cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2025-28-6-8-24caht-2668Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫTRANSPORTATION SYSTEMSМетодика повышения помехоустойчивости приемника спутниковой навигации к воздействию преднамеренных помехTechnique for improving the immunity of a satellite navigation receiver to intended jammingАрефьевР. О.ArefyevR. O.Арефьев Роман Олегович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры авиационного радиоэлектронного оборудования

г. Иркутск

Roman O. Arefyev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Aviation Radioelectronic Equipment Chair

Irkutsk

АрефьеваН. Г.ArefyevaN. G.Арефьева Наталья Геннадьевна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры авиационного радиоэлектронного оборудования

г. Иркутск

Natalya G. Arefyeva, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Aviation Radioelectronic Equipment Chair

Irkutsk

СкрыпникО. Н.SkrypnikO. N.Скрыпник Олег Николаевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры организации движения и обеспечения безопасности на воздушном транспорте

г. Минск

Oleg N. Skrypnik, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Organization of Traffic and Ensuring Safety in Air Transport

Minsk

Иркутский филиал Московского государственного технического университета гражданской авиацииРоссияIrkutsk branch of the Moscow State Technical University of Civil AviationRussian FederationБелорусская государственная академия авиацииБеларусьBelarusian State Aviation AcademyBelarus202516012026286824Copyright © Арефьев Р.О., Арефьева Н.Г., Скрыпник О.Н., 20262026Арефьев Р.О., Арефьева Н.Г., Скрыпник О.Н.Arefyev R.O., Arefyeva N.G., Skrypnik O.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2668

Современные беспилотные воздушные суда (БВС) оснащены приемниками спутниковой навигации для решения задач стабилизации в пространстве и выдерживания заданной траектории полета. При этом приемники спутниковой навигации отличаются низкой помехоустойчивостью, что может привести к потере сигналов от спутников и, как следствие, к отклонению БВС от заданного маршрута либо к потере управляемости. В данной работе представлена методика повышения помехоустойчивости приемника спутниковой навигации при воздействии широкополосной и узкополосной помех, а также уводящей помехи. Методика реализована на основе анализа выходных данных с приемника спутниковой навигации, формируемых в формате NMEA. Основным достоинством предлагаемого подхода является использование относительно небольших вычислительных ресурсов бортового вычислителя. Предлагаемая методика основана на анализе соотношения сигнал/шум, количества навигационных спутников, используемых в решении навигационной задачи, а также на целостности выходных координат приемника БВС. На основе предложенной методики разработан алгоритм обнаружения воздействия помех, который состоит из двух этапов. На первом этапе определяется наличие помех, второй этап предполагает анализ выходных координат приемника по отношению к планируемым, что позволяет определить воздействия уводящей помехи. Алгоритм реализован на языке программирования G в программной среде LabVIEW. Методика и алгоритм обнаружения помех протестированы путем проведения ряда полунатурных экспериментов с помощью имитатора сигналов СН-3803М, что позволило оценить пороговые значения уровней сигналов от навигационных спутников при наличии помех. В качестве тестируемого образца использовался мультисистемный приемник спутниковой навигации ATGM336H, который обладает возможностью выбора спутниковой навигационной системы (ГЛОНАСС, GPS или BeiDou) или их комбинации для решения задачи навигации БВС. Проведена серия экспериментов по оценке влияния помех различных видов на характеристики приемника спутниковой навигации ATGM336H. 

Modern unmanned air vehicles (UAV) are equipped with satellite navigation receivers to provide stability in space and maintain the desired track. The satellite navigation receivers feature low noise immunity that can result in loss of satellite signals and, hence, in deviation from the desired track or control loss. The paper presents a technique for improving the immunity of a satellite navigation receiver under wide- and narrow-band interference as well as deceptive interference. The technique was implemented through the analysis of NMEA output data of a satellite navigation receiver. The main advantage of the proposed technique is the use of relatively small computational power of the onboard computer. The proposed technique is based on the analysis of the signal/noise ratio, the number of navigation satellites used as well as the integrity of the output coordinates of an UAV receiver. The proposed technique allowed developing an algorithm for detecting the interference which consists of two stages. At the first stage, presence of interference is identified, the second stage implies the comparison of the output coordinates of the receiver with the desired ones making it possible to assess the effects of deceptive interference. The algorithm is implemented in the G programming language in the LabVIEW environment. The technique and the algorithm for identifying the interference were tested by conducting a series of semi-natural experiments with the CH-3803M signal simulator which allowed estimating the threshold values of signal levels from navigation satellites in the presence of interference. As a test sample the ATGM336H multisystem satellite navigation receiver was used that provides a possibility to select a satellite navigation system (GLONASS, GPS or BeiDou) or to use their combination for solving an UAV navigation problem. The authors conducted a series of experiments for assessing the effects of different interference on the performance of the ATGM336H satellite navigation receiver.

БВСспуфингGNSSсоотношение сигнал/шумNMEAпомехоустойчивостьUAVspoofingGNSSsignal/noise ratioNMEAnoise immunityReferencesТолстиков А.С., Ушаков А.Е. Противодействие спуфингу и повышение помехоустойчивости аппаратуры потребителя глобальных навигационных спутниковых систем // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2018. № 9. С. 319–327.Tolstikov, A.S, Ushakov, A.E. (2018). Countering spoofing and improving the noise immunity of coordinate-time definitions of GNSS technologies. Interekspo Geo-Sibir, no. 9, pp. 319–327. (in Russian)Арефьев Р.О., Скрыпник О.Н., Межетов М.А. Исследование помехоустойчивости мультисистемного GNSS приемника // Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык. 2023. № 2. С. 28–43. DOI: 10.51955/2312-1327_2023_2_28Arefyev, R.O., Skrypnik, O.N., Mezhetov, M.A. (2023). The research of the immunity of the multisystem GNSS receiver. Crede Experto: transport, society, education, language, no. 2, pp. 28–43. DOI: 10.51955/23121327_2023_2_28 (in Russian)Grant A. GPS jamming and the impact on maritime navigation / A. Grant, P. Williams, N. Ward, S. Baske // The Journal of Navigation. 2009. Vol. 62, no. 2. Pp. 173–187. DOI: 10.1017/S0373463308005213Grant, A., Williams, P., Ward, N., Baske, S. (2009). GPS jamming and the impact on maritime navigation. The Journal of Navigation, vol. 62, no. 2, pp. 173–187. DOI: 10.1017/ S0373463308005213Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Wasle E. GNSS-global navigation satellite systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more. New York: Springer Wien, 2008. 547 p.Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., Wasle, E. (2008). GNSS-global navigation satellite systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more. Springer Wien New York, 547 p.Kaplan E., Hegarty C. Understanding GPS: principles and applications. 2nd ed. Artech house on Demand, 2005. 726 p.Kaplan, E., Hegarty, C. (2005). Understanding GPS: principles and applications. 2nd ed. Artech house on Demand, 726 p.Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000. 270 c.Soloviev, Yu.A. (2000). Satellite navigation systems. Moscow: Eko-Trendz, 270 p. (in Russian)Вознюк В.В., Маслаков П.А., Фомин А.В. Исследование помехоустойчивости аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы GPS на основе технологии программного приема // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2016. № 650. С. 33–40.Voznuk, V.V., Maslakov, P.A., Fomin, A.V. (2016). The research of the interference immunity of users’ GPS equipment based on the SDR technology. Trudy Voenno-kosmicheskoy akademii imeni A.F. Mozhayskogo, no. 650, pp. 33–40. (in Russian)Glomsvoll O., Bonenberg L.K. GNSS jamming resilience for close to shore navigation in the Northern Sea // The Journal of Navigation. 2017. Vol. 70, no. 1. Pp. 33–48. DOI: 10.1017/ S0373463316000473Glomsvoll, O., Bonenberg, L.K. (2017). GNSS jamming resilience for close to shore navigation in the Northern Sea. The Journal of Navigation, vol. 70, no. 1, pp. 33–48. DOI: 10.1017/S0373463316000473Glomsvoll O. Jamming of GPS & GLONASS signals. Department of Civil Engineering, Nottingham Geospatial Institute, 2014. 80 p.Glomsvoll, O. (2014). Jamming of GPS & GLONASS signals. Department of Civil Engineering, Nottingham Geospatial Institute, 80 p.Meng L. A survey of GNSS spoofing and anti-spoofing technology / L. Meng, L. Yang, W. Yang, L. Zhang [Электронный ресурс] // Remote sensing. 2022. Vol. 14, iss. 19. ID: 4826. Vol. 28, No. 06, 2025 Civil Aviation High Technologies DOI: 10.3390/rs14194826 (дата обращения: 23.02.2025).Meng, L., Yang, L., Yang, W., Zhang, L. (2022). A survey of GNSS spoofing and antispoofing technology. Remote sensing, vol. 14, issue 19, ID: 4826. DOI: 10.3390/rs14194826 (accessed: 23.02.2025).Psiaki M.L., Humphreys T.E. GNSS spoofing and detection // Proceedings of the IEEE. 2016. Vol. 104, no. 6. Pp. 1258–1270. DOI: 10.1109/JPROC.2016.2526658Psiaki, M.L., Humphreys, T.E. (2016). GNSS spoofing and detection. Proceedings of the IEEE, vol. 104, no. 6, pp. 1258–1270. DOI: 10.1109/JPROC.2016.2526658Junzhi L. Research progress of GNSS spoofing and spoofing detection technology / L. Junzhi, L. Wanqing, F. Qixiang, L. Beidian // 2019 IEEE 19th International Conference on Communication Technology (ICCT). China, Xi'an, 2019. Pp. 1360–1369. DOI: 10.1109/ ICCT46805.2019.8947107Junzhi, L., Wanqing, L., Qixiang, F., Beidian, L. (2019). Research progress of GNSS spoofing and spoofing detection technology. In: 2019 IEEE 19th international conference on communication technology (ICCT). Xi'an, China, pp. 1360–1369. DOI: 10.1109/ICCT46805. 2019.8947107Radoš K., Brkić M., Begušić D. Recent advances on jamming and spoofing detection in GNSS [Электронный ресурс] // Sensors. 2024. Vol. 24, iss. 13. ID: 4210. DOI: 10.3390/ s24134210 (дата обращения: 23.02.2025).Radoš, K., Brkić, M., Begušić, D. (2024). Recent advances on jamming and spoofing detection in GNSS. Sensors, vol. 24, issue 13, ID: 4210. DOI: 10.3390/s24134210 (accessed: 23.02.2025).Мельниченко С. Спуфинг – новые высоты [Электронный ресурс] // AviaSafety.ru 2024. URL: https://aviasafety.ru/47840/ (дата обращения: 23.02.2025).Melnichenko, S. (2024). Spoofing – New Heights. AviaSafety.ru. 2024. Available at: https:// aviasafety.ru/47840/ (accessed: 23.02.2025). (in Russian)Broumandan A., Siddakatte R., Lachapelle G. An approach to detect GNSS spoofing // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2017. Vol. 32, no. 8. Pp. 64–75. DOI: 10.1109/MAES.2017.160190Broumandan, A., Siddakatte, R., Lachapelle, G. (2017). An approach to detect GNSS spoofing. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, vol. 32, no. 8, pp. 64–75. DOI: 10.1109/MAES.2017.160190Liu Y. Impact assessment of GNSS spoofing attacks on INS/GNSS integrated navigation system / Y. Liu, S. Li, Q. Fu, Z. Liu [Электронный ресурс] // Sensors. 2018. Vol. 18, iss. 5. ID: 1433. DOI: 10.3390/ s18051433 (дата обращения: 23.02.2025).Liu, Y., Li, S., Fu, Q., Liu, Z. (2018). Impact assessment of GNSS spoofing attacks on INS/GNSS integrated navigation system. Sensors, vol. 18, issue 5, ID: 1433. DOI: 10.3390/s18051433 (accessed: 23.02.2025).Lee D.K., Miralles D., Akos D. et al. Detection of GNSS spoofing using NMEA messages // 2020 European Navigation Conference (ENC). IEEE, Germany, Dresden, 2020. Pp. 1–10. DOI: 10.23919/ENC48637.2020.9317470Lee, D.K., Miralles, D., Akos, D. et al. (2020). Detection of GNSS spoofing using NMEA messages. In: 2020 European Navigation Conference (ENC), IEEE, Germany, Dresden, pp. 1–10. DOI: 10.23919/ENC48637. 2020.9317470Spravil J. Detecting maritime GPS spoofing attacks based on NMEA sentence integrity monitoring / J. Spravil, C. Hemminghaus, M. von Rechenberg, E. Padilla, J. Bauer [Электронный ресурс] // Journal of Marine Science and Engineering. 2023. Vol. 11, iss. 5. ID: 928. DOI: 10.3390/jmse11050928 (дата обращения: 23.02.2025).Spravil, J., Hemminghaus, C., von Rechenberg, M., Padilla, E., Bauer, J. (2023). Detecting maritime GPS spoofing attacks based on NMEA sentence integrity monitoring. Journal of Marine Science and Engineering, vol. 11, issue 5. ID: 928. DOI: 10.3390/jmse11050928 (accessed: 23.02.2025).Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2010. 801 c.Perov, A.I., Kharisov, V.N. (2010). GLONASS. Principles of construction and operation. 4th ed., revised and enlarged. Moscow: Radiotekhnika, 801 p. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.