Експериментальна перевірка перешкодозахищеності американської супутникової навігаційної системи GPS.

Канд. біологічних наук М. П. Іванов, д-р техн. наук В. В. Кашин

Експериментальна перевірка перешкодозахищеності навігаційної системи, що використовує фазоманіпулірованние (ФМ) сигнали показала, що GPS схильна до елементарної організованою заваді. В якості перешкоди використовується моночастотний сигнал по частоті близький до несучої ФМ-сигналу. В результаті між несучої сигналу і перешкодою виникають биття, що призводить до викривлення сумарного сигналу, що робить неможливим його прийом корелятором.

В амеріканскойспутніковойнавігаціоннойсістемеGPS NAVSTARіспользуются фазоманіпулірованние (ФМ) сигнали [1], що вважалися найбільш перешкодозахищеності [2]. Вовремені ФМ сигнал являє собою синусоїду, фаза якої в задані моменти часу змінюється на протилежну. У приймачі GPS здійснюється пріемпосилкі, когда1бітпередается з помощью1024елементарнихФМ-посилок, т.е.пріменяется корелятор, сворачівающійімеющуюсявпріемніке копію з прийнятим сигналом, тобто осуществляетсяпріем1024 елементів у цілому [3].

У статті [4] розглядається несколькодругой варіант-перешкодостійкість поелементного прийому фазоманіпулірованних сигналів на тлі найбільш несприятливих перешкод. Іншими словами, варіаційними методами синтезовано оптимальна перешкода поелементно прийому фазоманіпулірованного сигналу. У етойжестатье показано, що активна перешкода у вигляді розстроєної несучої за певних умов практично (різниця менше 1%) еквівалентна оптимальної заваді. Цей факт можна пояснити виникненням биття між несучої ФМ-сигналу і несучої активної перешкоди. Формула (1) є формулою суми синусів

Asinw t + Asin (w + D w) t = 2Acos (D w/2) tсos (w + D w/2) t, (1)

де A v амплітуда сигналу; w - частота несучої ФМ-сигналу; D w - розладі несучої активної перешкоди щодо частоти сигналу. Оскільки простіше немодулірованнойнесущей активну перешкоду уявити собі важко, то видається важливим дослідити ефективність прийому ФМ-сигналу в цілому при наявності активного перешкоди у вигляді розстроєної несучої, аналогічно пропозицією статті [3].

Смуга пропускання вхідних ланцюгів корелятор не може бути вже величини приблизно 1/t, де t - тривалість елементарної посилки ФМ-сигналу. А для збільшення точності виміру часу приходу смуга пропускання повинна бути більше. Якщо в межах смуги пропускання вхідних ланцюгів корелятор GPS виявиться перешкода у вигляді немодульованою несучої, між ФМ-сигналом і перешкодою виникнуть биття (1), що представляють собою несучу частоту, розташовану між частотою ФМ-сигналу і частотою перешкоди. Ця несуча виявляється промодулірованной по амплітуді частотою, що дорівнює різниці частот ФМ-сигналу і перешкоди, а фаза в сусідніх максимумах биття зрушена на 180 градусів (Рис.1). При розладі частоти на величину порядку 1/t фаза змінюється приблизно так, як у вихідного ФМ-сигналу. В результаті складання ФМ-сигналу і перешкоди вийде сигнал, далекий від вихідного ФМ-сигналу, тому на виході корелятор сигнальна компонента буде значно пригнічена. У результаті робота GPS в радіусі дії станції перешкод (приблизно пряма видимість) порушиться. Для перевірки даного теоретичного припущення було проведено експеримент.

Сигнал маніпуляції

Фазоманіпулірованний сигнал

Суперпозиція сигналу і завади

Рис.1

Методика експерименту

Для проведення експерименту був узятий серійний приймач фірми? ASHTECH | типу OEM? Sensor | (12 канальний, одночастотній F0 = 1575,42 МГц з відкритим C/A кодом), програмне забезпечення ver.1E11DRP. Антена GPS (літакова) P/N AT 575-12, фірми? Aero Antenna Technology Inc. | с типовим кабелем довжиною 10м. Антена розташовувалася на висоті 15м над землею. У як передавача активної перешкоди використовувався високочастотний генератор стандартних сигналів типу Г4-78, максимальна вихідна потужність на виході 0,0001 Вт; вихідний Аттенюатор від 0дБ до-130дБ; генерація безперервна, сумарна максимальна похибка установки частоти генератора за шкалою 0,2%. Антеною передавача служив полуволновой вібратор, розташований на висоті 1м. Відстань між антеною передавача перешкод і приймача GPS змінювалося від 0 до 200м. Для індикації використовувалася IBM PC з програмою прийому, відображення, реєстрації та управління для приймача GPS-ashmono.exe.

Результати експерименту

1. При роботі передавача перешкоди (ГСС) на потужності 0,0001 Вт при введеному атенюатори-14дБ в діапазоні частот від 1576МГц до 1579МГц приймач не захоплював жодного з видимих супутників GPS. При виключенні активної перешкоди (ГСС) приймач GPS приймав сигнали і обробляв інформацію від 5 супутників (Рис.2).

2. При настройки ГСС в межах 1575МГц до 1576МГц при виведенні атенюатори потужність що приймається від супутників сигналу падала, а робота приймача GPS була ненадійною.

3. Найбільше вплив на приймач надає організована перешкода в діапазоні частот від 1576МГц до 1579 МГц.

4. Переміщення передавача перешкод в негативні кути огляду антени приймача GPS не позначається на ефективності глушіння сигналів GPS.

5. Перерахунок енергетики радіолінії показує, що при потужності передавача перешкод порядку 1Вт дальність глушіння у вільному просторі може досягати 500км.

Слід мати на увазі, що експерименти проводилися з одним типом приймача GPS.

Залежність кількості прийнятих супутників від частоти перешкоди

Залежність кількості прийнятих супутників від рівня потужності перешкоди

Рис.2. Приймач фірми? ASHTECH | типу OEM? Sensor | (12 канальний, одночастотній F0 = 1575,42 МГц з відкритим C/A кодом), програмне забезпечення ver.1E11DRP. Антена GPS (літакова) P/N AT 575-12, фірми? Aero Antenna Technology Inc. | - Довжина кабелю 10м.

Висновки

1. Через сильній залежності від найпростіших організованих перешкод у вигляді розстроєної несучої використання GPS в ряді випадків виявиться неможливим. Причому, в обох (цивільному та військовому) каналах. При цьому для глушіння ні громадянського, ні військового каналу знати коди ФМ-сигналів не потрібно.

2. Оскільки фазоманіпулірованние сигнали використовуються в багатьох інших системах, а перешкодозахищеність їх до вузькополосної заваді практично відсутня, вельми актуальним є розробка методу побудови системи сигналів, що володіють підвищеної перешкодозахищеністю до ансамблю перешкод.

Список літератури

1. ЯрликовМ.С. Статистична теорія радіонавігації// М.: Радіо і зв'язок, 1985.

2. ТузовГ.І., СівовВ.В., ПритковВ.І. та ін Завадостійкість радіосистем зі складними сигналами// М.: Радіо і зв'язок, 1985.

3. ФінкЛ.М. Сигнали, перешкоди, помилки ... Нотатки про деякі несподіванки і помилках в теорії зв'язку// М.: Радіо і зв'язок, 1984.

4. ОвчаренкоЛ.А., ПоддубнийВ.Н. Завадостійкість прийому фазоманіпулірованних сигналів на тлі найбільш несприятливих перешкод// Радіотехніка, 1992, | 7-8, с.13-19.