Автор: д-р Гелена Восс, головний інженер з радіочастотної техніки компанії NavShield Global (15 років досвіду в галузі захисту систем PNT та проектування адаптивних антен). Технічна рецензія: команда NavShield з радіочастотної техніки.
Сигнали GNSS надходять на антену з рівнем потужності приблизно -130 дБм — це слабкіше за рівень фонового шуму навколишнього середовища та значно нижче за рівень теплового шуму. Така надзвичайна вразливість означає, що навіть перешкоди низької потужності можуть легко заглушити прийом сигналу, і саме тому заходи протидії повинні починатися вже на рівні самого антенного елемента. У цій статті детально розглядаються основні методи захисту від перешкод, які забезпечують безперебійну роботу навігації в умовах перешкод, а також досліджується, як компанія NavShield Global інтегрує ці засоби захисту в захищене апаратне забезпечення.
Чому GNSS легко заглушити
Сигнал GPS на антені становить приблизно -130 дБм. Невеликий портативний глушитель, розташований за кілька кілометрів, може підвищити рівень локального шуму на 40–60 дБ і перевантажити приймач. Лише за допомогою програмного забезпечення неможливо відновити сигнал, який заглушений настільки сильно — це потрібно зробити на радіочастотному вході, ще до того, як сигнал буде оцифрований. Те саме GNSS із захистом від перешкод Ця проблема виникає на всіх платформах, що використовують супутникову навігацію.
Три основні технології захисту від перешкод на апаратному рівні для GNSS
Метод 1 — Адаптивне нулювання (CRPA)
Основний GNSS із захистом від перешкод Метод полягає в адаптивній обробці масивів. А Антена CRPA використовує кілька елементів та формувач променя, який визначає напрямок перешкод і створює в цьому напрямку нуль. Наприклад, якщо джерело перешкод розташоване під кутом 30 градусів над горизонтом, формувач променя просто розміщує нуль під цим кутом, тоді як сигнали супутників з інших напрямків продовжують прийматися в повному обсязі. Кожен нуль пригнічує одне потужне джерело перешкод; масив із 8 елементів може пригнічувати кілька таких джерел одночасно. Детальна інформація щодо обробки даних розміщена на нашому Сторінка про технологію адаптивного нулювання.
Метод 2 — Фільтрація та коефіцієнт підсилення
Другий захисний рівень використовує вузькосмугові фільтри на основі поверхневих акустичних хвиль та коефіцієнт підсилення обробки з розширеним спектром для придушення позасмугової та некорельованої енергії. Фільтри придушення зображення та смугові фільтри також усувають джерела випромінювання, такі як вишки стільникового зв'язку та радіолокатори, які в іншому випадку знижували б чутливість вхідного каскаду. У поєднанні з нулюванням вони збільшують ефективний запас доміни від перешкод до сигналу на десятки децибелів, забезпечуючи приймачу необхідний запас потужності для продовження відстеження.
Метод 3 — Диверсифікація з використанням декількох супутникових груп
Третій захисний механізм використовує системи GPS, GLONASS та Galileo для розподілу енергії між більшою кількістю діапазонів і супутників, тому для ефективної дії пристрій для створення перешкод повинен охоплювати ширший спектр. Таке розширення зони дії також збільшує витрати зловмисника, оскільки для повного блокування всіх відстежуваних діапазонів потрібно набагато більше енергії, ніж для блокування лише одного. Схема розподілу діапазонів, яка забезпечує таку роботу, наведена в нашому посібнику з діапазонів частот GNSS.
| Техніка | Що це додає | Межа завадостійкості |
|---|---|---|
| Адаптивне придушення | Просторове придушення джерел радіоперешкод | Ефективно протидіє кільком потужним перешкодоутворювачам |
| Коефіцієнт підсилення фільтрації та обробки | Відхиляє позасмугову енергію | Зменшує широкосмуговий шум |
| Різноманітність багатосупутникових сузір’їв | Більше груп і супутників | Забезпечує ширше охоплення засобами радіоелектронного придушення |
| Перехресні перевірки для запобігання підробці | Виключає помилкові сигнали | Запобігає фальсифікації позицій |
Метод 4 — Перехресні перевірки для запобігання підробці
Фінал GNSS із захистом від перешкод Система захисту націлена на боротьбу зі споофінгом, а не з шумом. Заглушення повністю блокує сигнал; споофінг замінює його підробкою. Для захисту необхідні маркери автентифікації, узгодженість кута приходу та виявлення аномалій потужності — наприклад, узгодженість кута приходу полягає у порівнянні напрямку, з якого, за даними сигналу, він надходить, із геометрією, яку фактично вимірює решітка, і підроблений сигнал, що не відповідає цим даним, позначається як підозрілий та відкидається. NavShield’s Детектор запобігання підробці даних GNSS виявляє та відкидає підроблені сигнали, перш ніж вони можуть спотворити навігаційне рішення.
Як поєднуються методи в ланцюзі приймачів
Ці GNSS із захистом від перешкод Ці методи не виключають один одного. У реальному фронтенді попередні фільтри відсікають очевидну позасмугову енергію, масив CRPA нейтралізує найпотужніші внутрішньосмугові перешкоди, диверсифікація забезпечує доступність альтернативних сигналів, а перевірки на підробку підтверджують достовірність отриманого координатного значення. Серед цих підходів найважчу роботу виконує нейтралізація, але саме сукупність цих методів забезпечує безперервну роботу системи PNT.
Питання, що слід врахувати під час розгортання
Вибір розміру цього обладнання — це компроміс. Технологія нулінгу вимагає витрат на розмір, енергоспоживання та кошти, які зростають пропорційно до кількості елементів: 2-елементна конструкція підходить для БПЛА з обмеженим енергоспоживанням, тоді як 8-елементна матриця — для стаціонарних станцій із достатнім запасом енергії. Оскільки нулювання відбувається на вхідному каскаді радіочастотного тракту, воно є практично непомітним для приймача, що знаходиться нижче по ланцюгу — ті самі супутникові дані проходять через систему, просто в чистішому вигляді, — що дозволяє інтегрувати CRPA в існуючий навігаційний стек без перепрограмування програмного забезпечення. Правильний вибір залежить від умов радіоперешкод та вартості втрати координат, а не від загального принципу “чим більше, тим краще”.”
Підсумок
Четверо GNSS із захистом від перешкод Ці методи — адаптивне нулювання, фільтрування, рознесення за констеляціями та перехресні перевірки для захисту від підробки — працюють у комплексі. Почніть з Антенний модуль CRPA створену для вашої платформи, а потім додайте функцію виявлення підробки для повного захисту. Щодо базової моделі загроз див. як працює система захисту від заглушення GNSS на практиці.