Синтез помехоустойчивого пространственно-временного фильтра для высокоточных измерений навигационных параметров по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем

Рассмотрены проблемы работоспособности современных высокоточных терминалов глобальных навигационных спутниковых систем в условиях воздействия маскирующих и имитационных помех. Решением проблемы низкой помехоустойчивости является применение цифровых антенных решёток с алгоритмами пространственно-временной обработки сигналов. Описаны известные, наиболее проработанные и применяемые, алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов. Приведены причины, не позволяющие применять известные алгоритмы в высокоточных терминалах глобальных навигационных спутниковых систем. Предложен алгоритм пространственно-временной обработки сигналов на основе пространственновременного фильтра конечной длины с теоретически обоснованным требованием к эрмитовой симметрии матричной импульсной характеристики. Предложенный алгоритм гарантирует отсутствие сигнальных искажений в любой сигнально-помеховой обстановке. При этом импульсная характеристика пространственно-временного фильтра рассчитывается по критерию оптимального подавления помех. Исследованы характеристики предложенного пространственно-временного фильтра, а также других алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов. Для этого применён метод математического моделирования со случайным перебором многочисленных параметров сигнально-помеховой обстановки (направления на сигналы, на многочисленные помехи и их отражения, дальность отражателей помех, фазы отражений, уровни помех и отражений и т. д.). Результаты моделирования представлены в виде функций распределения отношений сигнал–шум на выходе алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов и функций распределения смещений фазы и сигнального времени. Полученные зависимости подтверждают несмещённость фазы и сигнального времени в пространственно-временном фильтре в абсолютно любой сигнально-помеховой обстановке с помеховой многолучёвостью. Показано, что пространственно-временной фильтр обеспечивает большую помехоустойчивость, чем компенсаторные алгоритмы пространственновременной обработки сигналов.

1. Coff ed J., The Threat of GPS Jamming. The Risk to an Information Utility, Harris Corporation, 2013, 13 p.

2. Карутин С. Н. Система ГЛОНАСС – текущее состояние и перспективы развития // Тезисы докладов научно-технической конференции «Навигация по гравитационному полю Земли и ее метрологическое обеспечение», 14–15 февраля 2017 г. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017. С. 5–7.

3. Портер М. Конкурентная стратегия: Методика анализа отраслей и конкурентов / Пер. с англ. М.: Альпина Паблишер, 2017. 453 с.

4. Ефименко B. C., Харисов В. Н., Медведев П. В. Влияние многолучевого распространения помех на качество их подавления // Радиотехника. 2005. № 7. С. 62–67.

5. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. М.: Радиотехника, 2010. 800 с.

6. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Адаптивные формирователи лучей для повышения помехоустойчивости приёмников СРНС // Радиотехника. 2008. № 7. С. 45–50.

7. Daneshmand S., Jahromi A., Broumandan A., Lachapelle G. GNSS space-time interference mitigation and attitude determination in the presence of interference signals, Proceedings of the 24th international technical meeting ot the satellite division of the institute of navigation (ION GNSS 2011), 20–23 September 2011, Portland, OR, pp. 1183–1192. DOI:10.3390/s150612180

8. Psiaki M., O’Hanlon B. W., Powell S. P., Bhatti Jahshan, Wesson K. D., Humphreys T. E., Schofi eld A., GNSS spoofi ng detection using two-antenna diff erential carrier phase, Proceedings of the 27th international technical meeting of the satellite division of the Institute of Navigation (ION GNSS 2014), 8–12 September 2014, Tampa, Frorida, pp. 2776–2800. DOI:10.15781/T24M91T03

9. Xu H., Cui X., Shen J., Lu M., A Two-Step Beam-Forming Method Based on Carrier Phases for GNSS Adaptive Array Anti-Jamming, Proceedings of the 2016 International Technical Meeting of The Institute of Navigation, Monterey, California, January 2016, pp. 793–804. DOI:10.33012/2016.13488

10. Dimc F., Bažec M., Borio D., Gioia C., Baldini G., and Basso M., Journal of Institute of Navigation, 2017, vol. 64, no. 1, pp. 93–109. DOI:10.1002/navi.184

11. Ефименко В. С., Харисов В. Н., Павлов В. С. Оптимальные алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов и их характеристики // Радиотехника. 2016. № 7. С. 113–120.

12. Карутин С. Н., Харисов В. Н., Павлов В. С. Оптимальные алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов для высокоточных приложений // Радиотехника. 2018. № 9. С. 1–8. DOI:10.18127/j00338486-201809-23

13. Тихонов В. И., Харисов В. Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Горячая линия – Телеком, 2014. 396 с.