Вход

Экспериментальная проверка помехозащищенности американской спутниковой навигационной системы

Реферат по технологиям
Дата добавления: 23 января 2002
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 1.3 Мб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу





Экспериментальная проверка помехозащищенности американской спутниковой навигационной системы GPS.

канд. биологических наук  М. П. Иванов,
д-р техн. наук  В. В. Кашинов

Экспериментальная проверка помехозащищенности навигационной системы, использующая фазоманипулированные (ФМ) сигналы показала, что GPS подвержена элементарной организованной помехе. В качестве помехи используется моночастотный сигнал по частоте близкий к несущей ФМ-сигнала. В результате между несущей сигнала и помехой возникают биения, что приводит к искажениям суммарного сигнала, делающего невозможным его прием коррелятором.

 

В американской спутниковой навигационной системе GPS NAVSTAR используются фазоманипулированные (ФМ) сигналы [1], считавшиеся наиболее помехозащищенными [2]. Во времени ФМ сигнал представляет собой синусоиду, фаза которой в заданные моменты времени меняется на противоположную. В приемнике GPS осуществляется   прием посылки, когда 1 бит передается с помощью 1024 элементарных ФМ-посылок,   т.е. применяется коррелятор, сворачивающий имеющуюся в приемнике копию с принимаемым  сигналом, т.е. осуществляется прием 1024 элементов в целом [3].

В статье [4] рассматривается несколько другой  вариант - помехоустойчивость поэлементного приема фазоманипулированных сигналов на фоне наиболее неблагоприятных помех. Другими словами, вариационными методами синтезирована оптимальная помеха поэлементному приему фазоманипулированного сигнала. В этой же статье показано, что активная помеха в виде расстроенной несущей при определенных  условиях  практически (разница менее 1%) эквивалентна оптимальной помехе. Этот факт  можно объяснить возникновением биений между несущей ФМ-сигнала и несущей активной помехи. Формула (1) является формулой суммы синусов

Asinw 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 частоты сигнала. Поскольку проще немодулированной несущей активную помеху представить себе трудно, то представляется важным  исследовать эффективность приема ФМ-сигнала в целом при наличии активной помехи в виде расстроенной несущей, аналогично предложению статьи [3].

Полоса пропускания 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 быть больше. Если в пределах полосы пропускания входных цепей коррелятора GPS окажется помеха в виде немодулированной несущей, между ФМ-сигналом и помехой возникнут биения (1), представляющие собой несущую частоту, расположенную между   частотой ФМ-сигнала и частотой помехи. Эта несущая оказывается промодулированной по амплитуде частотой, равной разности частот ФМ-сигнала и помехи, 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 исходного ФМ-сигнала. В результате сложения ФМ-сигнала и помехи получится сигнал, далекий от исходного ФМ-сигнала, поэтому на выходе коррелятора сигнальная компонента будет значительно подавлена. В результате работа GPS в радиусе действия станции помех (примерно прямая видимость) нарушится. Для проверки данного теоретического предположения был проведен эксперимент.

СИГНАЛ МАНИПУЛЯЦИИ

ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫЙ СИГНАЛ

СУПЕРПОЗИЦИЯ СИГНАЛА И ПОМЕХИ

Рис.1

 

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Для проведения эксперимента был взят серийный приемник фирмы ?ASHTECH¦ типа OEM ?Sensor¦ (12 канальный, 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.¦ с типовым кабелем длиной 10 м. Антенна располагалась на высоте 15 м над землей. В качестве передатчика активной помехи использовался высокочастотный генератор стандартных сигналов 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 высоте 1 м. Расстояние между антенной передатчика помех и приемника GPS изменялось от 0 до 200 м. Для индикации использовалась IBM PC с программой приема, отображения, регистрации и управления для приемника GPS - ashmono.exe.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. При работе передатчика помехи (ГСС) на мощности 0,0001 Вт при введенном аттенюаторе -14 дБ в диапазоне частот от 1576 МГц до 1579 МГц приемник не захватывал 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 1575 МГц до 1576 МГц при выведенном аттенюаторе мощность принимаемого от спутников сигнала падала, а работа приемника GPS была ненадежной.

3. Наибольшее воздействие на приемник оказывает организованная помеха в диапазоне частот от 1576 МГц до 1579 МГц.

4. Перемещение  передатчика  помех   в  отрицательные  углы обзора антенны приемника GPS не сказывается на эффективности глушения сигналов GPS.

5. Пересчет энергетики радиолинии показывает, что при мощности передатчика помех порядка 1 Вт дальность глушения в свободном пространстве может достигать 500 км.

Следует иметь в виду, что эксперименты проводились с одним типом приемника GPS.

 

ЗАВИСИМОСТЬ КОЛИЧЕСТВА ПРИНИМАЕМЫХ СПУТНИКОВ ОТ ЧАСТОТЫ ПОМЕХИ

ЗАВИСИМОСТЬ КОЛИЧЕСТВА 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), программное обеспечение ver.1E11DRP. Антенна GPS (самолетная) P/N AT 575-12, фирмы   ?Aero Antenna Technology Inc.¦ - длина кабеля 10 м.

 

ВЫВОДЫ

1. Из-за сильной зависимости от простейших организованных помех в виде расстроенной несущей использование GPS в ряде случаев окажется невозможным. Причем, в обоих (гражданском и военном) каналах. При этом для глушения ни гражданского, 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, весьма актуальным является разработка метода построения системы сигналов, обладающих повышенной помехозащищенностью к ансамблю помех.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. 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 и связь, 1985.

3. Финк Л. М. Сигналы, помехи, ошибки... Заметки о некоторых неожиданностях  и заблуждениях в теории связи //М.:  Радио и связь, 1984.

4. Овчаренко Л. А., Поддубный В. Н.   Помехоустойчивость приема   фазоманипулированных сигналов на фоне наиболее неблагоприятных помех // Радиотехника, 1992, ¦ 7-8, с.13-19.

© Рефератбанк, 2002 - 2017