Методика повышения помехоустойчивости приемника спутниковой навигации к воздействию преднамеренных помех

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. 

1. Толстиков А.С., Ушаков А.Е. Противодействие спуфингу и повышение помехоустойчивости аппаратуры потребителя глобальных навигационных спутниковых систем // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2018. № 9. С. 319–327.

2. 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_28

3. 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/S0373463308005213

4. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Wasle E. GNSS-global navigation satellite systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more. New York: Springer Wien, 2008. 547 p.

5. Kaplan E., Hegarty C. Understanding GPS: principles and applications. 2nd ed. Artech house on Demand, 2005. 726 p.

6. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000. 270 c.

7. 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.

8. 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/ S0373463316000473

9. Glomsvoll O. Jamming of GPS & GLONASS signals. Department of Civil Engineering, Nottingham Geospatial Institute, 2014. 80 p.

10. 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).

11. 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.2016.2526658

12. Junzhi 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/ ICCT46805.2019.8947107

13. Radoš 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).

14. Мельниченко С. Спуфинг – новые высоты [Электронный ресурс] // AviaSafety.ru 2024. URL: https://aviasafety.ru/47840/ (дата обращения: 23.02.2025).

15. 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.2017.160190

16. Liu 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).

17. 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/ENC48637.2020.9317470

18. Spravil 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).

19. Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2010. 801 c.