Экспериментальная проверка помехозащищенности американской спутниковой навигационной системы GPS

Экспериментальная проверка помехозащищенности американской спутниковойнавигационной системы GPS.канд.биологических наук М. П. Иванов,д-р техн. наук В. В. КашиновЭкспериментальнаяпроверка помехозащищенности навигационной системы, использующаяфазоманипулированные ФМ сигналы показала, что GPS подвержена элементарнойорганизованной помехе. В качестве помехи используется моночастотный сигнал почастоте близкий к несущей ФМ-сигнала.В результате между несущей сигнала ипомехой возникают биения, что приводит к искажениям суммарного сигнала,делающего невозможным его прием коррелятором.

Вамериканской спутниковой навигационной системе GPSNAVSTAR используются фазоманипулированные ФМ сигналы 1 , считавшиесянаиболее помехозащищенными 2 . Во времени ФМ сигнал представляетсобой синусоиду, фаза которой в заданные моменты времени меняется напротивоположную.В приемнике GPS осуществляется прием посылки, когда 1 бит передается спомощью 1024 элементарных ФМ-посылок, т.е. применяется коррелятор, сворачивающий имеющуюся в приемникекопию с принимаемым сигналом, т.е. осуществляется прием 1024элементов в целом 3 .В статье 4 рассматривается несколько другой вариант - помехоустойчивостьпоэлементного приема фазоманипулированных сигналов на фоне наиболеенеблагоприятных помех.

Другими словами, вариационными методами синтезированаоптимальная помеха поэлементному приему фазоманипулированного сигнала.Вэтой же статье показано, что активная помеха в виде расстроеннойнесущей при определенных условиях практически разница менее 1 эквивалентна оптимальной помехе.

Этот факт можно объяснить возникновениембиений между несущей ФМ-сигнала и несущей активной помехи. Формула 1 являетсяформулой суммы синусовAsinw 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 частотысигнала.Поскольку проще немодулированной несущей активную помехупредставить себе трудно, то представляется важным исследоватьэффективность приема ФМ-сигнала в целом при наличии активной помехи в видерасстроенной несущей, аналогично предложению статьи 3 .Полосапропускания 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 бытьбольше.Если в пределах полосы пропускания входных цепей коррелятора GPSокажется помеха в виде немодулированной несущей, между ФМ-сигналом и помехойвозникнут биения 1 , представляющие собой несущую частоту, расположенную между частотой ФМ-сигнала и частотой помехи.

Эта несущая оказываетсяпромодулированной по амплитуде частотой, равной разности частот ФМ-сигнала ипомехи, 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 исходногоФМ-сигнала.В результате сложения ФМ-сигнала и помехи получится сигнал, далекийот исходного ФМ-сигнала, поэтому на выходе коррелятора сигнальная компонентабудет значительно подавлена. В результате работа GPS в радиусе действия станциипомех примерно прямая видимость нарушится.

Для проверки данноготеоретического предположения был проведен эксперимент.СИГНАЛ МАНИПУЛЯЦИИФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫЙСИГНАЛСУП ЕРПОЗИЦИЯ СИГНАЛА ИПОМЕХИ Рис.1Sensor 12 канальный, одночастотный F0 1575,42 МГц с открытым C Aкодом , программное обеспечение ver.1E11DRP. Антенна GPS самолетная P N AT575-12, фирмы ?Aero Antenna Technology Inc. с типовым кабелем длиной10 м. Антенна располагалась на высоте 15 м над землей.

В качествепередатчика активной помехи использовался высокочастотный генератор стандартныхсигналов типа Г4-78, максимальная выходная мощность на выходе 0,0001 Вт выходной аттенюатор от 0 дБ до -130 дБ генерация непрерывная,суммарная максимальная погрешность установки частоты генератора по шкале 0,2 .Антенной передатчика служил полуволновой вибратор, расположенный на высоте1 м. Расстояние между антенной передатчика помех и приемника GPSизменялось от 0 до 200 м. Для индикации использовалась IBM PC с программойприема, отображения, регистрации и управления для приемникаGPS - ashmono.exe. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА1. При работепередатчика помехи ГСС на мощности 0,0001 Вт при введенном аттенюаторе-14 дБ в диапазоне частот от 1576 МГц до 1579 МГц приемник незахватывал ни одного из видимых спутников GPS. При выключении активной помехи ГСС приемник GPS принимал сигналы и обрабатывал информацию от 5 спутников Рис.2 .2. Принастройке ГСС в пределах 1575 МГц до 1576 МГц при выведенноматтенюаторе мощность принимаемого от спутников сигнала падала, а работаприемника GPS была ненадежной.3.Наибольшее воздействие на приемник оказывает организованная помеха в диапазонечастот от 1576 МГц до 1579 МГц.4.Перемещение передатчика помех в отрицательные углы обзора антенны приемника GPS не сказывается на эффективности глушениясигналов GPS.5. Пересчетэнергетики радиолинии показывает, что при мощности передатчика помех порядка1 Вт дальность глушения в свободном пространстве может достигать500 км.Следует иметь в виду, что экспериментыпроводились с одним типом приемника GPS.ЗАВИСИМОСТЬ КОЛИЧЕСТВАПРИНИМАЕМЫХ СПУТНИКОВ ОТ ЧАСТОТЫ ПОМЕХИЗАВИСИМОСТЬ КОЛИЧЕСТВАПРИНИМАЕМЫХ СПУТНИКОВ ОТ УРОВНЯ МОЩНОСТИ ПОМЕХИРис.2. ASHTECH типа OEM ?Sensor 12канальный, 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. - длина кабеля 10 м.ВЫВОДЫ1. Из-засильной зависимости от простейших организованных помех в виде расстроеннойнесущей использование GPS в ряде случаев окажется невозможным. Причем, в обоих гражданском и военном каналах.

При этом для глушения ни гражданского, нивоенного канала знать коды ФМ-сигналов не требуется.2. Посколькуфазоманипулированные сигналы используются во многих других системах, апомехозащищенность их к узкополосной помехе практически отсутствует, весьмаактуальным является разработка метода построения системы сигналов, обладающихповышенной помехозащищенностью к ансамблю помех.ЛИТЕРАТУРА1. Ярлыков М. С.Статистическая теория радионавигации М. Радио и связь, 1985.2.Тузов Г. И Сивов В. В Прытков В. И.и др. Помехоустойчивость радиосистем со сложными сигналами М. Радио исвязь, 1985.3. Финк Л. М. Сигналы,помехи, ошибки Заметки о некоторых неожиданностях и заблуждениях втеории связи М. Радио и связь, 1984.4.Овчаренко Л. А Поддубный В. Н. Помехоустойчивость приема фазоманипулированных сигналов на фоне наиболеенеблагоприятных помех Радиотехника, 1992, 7-8, с.13-19.