Данная статья написана в связи с тем, что в русскоязычном сегменте Интернета найти такую информацию очень сложно, а вот в англоязычном ее следует собирать по крупицам.
Занимаюсь разработкой навигационных приёмников, в частности, помехоустойчивых.
В данной статье собран небольшой ликбез о навигации как таковой, о типовой конструкции приемников, а также об основных помехах и их влиянии.
Если эта тема окажется интересна хабра-сообществу, будет написано продолжение о различных методах борьбы с помехами и их эффективности.
Что такое ГНСС?
Глобальные навигационные спутниковые системы — это сложные радиосистемы, предназначенные для определения местоположения, синхронизации шкалы времени, задач картографии, точного позиционирования, строительства, сельскохозяйственных задач и многих других.
ГНСС состоит из подсистемы космического корабля (КА), подсистемы управления и подсистемы потребителя.
На данный момент полностью работоспособны две ГНСС — GPS (Глобальная система позиционирования) и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система).
На стадии развертывания также находятся системы из ЕС, Китая и Индии.
Особенностью сигналов ГНСС является их очень малая мощность на земной поверхности, меньший уровень шума.
Это связано с малой мощностью излучаемого космическим аппаратом сигнала (около 60 Вт) и дальностью действия (около 20 000 км).
Однако благодаря использованию широкополосных сигналов сигналы от космических аппаратов можно обнаруживать и захватывать с помощью корреляционной обработки.
Типичная конструкция приемника
Если не вдаваться в подробности (а статья носит ознакомительный характер), то ресивер можно изобразить как на картинке выше: антенна, аналоговый и цифровой тракты, а также некий интерфейс и система питания.
В задачи антенного тракта входит первичное усиление сигнала и выбор необходимых диапазонов частот. В аналоговых трактах происходит дальнейшее многократное усиление, селекция (выборка частоты) и передача частоты.
В цифровом тракте сигнал оцифровывается с дальнейшей многоканальной обработкой сигнала, где сигналу каждого спутника соответствует свой канал.
В современных приемниках таких каналов уже около двухсот, что позволяет осуществлять одновременную работу со всеми существующими и перспективными системами ГНСС и коррекции.
Также следует упомянуть, что чаще всего при оцифровке сигнала используются 1-2 бита.
Это несколько снижает отношение сигнал/шум, но значительно упрощает корреляторы.
После обнаружения спутников их слежение начинается с последующего решения навигационной задачи, т.е.
нахождения координат и смещения часов приемника.
Какие препятствия существуют?
Помехи могут быть как естественными, так и вызванными деятельностью человека.Последние делятся на непреднамеренные и организованные.
Можно дать следующую краткую классификацию: 1. Помехи, направленные на уничтожение навигационного сообщения.
2. Спуфинг (имитация созвездия спутников) При этом первые делятся по ширине полосы воздействия на широкополосные (полоса частот сравнима с полосой атакуемого навигационного сигнала), а также узкополосные.
Способы борьбы с этими помехами существенно различаются, и для надежной работы оборудования при проектировании следует учитывать возможность воздействия всех трех.
Влияние помех
Выше — простой узкополосный глушитель, который можно заказать в Китае за 2000 руб.
Такое устройство может легко ухудшить работу приёмников в радиусе ~50 км, а также полностью обезвредить их в радиусе ~5 км.
Это связано с тем, как помехи влияют на приемник: 1. Появление гармонических искажений в аналоговом тракте приёмника.
Это приводит к тому, что вместо одной помехи в полосе частот появляются несколько; 2. При использовании 1-2 разрядов при оцифровке сигнала узкополосная помеха отсекается по амплитуде до меандра (прямоугольные импульсы) с последующим насыщением спектра гармоническими помехами.
3. Происходит сбой спутникового слежения в контурах слежения за задержкой кода и слежения за фазой несущей.
4. Как следствие это приводит к увеличению ошибки при декодировании навигационного сообщения.
В целом, при отсутствии мер по борьбе с помехами, это приводит к следующим последствиям: 1. Потеря спутникового слежения; 2. Увеличение ошибки при изменении кода; 3. Повышенная погрешность измерения фазы; 4. Уменьшение отношения сигнал/шум; В первом случае вред от помех очевиден – пользователь не может определить свои координаты.
Последующие факторы существенно ухудшают точность измерения псевдозадержек и псевдодоплеровских сдвигов частоты и, соответственно, собственных координат приемника.
Таким образом, обычные бытовые приёмники не предназначены для использования в условиях сильных помех.
Хорошо, но зачем мне это нужно?
Правильный вопрос.Благодаря доступности простых глушителей, подобных показанному на картинке выше, они становятся все более распространенными.
Есть много известных случаев, например, когда глушилка на корабле ВМС США была неправильно нацелена и парализовала весь город Сан-Диего, нарушив не только навигацию конечного пользователя, но и системы синхронизации времени вышек сотовой связи, банкоматов и т. д. Однако для нас, как конечных пользователей, больший интерес и опасность представляют именно миниатюрные глушилки, которые представлены как устройства, сохраняющие конфиденциальность (шапочка из фольги).
Или, например, очень часто автоугонщики используют комбинированные глушилки ГНСС и мобильной связи для борьбы с умными сигнализациями, которые передают координаты автомобиля и сигнал бедствия диспетчеру и, уже бывшему владельцу автомобиля.
Как бороться?
Я буду говорить об этом в следующий части, если это вызывает интерес.Спасибо за внимание.
Теги: #Научно-популярные #Компьютерное железо #Гаджеты #GPS #ГЛОНАСС
-
Gotech.vc: Последняя Неделя Приема Заявок
19 Oct, 24 -
Изображений? Изображений!
19 Oct, 24 -
Робот С Анатомией Человека
19 Oct, 24 -
А Теперь Посмотрите На Бывшего Бетахабра!
19 Oct, 24
