Застосування антенної решітки для підтримання роботи приймачів ГНСС в умовах дії завадових сигналів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347023100023

Ключові слова:

навігація, завадовий сигнал, GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, BEIDOU, QZSS, антенна решітка

Анотація

На тлі інтенсивного розвитку та впровадження супутникових технологій визначення позиції, навігації, синхронізації часу, однією з центральних загроз критично важливим галузям є створення навмисних завад сигналам глобальних навігаційних супутникових систем. Показано, що застосування малорозмірних антенних решіток у навігаційних системах, що складаються з сузір’їв супутників GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, BEIDOU, QZSS, або їх комбінацій, дозволяє виявляти і пригнічувати завадові сигнали методом формування нулів діаграми спрямованості антенної решітки в напрямках їх приходу. Придушення завадового сигналу доповнено процедурами виявлення зі збереженням можливості навігації при використанні від однієї до чотирьох супутникових систем за критеріями необхідної кількості супутників в зоні видимості і допустимого геометричного фактору. Процес придушення завадового сигналу з чотирьох напрямків ілюструється трьома сценаріями, вихідними для яких є сигнали від 35 супутників, що знаходяться в прямій видимості, зібрані в реальному часі від п’яти систем. Показано, що при застосуванні п’яти систем і 35 супутників забезпечується придушення завадового сигналу. При цьому у вирішенні навігаційної задачі беруть участь 22 супутники, 13 супутників знаходяться нижче за поріг виявлення, геометричний фактор дорівнює 1,18. При використанні GPS, ГЛОНАСС і 19 супутників також забезпечується придушення завадового сигналу. Тоді у вирішенні навігаційної задачі беруть участь 10 супутників, 9 знаходяться нижче за поріг виявлення, геометричний фактор дорівнює 2,1. При застосуванні тільки GPS, забезпечується придушення завадового сигналу. На цей раз у вирішенні навігаційної задачі беруть участь 7 супутників, 4 знаходяться нижче за поріг виявлення, геометричний фактор дорівнює 1,76.

Посилання

B. J. Fischer, J. Onyan, “Making Time Sensitive Networks Resilient Against Threats: Recent Advances,” Web-site Safran # White Papers, 2021. https://safran-navigation-timing.com/making-time-sensitive-networks-resilient-against-threats-recent-advances/.

EUSPA, EUSPA EO and GNSS Market Report. Luxembourg, 2022, doi: https://doi.org/10.2878/94903.

U.S. government, “Ligado networks and GPS,” Web-site gps.gov, 2022. https://www.gps.gov/spectrum/ligado/.

O. B. Osoro, E. J. Oughton, “A techno-economic framework for satellite networks applied to low Earth Orbit constellations: Assessing Starlink, OneWeb and Kuiper,” IEEE Access, vol. 9, pp. 141611–141625, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3119634.

C. Sun, J. W. Cheong, A. G. Dempster, H. Zhao, W. Feng, “Recovering authentic global position system L1 signals under spoofing using dual receiver direct positioning,” J. Navig., vol. 74, no. 4, pp. 782–800, 2021, doi: https://doi.org/10.1017/S0373463320000788.

S. Ni et al., “GNSS spoofing suppression based on multi-satellite and multi-channel array processing,” Front. Phys., vol. 10, 2022, doi: https://doi.org/10.3389/fphy.2022.905918.

A. C. O’Connor et al., “Economic benefits of the Global Positioning System (GPS). RTI International,” 2019. uri: https://www.gps.gov/governance/advisory/meetings/2019-11/gallaher.pdf.

R. Morales-Ferre, P. Richter, E. Falletti, A. de la Fuente, E. S. Lohan, “A survey on coping with intentional interference in satellite navigation for manned and unmanned aircraft,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 22, no. 1, pp. 249–291, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2949178.

V. Chamola, P. Kotesh, A. Agarwal, . Naren, N. Gupta, M. Guizani, “A comprehensive review of unmanned aerial vehicle attacks and neutralization techniques,” Ad Hoc Networks, vol. 111, p. 102324, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2020.102324.

E. Schmidt, Z. Ruble, D. Akopian, D. J. Pack, “Software-defined radio GNSS instrumentation for spoofing mitigation: A review and a case study,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 68, no. 8, pp. 2768–2784, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2869261.

J. Chen, X. Wang, Z. Fang, C. Jiang, M. Gao, Y. Xu, “A real-time spoofing detection method using three low-cost antennas in satellite navigation,” Electronics, vol. 13, no. 6, p. 1134, 2024, doi: https://doi.org/10.3390/electronics13061134.

M. M. Sani, P. Risbud, A. V. Aryasomyajula, N. Gatsis, “Effects of pseudo-measurements on GPS spoofed power system state estimation,” in 2022 IEEE Texas Power and Energy Conference (TPEC), 2022, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/TPEC54980.2022.9750738.

P. Risbud, N. Gatsis, A. Taha, “Multi-period power system state estimation with PMUs under GPS spoofing attacks,” J. Mod. Power Syst. Clean Energy, vol. 8, no. 4, pp. 597–606, 2020, doi: https://doi.org/10.35833/MPCE.2020.000125.

J. Li, X. Zhu, M. Ouyang, W. Li, Z. Chen, Z. Dai, “Research on multi-peak detection of small delay spoofing signal,” IEEE Access, vol. 8, pp. 151777–151787, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3016971.

B. Kujur, S. Khanafseh, B. Pervan, “Detecting GNSS spoofing using temporal behavior of spoofed signals,” in Proceedings of the 34th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+ 2021), 2021, pp. 3668–3682, doi: https://doi.org/10.33012/2021.17967.

Y. Wei, H. Li, M. Lu, “A steady-state spoofing detection and exclusion method based on raw IMU measurement,” IEEE Sensors J., vol. 22, no. 4, pp. 3529–3539, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3143150.

B. Kujur, S. Khanafseh, B. Pervan, “Detecting GNSS spoofing of ADS-B equipped aircraft using INS,” in 2020 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS), 2020, pp. 548–554, doi: https://doi.org/10.1109/PLANS46316.2020.9109966.

C. Guizzaro, F. Formaggio, S. Tomasin, “GNSS spoofing attack detection by IMU measurements through a neural network,” in 2022 10th Workshop on Satellite Navigation Technology (NAVITEC), 2022, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/NAVITEC53682.2022.9847562.

X. Zhou, H. Li, M. Lu, “A GNSS spoofing detection method based on raw GNSS/IMU/camera measurements,” in Proceedings of the 2023 International Technical Meeting of the Institute of Navigation, 2023, pp. 377–384, doi: https://doi.org/10.33012/2023.18631.

Z. Clements, J. E. Yoder, T. E. Humphreys, “Carrier-phase and IMU based GNSS spoofing detection for ground vehicles,” in Proceedings of the 2022 International Technical Meeting of The Institute of Navigation, 2022, pp. 83–95, doi: https://doi.org/10.33012/2022.18252.

J. Wei, S. Liao, Q. Xue, W. Che, “Highly integrated multifunctional asntenna for global navigation satellite system,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 70, no. 12, pp. 12305–12310, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2022.3210645.

Y. Fu, F. Shang, Z. Fu, “Anti-interference satellite navigation array antenna,” in 2023 IEEE 11th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP), 2023, pp. 1–2, doi: https://doi.org/10.1109/APCAP59480.2023.10470064.

R. Liu, Z. Yang, Q. Chen, G. Liao, Q. Zhu, “Localization of GNSS spoofing interference source based on a moving array antenna,” Remote Sens., vol. 15, no. 23, p. 5497, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/rs15235497.

F. Rothmaier, Y. Chen, S. Lo, T. Walter, “GNSS spoofing detection through spatial processing,” Navigation, vol. 68, no. 2, pp. 243–258, 2021, doi: https://doi.org/10.1002/navi.420.

F. Wang, C. Zhang, H. Sun, “Research on the space-time anti-jamming algorithm for satellite navigation receiver,” in 2019 2nd International Conference on Information Systems and Computer Aided Education (ICISCAE), 2019, pp. 617–621, doi: https://doi.org/10.1109/ICISCAE48440.2019.221708.

V. V. Konin, O. V. Kutsenko, E. O. Lukianenko, S. I. Ilnytska, “Experimental investigation of multi-GNSS in static mode,” in 2018 IEEE 5th International Conference on Methods and Systems of Navigation and Motion Control (MSNMC), 2018, pp. 179–182, doi: https://doi.org/10.1109/MSNMC.2018.8576274.

В. М. Кондратюк, В. В. Конин, А. В. Куценко, С. И. Ильницкая, “Тестирование в Украине сервиса высокоточного позиционирования в статическом и кинематическом режимах,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 10, pp. 626–639, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019100054.

Y. Averyanova, O. Kutsenko, V. Konin, “Interference suppression at cooperative use of GPS, GLONASS, GALILEO, BEIDOU,” in 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW), 2020, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/UkrMW49653.2020.9252766.

O. Kutsenko, Y. Averyanova, V. Konin, “Simulation of four-directional spoofing suppression with five-elements antenna array,” in 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 2021, pp. 213–216, doi: https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.9575929.

Y. Averyanova, O. Kutsenko, V. Konin, “Method of GPS, GLONASS, GALILEO, and BEIDOU systems spoofing suppression,” Telecommun. Radio Eng., vol. 80, no. 7, pp. 51–64, 2021, doi: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.2021037162.

V. Konin, O. Pogurelskiy, I. Prykhodko, T. Maliutenko, O. Sushych, O. Ishchenko, “Multi-GNSS in limited navigation satellite availability,” in Lecture Notes in Networks and Systems, Cham: Springer, 2023, pp. 126–140.

N. X. Ahn, A. G. Laush, Y. Khomenko, V. I. Lutsenko, I. V. Lutsenko, I. V. Popov, “Testing of GNSS receivers of space objects in Earth conditions and the implementation of spoofing using simulator of GNSS signals,” Telecommun. Radio Eng., vol. 79, no. 20, pp. 1773–1783, 2020, doi: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v79.i20.10.

O. Ishchenko, “Two-element CRPA GNSS,” MATLAB Central File Exchange, 2024. https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/160916-two-element-crpa-gnss.

Експериментальні дані для моделювання спостережень п’яти супутникових систем

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-05-30 — Оновлено 2023-06-30

Як цитувати

Конін, В. В., Авер’янова, Ю. А., & Іщенко, О. М. (2023). Застосування антенної решітки для підтримання роботи приймачів ГНСС в умовах дії завадових сигналів. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 66(6), 351–361. https://doi.org/10.20535/S0021347023100023

Номер

Том 66 № 6 (2023)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.