CC BY
74
УДК656.052.1 Нач. eiddviy А.Т. Кривов'яз -ДП "Оризон-Навшщя";
пров. наук. ствроб. Ю.1. Бударецький, канд. техн. наук вики. М.В. Бахмат -Академiя сухопутних вшськ iM. гетьмана Петра Сагайдачного
МЕТОДИ ПОБУДОВИ ЗАВАДОЗАХИЩЕНИХ НАВ1ГАЦ1ЙНИХ СИСТЕМ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ М1СЦЕПОЛОЖЕННЯ НАЗЕМНИХ РУХОМИХ
ОБ'ектш
Проан^зовано методи шдвищення завадозахищеност супутникових радюнавк-а-цшних систем (СРНС) для навк-ацп i топогеодезично! прив'язки наземних рухомих об'eктiв (НРО). Наведено порiвняльнi характеристики запропонованих метсдав шдви-щення завадозахищеностi СРНС. Запропоновано варiанти побудови автономних навка-цшних систем (АНС). Розглянуто порiвняльнi характеристики СРНС i АНС. Наведено результати експериментальних оценок визначення напрямку i швидкостi руху за допо-могою мiкромеханiчного гiроскопу i доплергвсько! радюнавк-ацшно! системи (ДРНС) як складових частин АНС, так i за допомогою СРНС пiд час руху НРО по пересченш мiсцевостi. Визначено доцшьшсть комплексування СРНС i АНС.
Ключовi слова: супутникова радiонавiгацiйна система, автономна навк-ацшна система, iнерцiйна навiгацiйна система, комплектована навiгацiйна система.
Вступ. Сучаст збройнi конфлiкти характеризуються високою швидкк-тю маневрування вiйськами та вогнем. Досягти мкця призначення у мшмальт термiни, спланувати шлях i до мобiльних пiдроздiлiв Сухопутних вiйськ не-можливо без оснащения цих шдроздшв i окремих бойових машин засобами на-вiгацií i топогеодезично!' прив'язки. Тому передовi у вiйськовому плат кра'ни пiд час створення нових i модернiзацií наявних зразкiв озброення придiляють особливу увагу оснащенню кожно!' одиижцi бойово!' техиiки засобами наюгацц i топогеодезично!' прив'язки [1].
У сучасшй практицi проведення бойових операцш значного поширення набули супутниковi радюнавтацшш системи (СРНС). Сьогоднi американську СРНС GPS використовують вiйськовi кра'н НАТО практично повсюдно: вiд на-ведення бомб до вiдстежеиня вантажш. Однак ризик втратити сигнал GPS росте з кожним днем. Американськi аналиики зазначають, що супротивник може заглу-шити сигнал GPS i позбавити американську армда ii головно!' переваги. Ком-плектуючi для "глушилок" GPS сьогодш придбати досить просто, i цим можуть скористатися не тальки вiйськовi, але й терористи. Як приклад: недавно у Швден-нш Коре! розбився безтлотний лiтальний апарат. Причиною, зважаючи на все, стала втрата сигналу GPS у зв'язку з перешкодами, ят, очевидно, "включили" швшчнокорейсьт вiйськовi. Свого часу iранцi стверджували, що за допомогою GPS-спуфинга вони змогли посадити секретний американський БПЛА RQ-170.
Важливо зазначити, що наявним типам атак на супутниковi навiгацiйнi системи пiддаeться не тальки популярна GPS, але й також росшська ГЛОНАСС, а також европейська GALILEO, що зараз перебувае у процес розроблення. Тому на сьогодш особливу актуальнкть здобувають проблеми забезпечення зава-достайко!' роботи навтащйно! апаратури споживачiв (НАС).
Аналiз попереднгх дослiджень. Держави, що розробляють та експлуату-ють СРНС, придiляють особливу увагу ртенню проблеми забезпечення гаран-товано!' роботи супутникових засобш нашгацц в умовах ненавмисних i оргашзо-
ваних завад. Так розробники росiйськоï СРНС ГЛОНАСС у пропозицiях мiж-державно1 ради "Радюнавтащя" наголошують на noTpe6i створення комплексу заходш пiдвищення ïx завадозахищеносп, серед яких комплексне використання шформацц СРНС i засобiв навiгацiï автономних навiгацiйниx систем (АНС). Зазначено, що iнтегрування радiонавiгацiйниx систем е одним з перспективних напрямкiв розвитку систем радюнавтацп.
Аналогiчнi тенденцiï вiдбуваються й у США. Вщповвдно до нормативного документа США у галузi полиики розвитку СРНС GPS - "Federal Radionavigation System" (2001 р.) найбшьш прiоритетним завданням визнано: "... забезпе-чення стiйкостi навтацшних систем в умовах придушення СРНС, у т.ч. - при-душення СРНС засобами радiоелектронноï протидiï (РЕП) супротивника на те-атрi военних дiй".
Одним з методов пiдвищення завадозаxищеностi е iнтеграцiя (комплек-сування) НАС СРНС i АНС, яка складаеться з давачiв напрямку й пройденого шляху, акселерометрiв i ДРНС. Така штегращя забезпечуе роботу навтацшних систем в умовах природних та органiзованиx завад i дае змогу збшьшити точ-нiсть мкцевизначення, усунути "мертвi зони" i втрату початкових дiлянок маршруту наземних рухомих об'ектш (НРО). Окрш цього, сшльне оброблення ш-формацiï ввд СРНС i АНС дае змогу використовувати переваги кожно1 системи (безперервнкть надходження iнформацiï з АНС i ввдсутшсть помилок накопи-чення у СРНС з часом), компенсувати ïx недолши (накопичення помилок в АНС з часом, дискретнкть визначень i можливi перерви у роботi СРНС) i таким чином забезпечувати безперервне, точне, достовiрне i надайне визначення навь гацiйниx параметров НРО. Це тдтверджуе i досвiд розроблення комплексова-них навiгацiйниx систем (КНС) провщними крашами свiту.
КНС фiрми "Northrop" поеднуе Б1НС та одноканальний приймач СРНС GPS. Помилки у визначенш координат за кодом С/А - не бшьше 30 м.
КНС фiрми "Texas Instruments" на базi Б1НС i двоканального приймача СРНС "GPS" також дае точнiсть до 30 м при робоп за кодом С/А.
Одшею з ефективних КНС також е система modular azimuth position system hybrid (MAPSH), доповнена GPS [2]
1ншим, не менш ефективним теxнiчним рiшенням, е розроблення фiрми NA VSYS Corporation - КНС типу СРНС/1НС на основi комерцiйниx мiкроелек-тронних мехашчних систем (MEMS) - акселерометрiв i проскошв.
У Росiйськiй Федерацiï створено КНС,, ТРОНА-1", яку використовують як систему топографiчного орiентування (СТО).
Таким чином, розроблення методiв пiдвищення завадозахищеносп вiт-чизняних навiгацiйниx систем i створення на ïx основi завадозахищено!' КНС е актуальним завданням сьогодення.
Виклад основного MaTepiany. Розглянемо методи пiдвищення завадо-дозахищеносп навiгацiйноï апаратури СРНС, яку використовують вичизняш та iноземнi розробники.
1. Мультисистемнкть i багаточастотнiсть - застосування НАС СРНС можливостi приймання й оброблення сигнал1в вiд рiзниx СРНС: GPS, GALI-
LEO, SBAS (WAAS, EGNOS, MSAS) у кшька робочих дiапазонах. Це той шлях, який зарекомендував себе як найефектившший. Варто зазначити, що принципи мультисистемносп й багаточастотностi свого часу було прийнято як основнi в концепцп проектування навiгацiйноï апаратури ДП "Оризон-Навкащя".
2. Просторова селекцiя сигналов i придушення сигналу перешкод:
а) цифровi антенш Гратки (ЦАГ) з "максимумами" у напрямках на навкацшш KOCMÎ4HÎ апарати;
б) ЦАГ з "нулями" у напрямках на джерела перешкод;
в) компенсащя перешкод за допомогою одше!' або декiлькох допомiжних ан-тен.
3. Передкореляцiйне оброблення сумiшi сигналiв i перешкод:
а) оброблення спектра сумiшi сигналiв i перешкод з метою придушення зосе-реджених спектральних складових на основi прямого i зворотного дискретного перетворення Фур'е;
в) оброблення сумМ сигналiв i перешкод у тимчасовш области
4. Алгоритмiчне посткореляцiйне оброблення сигналу:
а) некогерентне приймання сигналiв;
б) алгоритшчш (програмнi) способи завадостiйкого видшення ефемеридно'1 iнформацiï (El);
в) використання у приймачi НАС надлишково'1 шформацп', закладено'1 у структурi сигналу: зв'язок мiж несною i тактовою частотами коду; зв'язок мiж сигналами одного супутника, переданими на рiзних несних частотах;
г) використання у приймачi НАС надлишково'1 iнформацiï, закладено'1 у складi сигналiв СРНС (контроль цшсносл системи за одним або декшькома алгоритмами).
5. Комплексування iз зовшшшми джерелами навiгацiйноï iнформацiï:
а) використання шформацп' про швидкост й/або прискорення по осях об'екта, про кути орiентацiï НРО, його висоту й ш., що надходять вiд додаткових давачiв;
б) комплексування з шерцшною навiгацiйною системою.
6. Формування навкацшних пол1в (власних) засобами локальних радь онавкащйних систем. Потенцiйно досяжнi показники ефективносп метод1в за-вадозахищеностi наведено в табл. 1 [3]. Реальш показники завадозахищеносп приймача СРНС СН-3003М виробництва ДП "Оризон-Навiгацiя" наведено в табл. 2 [4]. Результати аналiзу даних табл. 1 i 2 свщчать, що реалiзацiя розгля-нутих метод1в у НАС СРНС СН-3003М дала змогу отримати завадозахищенiсть 1х роботи, близьку до потенцшно1.
Таким чином, шд час реалiзапiï зазначених вище методiв завадозахище-ностi, можна констатувати шдвищення ïï рiвня i в режим наведення каналiв на 30 дБ, i в режим супроводу на 40 дБ, що звичайно не е остаточним розв'язком питання, але значно пiдвищуе ефектившсть застосування апаратури i засоб1в супутниково!' навiгапiйноï навiть в умовах активного застосування супротивником засоб1в РЕП.
Результати проведеного аналiзу попереднiх до^джень свiдчать, що по-ряд з женсивним застосуванням НАС СРНС, засоби АНС, яю вже тривалий термш використовують у НРО як основш засоби навiгапiй, i сьогоднi не втрача-ють допiльностi свого використання.
Табл. 1. Показники ефективностi метоЫв завадозахищеностi
№ з/п Метод Досяжний рiвень зава-дозахищеноси, дБ Тип завади
режим супроводу режим наведения каналiв
1 Контроль щлюноси СРНС до 6 0 Гармоншна; полтармоншна; iмпульсна; шумоподiбна; iмiтацiйна; складна iмiтацiйна.
2 Просторова селекцш сигнатв i придушення завад вщ 10 до 40 вщ 10 до 40 Гармонiйна; полiгармонiйна; iмпульсна; шумоподiбна.
3 Посткореляцшна обробка сигналу (зменшення порогу чутливоси кь лець спостереження до впливу перешкод). 5-7 5-7 Гармоншна; полтармоншна; iмпульсна; шумоподiбна.
4 Алгоримчна посткорелядшна обробка сигналу (алгоригшчт (прог-рамнi) способи завадостшкого видь лення ефемеридно! шформацл). до 6 0 Гармонiйна; полтармоншна; iмпульсна; шумоподiбна.
5 Предкореляцiйна обробка сумiшi сигналiв i завад 15-30 15-20 до 20 15-30 15-20 до 20 Гармонiйна; полiгармонiйна; iмпульсна.
Табл. 2. Радюелектронний захист апаратури СН-3003М
Характеристика Параметр Значення
Через антену
Частотна вибiрковiсть: - по бiчному каналу прийому - по блокуванню та перехрес-ним спотворенням - по штермодуляцп Рiвень вiдносноí сприйиятливостi, не менше Динамiчний дiапазон, не менше Рiвень сприйиятливостi Динамiчний дiапазон, не менше мiнус 60 дБВт 50 дБ мшус 10 дБВт 75 дБ мшус 40 дБВт
Окрiм антени
Сприйиятливiсть Рiвень сприйнятливосп
до завад по колах живлення, керування в дiапазонах частот: - вщ 0,01 до 0,06 МГц - вщ 0,06 до 0,15 МГц - вщ 0,15 до 0,50 МГц - вщ 0,5 до 6,0 МГц - вщ 6 до 1000 МГц 100 дБ/мкВ 90 дБ/мкВ 86 дБ/мкВ 80 дБ/мкВ 70 дБ/мкВ
Завади, що випромiнюються
Зворотне випромiнювания (гетеродин) Рiвень зворотного випромшювання гетеродина, вимiряного на входi антенного пiдсилювача, не бшьше 10 мкВ
Серед складових частин АНС розрiзняють: шерцшш (на б^ гiроскопiв i акселерометрiв) навiгацiйнi системи (1НС), безплатформовi iнерцiйнi навка-цiйнi системи (Б1НС), одометричнi навiгацiйнi системи (ОНС), допплершсьи радiонавiгацiйнi системи (ДРНС).
Розглянемо ix особливостi. Характерними недолiками АНС е:
• неможливiсть визначити абсолютну висоту НРО н.р.м.;
• короткий час видавання точних даних, через що створюються передумови до вiдволiкання екшажу на пошук орiентирiв;
• для контрольного орieнтування необхiднi певнi затрати часу, зупинка НРО, ви-хд екiпажу з машини.
Основними перевагами АНС е високий стушнь ix завадозаxиш;еностi,
висока частота виведення даних i ix короткотермiнова точнiсть. Порiвняльнi характеристики СРНС i АНС наведено в табл. 3.
Табл. 3. По/шноньш характеристики СРНС i АНС
Характеристика СРНС АНС
Функщонування [нформацiя Частота виведення даних Короткотермшова точтсть Довготермiнова точнiсть Доступнiсть Уразливкть Неавтономне Абсолютна 1, 5, 10 Гц Низька Висока Обмежена Висока Автономне Вщносна до 100 Гц Висока Низька Необмежена Невластива
Враховуючи недолши i переваги СРНС i АНС, а також досввд провiдниx у вiйськовому плаш краш, дощльно зазначити, що автономне використання ок-ремиx систем менш ефективне, нiж ix поеднання в КНС. КНС повинна мати щонайменше дв навiгацiйнi компоненти, якi реалiзованi на рiзниx фiзичниx принципаx (наприклад: 1НС+СРНС; Б1НС+СРНС, ОНС+СРНС або ДРНС+СРНС), тодi ix поxибки будуть рознесеш по осi частот i за сумкного об-роблення апаратна надлишковкть буде перетворюватися в пiдвищення точносп та завадозаxищеностi.
Комплексування АНС i СРНС усувае ix недолiки i пiдкреслюе переваги:
• СРНС зазвичай забезпечуе добру довготермiнову точнiсть, тодi як ii коротко-термiновi характеристики зазнають впливу шумiв, особливо це характерно тд час використання кодових вимiрювань;
• АНС характеризуються тим, що короткотермшова повторювана точнiсть висока, а низькочастотт ефекти дрейфу, яю виникають через похибки давачiв, по-гiршують довготермiновi характеристики;
• катбрування АНС за допомогою СРНС сприяе значному покращенню довго-термшово! поведiнки АНС;
• доступнiсть СРНС обмежуеться впливом перешкод на шляху розповсюдження сигналiв, чого немае в АНС;
• уразливють СРНС до оргатзованих чи природних завад та штерференцшних перешкод компенсуеться вiдсутнiстю !х впливу на АНС;
• максимальт допустимi розриви у доступностi СРНС можна устшно перекрити за допомогою АНС, залежно вiд вимог застосування.
Враxовуючи важливiсть створення вiтчизняноi завадозакищено!' КНС ДП "Оризон-Навiгацiя" разом з ТОВ "НВП "Ефiр-С" та за учасп фаxiвцiв Ака-демй' суxопутниx вiйськ 1м. гетьмана Петра Сагайдачного проводять теоретичнi i експериментальнi дослвдження складовиx частин КНС i алгоршшв сумкного оброблення iнформацii в1д р1знотипник систем навiгацii НРО.
Для проведения сумюних експериментальних дослiджень складових час-тин КНС було використаио приймач СРНС виробиицтва ДП мОризои-Навiгацiям та АНС на основi мiкромехаиiчиого проскопа i ДРНС виробиицтва ТОВ "НВП мЕфiр-См. Одиieю з особливостей ДРНС е реалiзацiя 11 роботи в дiапазоиi частот 60 ГГц, що мае резоиаисиий показиик затухания. У приземному шарi атмосфери цей показник досягае до 18 дБ/км, що, своею чергою, гарантуе високi показники приховаиостi i завадозахищеиостi роботи ДРНС. О^м цього, розроблена ДРНС мае високу електромагштну сумiсиiсть у складi з iишими системами НРО.
Результати експериментальних дослщжень сумiсиоí роботи складових частин КНС наведено на рис. Результати аналiзу експериментальних даних, на-ведених на рис., свiдчать про високий стутнь корельоваиостi значень напрямку i швидкостi руху НРО, як отримаиi вiд иавiгацiйиих систем, що побудоваш за рiзиими фiзичиими принципами.
HINniflaNOlOHNJlljlD^aOHnjfjflM^
Рис. Показники cyMicHux вимiрювань курсового кута (верхмй графж) i швидкост1 руху (нижнш графж) СРНС та АНС
Висновки. Результати експериментальних дослщжень сушсно! роботи АНС i СРНС вггчизняних виробникiв надають пщставу для створення на ix ос-новi завадозахищеноУ КНС.
Напрямком подальших дослiджень е створення вичизняно! КНС, оп-тимiзацiя ii складу й алгорштв роботи.
Л1тература
1. Жигулш В. Аналiтичний огляд юнуючих i перспективних систем навiгацií наземних ру-хомих об'екив / В. Жигулш, В. Корольов, П. Волчко, В. Липський // 1нженерна геодезш : зб. наук. праць. - К. : Вид-во мЛибiдьм, 2002. - Вип. 46. - С. 79-96.
2. Brown A. Navigation Using LINK-16 GPS/INS Integration" / A. Brown, P. Sack // Proceedings of ION GPS/GNSS 2003, Portland, OR, Sept. 2003.
3. Водяных А. А. Перспективные направления развития навигационных технологий и оборудования ГП "Оризон-Навигация" / А.А. Водяных. [Электронный ресурс]. - Доступный с http://ismk.kpi.ua / sites/default/files/Conference/Section_1/paper_06.pdf.
4. Нав^ацшна апаратура споживачiв супутникових нав^ацшних систем ГЛОНАСС i GPS NAVSTAR СН-3003М. ^вництво з експлуатацп ПКАН.461513.017-03 РЕ.
Кривовяз А. Т., Бударецкий Ю.И., Бахмат М.В. Методы построения помехозащищенных навигационных систем для определения местоположения наземных подвижных объектов
Проанализированы методы повышения помехозащищенности спутниковых радионавигационных систем (СРНС) для навигации и топогеодезической привязки наземных подвижных объектов (НПО). Приведены сравнительные характеристики предложенных методов повышения помехозащищенности СРНС. Предложены варианты построения автономных навигационных систем (АНС). Рассмотрены сравнительные характеристики СРНС и АНС. Приведены результаты экспериментальных оценок определения направления и скорости движения с помощью микромеханического гироскопа и доплеровской радионавигационной системы (ДРНС), как составных частей АНС, так и с помощью СРНС при движении НРО по пересеченной местности. Определена целесообразность комплексирования СРНС и АНС.
Ключевые слова: спутниковая радионавигационная система, автономная навигационная система, инерциальная навигационная система, комплексированная навигационная система.
Krivovyaz A.T., Budaretsky Yu.I., Bakhmat M.V. Some Methods of Construction of Obstacle Secure Navigation Systems for Tracking Ground Moving Objects
Some methods to increase obstacle security of satellite radio navigation systems (SRNS) for navigation and surveying of ground moving objects (GMOs) are analysed. Comparative characteristics of the proposed methods of improving obstacle security of satellite radio navigation systems are defined. Some variants of construction of the autonomous navigation systems (ANS) are proposed. Comparative characteristics of SRNS and ANS are studied. The results of experimental evaluations of movement direction and speed with the help of a micromechanical gyroscope and Doppler radio navigation system (DRNS) as components of the ANS and using SRNS when driving on rough terrain GMO are proposed. The feasibility of interconnecting the SRNS and ANS are determined.
Keywords: satellite radio navigation system, autonomous navigation system, inertial navigation system, complex navigation system.
УДК355.343.22:303.022 Доц. Р.В. Кузьменко, канд. техн. наук;
викл. 1.Б. Дуфанець - Академiя сухопутних вшськ т. гетьмана Петра Сагайдачного
ОЦ1НЮВАННЯ НАД1ЙНОСТ1 ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ З НАВЧАЛЬНО1
ДИСЦИПЛ1НИ "АВТОМОБГЛЬНА ТЕХН1КА, В ТОМУ ЧИСЛ1 АВТОМОБГЛЬНА П1ДГОТОВКА"
Перевiрка та оцшювання отриманих знань вшськовослужбовцями з дисциплши "Автомобшьна техника, в тому числи автомобшьна подготовка" е вкрай важливою i не-обхщною компонентою навчального процесу вшськового навчального закладу, зокрема в час його функцюнування в особливий перюд. Розглянуто систему оцшювання, наведено приклад застосування методики, отримано результати, що шдтверджують високий р]вень внутршньотестово! та ретестово! надшност системи оцшювань знань, що спря-мована на перевiрку теоретичних знань навчальних шдроздшв Академн сухопутних вшськ зi зазначено! вище навчально! дисциплши.
Ключовi слова: надшшсть тесту, тестев технологи, автомобшьна подготовка, во-дшня автомобшя.
Актуальшсть та постановка проблеми. Вщомо, що система бойово! шдготовки вшськ (сил) включае предмети шдготовки, основними серед яких е
