Канд. біологічних наук М. П. Іванов, д-р техн. наук В. В. Кашино
Експериментальна перевірка перешкодозахищеності навігаційної системи, що використовує фазоманіпулірованние (ФМ) сигнали показала, що GPS схильна елементарної організованою заваді. В якості перешкоди використовується моночастотного сигнал по частоті близький до несучої ФМ-сигналу. У результаті між несучою сигналу і перешкодою виникають биття, що призводить до спотворень сумарного сигналу, що робить неможливим його прийом корреляторов.
У американскойспутниковойнавигационнойсистемеGPS NAVSTARіспользуются фазоманіпулірованние (ФМ) сигнали [1], що вважалися найбільш перешкодозахищеними [2]. Вовремени ФМ сигнал являє собою синусоїду, фаза якої в задані моменти часу змінюється на протилежну. У приймальнику GPS здійснюється пріемпосилкі, когда1бітпередается з помощью1024елементарнихФМ-посилок, т.е.пріменяется корелятор, сворачивающийимеющуюсявприемнике копію із прийнятим сигналом, тобто осуществляетсяпріем1024 елементів в цілому [3].
У статті [4] розглядається несколькодругой варіант-завадостійкість поелементного прийому фазоманіпулірованних сигналів на тлі найбільш несприятливих перешкод. Іншими словами, варіаційними методами синтезована оптимальна перешкода поелементному прийому фазоманіпулірованного сигналу. У етойжестатье показано, що активна перешкода у вигляді пригніченою несучої за певних умов практично (різниця менше 1%) еквівалентна оптимальної заваді. Цей факт можна пояснити виникненням биття між несучою 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 - расстройка несучої активної перешкоди щодо частоти сигналу. Оскільки простіших немодулірованнойнесущей активну перешкоду уявити собі важко, то представляється важливим дослідити ефективність прийому ФМ-сигналу в цілому при наявності активного перешкоди у вигляді пригніченою несучої, аналогічно пропозицією статті [3].
Смуга пропускання вхідних ланцюгів коррелятора не може бути вже величини приблизно 1 / t, де t - тривалість елементарної посилки ФМ-сигналу. А для збільшення точності вимірювання часу приходу смуга пропускання повинна бути більше. Якщо в межах смуги пропускання вхідних ланцюгів коррелятора 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 промодульованих за амплітудою частотою, що дорівнює різниці частот ФМ-сигналу і перешкоди, а фаза в сусідніх максимумах биття зсунута на 180 градусів (Рис.1). При розладі частоти на величину порядку 1 / t фаза змінюється приблизно так, як у вихідного ФМ-сигналу. У результаті складання ФМ-сигналу і перешкоди вийде сигнал, далекий від вихідного ФМ-сигналу, тому на виході коррелятора сигнальна компоненту 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 перешкоди
Рис.1
Методика експерименту
Для проведення експерименту був узятий серійний приймач фірми? ASHTECH | типу OEM? Sensor | (12 канальний, одночастотний 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. | З типовим кабелем довжиною 10м. Антена розташовувалася на висоті 15м над землею. У ролі 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 аттенюатор-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 налаштуванні ГСС в межах 1575МГц до 1576МГц при виведеному аттенюатор потужність прийнятого від супутників сигналу падала, а робота приймача GPS була ненадійною.
3. Найбільший вплив на приймач надає організована перешкода в діапазоні частот від 1576МГц до 1579 МГц.
4. Переміщення передавача перешкод в негативні кути огляду антени GPS-приймача 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, одночастотний 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 сильну залежність від найпростіших організованих перешкод у вигляді пригніченою несучої використання GPS у ряді випадків виявиться неможливим. Причому, в обох (цивільному і військовому) каналах. При цьому для глушіння ні цивільного, ні військового каналу знати коди ФМ-сигналів не потрібно.
2. Оскільки фазоманіпулірованние сигнали використовуються в багатьох інших системах, а перешкодозахищеність їх до вузькосмуговій заваді практично відсутня, вельми актуальним є розробка методу побудови системи сигналів, які мають підвищену перешкодозахищеність 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.