Канд. биологических наукМ.П.Иванов, д-р техн. наук В.В.Кашинов
Экспериментальнаяпроверка 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.
ВамериканскойспутниковойнавигационнойсистемеGPS NAVSTARиспользуютсяфазоманипулированные (ФМ) сигналы [1], считавшиеся наиболее помехозащищенными[2].Вовремени ФМ сигнал представляет собой синусоиду, фаза которой в заданныемоменты времени меняется на противоположную. В приемнике GPS осуществляется приемпосылки, когда1битпередается с помощью1024элементарныхФМ-посылок, т.е.применяется коррелятор, сворачивающийимеющуюсявприемнике копию с принимаемымсигналом, т.е. осуществляетсяприем1024 элементов в целом [3].
Встатье [4] рассматривается несколькодругой вариант- помехоустойчивостьпоэлементного приема фазоманипулированных сигналов на фоне наиболеенеблагоприятных помех. Другими словами, вариационными методами синтезированаоптимальная помеха поэлементному приему фазоманипулированного сигнала. В этойжестатьепоказано, что активная помеха в виде расстроенной несущей при определенныхусловиях практически (разница менее 1%) эквивалентна оптимальной помехе. Этотфакт можно объяснить возникновением биений между несущей ФМ-сигнала и несущейактивной помехи. Формула (1) является формулой суммы синусов
Asinwt + Asin(w +D w )t = 2Acos(D w /2)tсos(w +D w /2)t, (1)
гдеA v амплитуда сигнала; w — частота несущей ФМ-сигнала; D w — расстройка несущейактивной помехи относительно частоты сигнала. Поскольку проще немодулированнойнесущейактивную помеху представить 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 точностиизмерения времени прихода полоса пропускания должна быть больше. Если впределах полосы пропускания входных цепей коррелятора GPS окажется помеха ввиде немодулированной несущей, между ФМ-сигналом и помехой возникнут биения(1), представляющие собой несущую частоту, расположенную между частотойФМ-сигнала и частотой помехи. Эта несущая оказывается промодулированной поамплитуде частотой, равной разности частот ФМ-сигнала и помехи, а фаза всоседних максимумах биений сдвинута на 180 градусов (Рис.1). При расстройкечастоты 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.
/>
Сигналманипуляции
/>
Фазоманипулированныйсигнал
/>
Суперпозициясигнала и помехи
Рис.1
Методика эксперимента
Дляпроведения эксперимента был взят серийный приемник фирмы ?ASHTECH¦ типа OEM?Sensor¦ (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 длиной 10м.Антенна располагалась на высоте 15м над землей. В качестве передатчика активнойпомехи использовался высокочастотный генератор стандартных сигналов типа Г4-78,максимальная выходная мощность на выходе 0,0001Вт; выходной аттенюатор от 0дБдо -130дБ; генерация непрерывная, суммарная максимальная погрешность установкичастоты генератора по шкале 0,2%. Антенной передатчика служил полуволновойвибратор, расположенный на высоте 1м. Расстояние между антенной передатчикапомех и приемника GPS изменялось от 0 до 200м. Для индикации использовалась IBMPC с программой приема, отображения, регистрации и управления для приемникаGPS-ashmono.exe.
Результаты эксперимента
1.При работе передатчика помехи (ГСС) на мощности 0,0001Вт при введенноматтенюаторе -14дБ в диапазоне частот от 1576МГц до 1579МГц 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.При настройке ГСС в пределах 1575МГц до 1576МГц при выведенном аттенюаторемощность принимаемого от спутников сигнала падала, а работа приемника GPS быланенадежной.
3.Наибольшее воздействие на приемник оказывает организованная помеха в диапазонечастот от 1576МГц до 1579 МГц.
4.Перемещение передатчика помех в отрицательные углы обзора антенны приемникаGPS не сказывается на эффективности глушения сигналов GPS.
5.Пересчет энергетики радиолинии показывает, что при мощности передатчика помехпорядка 1Вт дальность глушения в свободном пространстве может достигать 500км.
Следуетиметь в виду, что эксперименты проводились с одним типом приемника GPS.
/>
Зависимость количества принимаемыхспутников от частоты помехи
/>
Зависимостьколичества принимаемых спутников от уровня мощности помехи
Рис.2. Приемник фирмы ?ASHTECH¦ типа OEM ?Sensor¦ (12 канальный,одночастотный F0 =1575,42 МГц с открытым C/A кодом), программноеобеспечение ver.1E11DRP. Антенна GPS (самолетная) P/N AT 575-12, фирмы ?AeroAntenna Technology Inc.¦ — длина кабеля 10м.
Выводы
1.Из-за сильной зависимости от простейших организованных помех в видерасстроенной несущей использование GPS в ряде случаев окажется невозможным.Причем, в обоих (гражданском и военном) каналах. При этом для глушения нигражданского, ни военного канала знать коды ФМ-сигналов не требуется.
2.Поскольку фазоманипулированные сигналы используются во многих других системах,а помехозащищенность их к узкополосной помехе практически отсутствует, весьмаактуальным является разработка метода построения системы сигналов, обладающихповышенной помехозащищенностью к ансамблю помех.
Список литературы
1.ЯрлыковМ.С. Статистическая теория радионавигации //М.: Радио и связь, 1985.
2.ТузовГ.И., СивовВ.В., ПрытковВ.И. и др. Помехоустойчивость радиосистем сосложными сигналами //М.: Радио и связь, 1985.
3.ФинкЛ.М. Сигналы, помехи, ошибки… Заметки о некоторых неожиданностях изаблуждениях в теории связи //М.: Радио и связь, 1984.
4.ОвчаренкоЛ.А., ПоддубныйВ.Н. Помехоустойчивость приема фазоманипулированныхсигналов на фоне наиболее неблагоприятных помех // Радиотехника, 1992, ¦ 7-8,с.13-19.