AND CALCULATION OF PERFORMANCE GRIDS

Lai Ngoc Quyet

This paper describes a parallel computing system and the use of Petri nets, Markov for parallel processing, as one example of a model of parallel computing has been two parameter and use Petri-Markov net.

Key words: parallel computation Petri-Markov net.

Lai Ngoc Quyet, postgraduate, [email protected]. Russia, Tula, Tula State Universitv

УДК 621.396.669

СПОСОБ БОРЬБЫ С ПОМЕХАМИ СНС

М.Б. Богданов, А.В. Прохорцов, В.В. Савельев

Рассматриваются существующие источники. Проанализированы существующие методы защиты аппаратуры СНС от помех, предложен способ борьбы с преднамеренными помехами.

Ключевые слова: спутниковая навигационная система, преднамеренные помехи, бесплатформенная инерциальная навигационная система, направление на спутник.

В последние годы широкое распространение получили спутниковые навигационные системы (СНС) ГЛОНАСС и GPS.

К основным недостаткам СНС относят неавтономность, слабую помехозащищенность, возможность отсутствия сигналов достаточного количества навигационных спутников вследствие особенностей траектории полета подвижного объекта, особенностей рельефа местности и т.д., например, ГЛОНАСС в настоящее время развернута не в полном объеме.

Выделим основные виды помех [1-4], влияющие на аппаратуру спутниковой навигационной системы (рис.1).

Принимая во внимание, что типовая аппаратура СНС представляет собой корреляционный приёмник, предкорреляционный тракт которого согласован с полосой частот полезного сигнала, можно выделить комплекс мер повышения помехоустойчивости, который условно разделим на две части [5-18]:

1) меры повышения отношения сигнал/помеха;

2) меры обеспечения устойчивости аппаратуры СНС к изменяю-

Рис. 1. Источники помех

К первой группе мер можно отнести следующие: пространственную селекцю сигналов:

а) фазированная антенная решётка (ФАР) с «максимумами» в направлениях на навигационные космические аппараты;

б) фазированная антенная решётка с «нулями» в направлениях на источники помех;

предкорреляционную обработку смеси сигналов и помех:

а) обработка спектра смеси сигналов и помех с целью подавления сосредоточенных спектральных составляющих на основе прямого и обратного дискретного преобразования Фурье;

б) обработка спектра смеси сигналов и помех с целью подавления сосредоточенных спектральных составляющих методом компенсации;

в) обработка смеси сигналов и помех во временной области.

Ко второй группе мер обеспечения высокой помехоустойчивости НАП СНС можно отнести:

защиту диапазона сигналов СНС от вторжения в него других систем;

распознание помех с целью оповещения и применения оптимальных методов повышения помехоустойчивости;

применение НАП, обладающей возможностью приема и обработки сигналов от различных СНС (ГЛОНАСС, GPS, GALILEO, SBAS (WAAS, EGNOS, MSAS));

алгоритмическую посткорреляционную обработку сигнала:

а) некогерентный приём сигналов;

293

б) алгоритмические (программные) способы помехоустойчивого выделения эфемеридной информации;

в) использование в приёмнике избыточной информации, заложенной в структуре сигнала: связь между частотой несущей и тактовой частотой кода; связь между сигналами одного спутника, передаваемыми на разных несущих частотах;

г) использование в приёмнике избыточной информации, заложенной в составе сигналов СНС (контроль целостности системы по одному или нескольким алгоритмам);

комплексирование с внешними источниками навигационной информации:

а) комплексирование с инерциальной навигационной системой;

б) использование информации о скоростях и/или ускорениях по осям объекта, о высоте и др., поступающей от дополнительных датчиков.

Очевидно, что каждый из вышеприведенных методов подавления помех эффективен лишь для определенных классов помех. Чтобы обеспечить защиту НАП от помех разных классов, необходимо объединение в едином приемно-вычислительном комплексе всех (или нескольких) методов повышения помехозащищенности. При этом комплекс должен анализировать помехи, воздействующие в данный момент времени, и принимать решение об использовании конкретных методов повышения помехозащищенности (если необходимо, комплекс должен вырабатывать целеуказния для подавителей помех).

Наибольшее влияние на приемники сигналов ОР8/ГЛОНАСС оказывают преднамеренные помехи, имитирующие сигнал, идущий от навигационного спутника[1,3]. Поэтому рассмотрим разработанный авторами способ борьбы с помехами СНС, имитирующими сигналы навигационных спутников. Данный способ относится ко второй части рассмотренного выше комплекса мер повышения помехоустойчивости.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем:

Разместим на подвижном объекте две приемные антенны аппаратуры СНС. Для простоты выкладок рассмотрим случай, когда антенны располагаются вдоль продольной оси ПО (рис.2). В общем случае антенны могут быть размещены произвольным образом.

1. По сигналам, поступающим от спутника 8 на разнесенные антенны А1 и А2, определяем косинус угла Ь между базой антенн и направлением на спутник по формуле [19]

ь Аф1

соб Р = ^—, (1)

2р- а

где Ь - угол между вектором А1А2 и направлением на спутник Б; 1 - длина волны сигналов излучаемым спутником Б; Дф - разница фаз сигналов, при-

нимаемых антеннами А1 и А2 от спутника Б; d - расстояние между антеннами А1 и А2.

э

Рис. 2. К пояснению способа борьбы с помехами СНС:

Б -спутник; А1} А2- первая и вторая антенны аппаратуры СНС;

В - точка, являющаяся центром базы антенн А1 и А2;

ОХУ2 - связанная система координат;

ОХ^^я - базовая подвижная система координат;

Ь - угол между базой антенн и направлением на спутник

2. По показаниям БИНС вычисляем матрицу направляющих косинусов (таблица 1), которая определяет положение связанной с объектом системы координат относительно базовой.

Матрица направляющих косинусов

ОХ ОУ 02

ОХ, 011 012 013

ОУя 021 с22 023

02, 031 032 033

Зная матрицу направляющих косинусов можно, определить положение продольной оси объекта в базовой системе координат, а следовательно, и положение базы антенн, т.е. положение вектора^А2, которое

определяется элементами 011, 021, 031 матрицы, т.е. вектор А1А2 можно представить в виде

А А = [сції, с21^, съхй}. (2)

3. В навигационном сигнале, передаваемом спутником, содержится информация о координатах спутника в базовой системе координат, т.е. координаты точки 8(хё§, уё8, 2ё§).

Координаты точки В определяем по показаниям БИНС (они совпадают с показаниями БИНС) В(хёВ, уёВ, гёВ).

Зная координаты точек В и Б в базовой системе координат, определяем положение вектора ВБ как

ВБ = [хв8-хвВ, УвБ-УвВ, 2в8-2вВ }. (3)

4. Находим косинус угла между векторами АхА2 и BS :

p_ c11d • (xgS -xgB) + c21d ■ (YgS -ygB ) + c31d ■ (zgS -zgB )

cos p — 1 == 1

'V(xgS -xgB )2 + (ygS -ygB )2 + (zgS -zgB )2 •y (c11d)2 + (c21d)2 + (c31d2) или после преобразования

* c11(xgS-xgB ) + c21(ygS - ygB ) + с31( zgS-zgB ) ...

cosp ——1 & & & —. (4)

V(xgS-xgB )2 + (ygS - ygB)2 + (zgS -zgB )2

5. Сравниваем между собой значения косинусов углов (или самих

углов), вычисленных по формулам (1) и (4).

В том случае, если вычисленные по формулам (1) и (4) углы совпадают с допустимой погрешностью между собой, то навигационный сигнал считается истинным и используется для дальнейшей обработки, а если направления не совпадают, то, следовательно, это либо переотраженный сигнал, либо сигнал помехи.

Проведенное математическое моделирование показало работоспособность предлагаемого способа борьбы с помехами СНС, имитирующими сигналы навигационных спутников, путем привлечения информации от БИНС. На данный способ подана заявка на получение патента РФ на изобретение № 2011144430 от 3.11.2011.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект №1008-97504.

Список литературы

1. Кашаев И.А., Смык С.И., Шейгас А.К. Уязвимость систем аэронавигационного обеспечения // Збірник науковых праць Харківського університету Повітряних Сил ім. I. Кобедуба. 2008. Вип. 1(16).

2. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования: учебник. М.: ИКФ «Каталог», 2002. 106 с.

3. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000.

4. http://gps-club.ru/gps think/detail.php?ID=49749

5. Казаков А.Е., Водяных А. А. Пути повышения помехозащищенности навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем // Системи обробки інформаціі. 2007. Вип. 1 (59).

6. Генике А. А. Побединский Г.Г. Глобальные спутниковые системы местоположения и их применение в геодезии. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Картгеоцентр, 2004. 355 с.

7. Варавва В.Г., Кирейчинко В.А. Контроль целостности GNSS в бортовых навигационных системах // Проблемы безопасности полетов. 1992. №9.

8. Веремеенко В.А., Тихонов В.А. Навигационно-посадочный комплекс на основе спутниковой радионавигационной системы // Радиотехника. 1996. №1. С.94-99.

9. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 3-е, перераб. М.: Радиотехника,

2005. 688 с.

10. Демьянов В.В. Оперативная оценка качества навигационных определений спутниковых радионавигационных систем // Авиакосмическое приборостроение. 2007. Вып. 12.

11. Дмитриев С.П., Осипов А.В. Автономный контроль целостности спутниковой навигационной системы на основе многоальтернативной фильтрации // VII Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. С.-Петербург, 2000. С.159-160.

12. Дубинко Ю.С., Дубинко Т.Ю. Использование робастных оценок для построения RAIM алгоритмов в аппаратуре потребителя СНС // Г иро-скопия и навигация. 1999. №2. С. 55 - 74.

13. Ефименко В.С., Харисов В.Н. Характеристики оптимальной пространственно-временной оценки параметров сигнала // Радиотехника.-

2006. №7. С.71-74.

14. Уязвимость спутниковых навигационных систем при воздействии непреднамеренных и преднамеренных помех и перспективы повышения надежности координатно-временного обеспечения/ В.С. Жолнеров [и др.] // Новости Навигации. 2004. №1. C.21-35.

15. Авиационные применения спутниковых приемников в условиях помех / А.И. Задорожный [и др.] // Материалы 3-й Международной конференции «Планирование глобальной радионавигации». М., 2000.

16. Немов А.В., Кирсанов И.Ю. Технология помехоустойчивого измерения пространственной ориентации летательных аппаратов по сигналам GPS/ГЛОНАСС для персспективного бортового радионавигационного комплекса // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2001. №4. С.50-55.

17. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба: (средства и способы подавления и защиты радиоэлектронных систем). М.: Воениздат, 1981. 320 с.

18. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / В. С. Шебшаевич [и др].; под ред. В. С. Шебшаевича. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1993. 408 с.

19. Использование системы NAVSTAR для определения угловой ориентации объектов./ В.Н. Абросимов [и др.] // Зарубежная радиоэлектроника. 1989. №2. С.46-53.

БогдановМ.Б., канд. техн. наук, докторант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Прохорцов А.В., канд. техн. наук, с.т.с., научный сотр., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Савельев В.В., д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

METHOD FOR CONTROLLING INTERFERENCE SA TELLITE NA VIGA TION SYSTEM M.B. Bogdanov,A.V. Prohortsov,V.V. Savelyev

Reviews existing sources. Analyzed the existing methods of protection against interference SNA devices, a method of struggle with Jamming.

Key words: satellite navigation system, indigenous, intentional interference, strap-down inertial navigation system, the direction of the satellite.

Bogdanov M.B., сandidate of technical sciences, doctoral candidate, [email protected], Russia, Tula, Tula state university,

Prokhortsov A.V., candidate of technical sciences, senior research associate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Savelyev V.V., doctor of technical sciences, professor, head of a chair, [email protected], Russia, Tula, Tula State University