Многофункциональный компенсатор для навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы с возможностью локальной навигации по сигналам отечественных средств радиоподавления

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении качества координатно-навигационного обеспечения объекта – носителя навигационной аппаратуры потребителя (НАП) ГНСС в условиях деструктивного воздействия радиопомех. Технический результат достигается за счет того, что многофункциональный компенсатор, подключаемый к НАП ГНСС, состоит из K-элементной антенной решетки, K-канального радиоприемного устройства, K-канального аналого-цифрового преобразователя, модуля структурно-временной компенсации радиопомех, блока пространственной компенсации радиопомех, блока переноса спектра сигнала на рабочую частоту, модуля локальной навигации, блока управления и подключаемого защищенного машинного носителя информации, при этом модуль структурно-временной компенсации радиопомех состоит из N устройств K-канальных обнаружителей-формирователей помех, K сумматоров и K вычитающих устройств, а каждое n-е устройство K-канальных обнаружителей-формирователей помех включает в себя генератор псевдослучайной последовательности n-й помехи, K обнаружителей n-й помехи в k-м канале антенной решетки и K формирователей копии n-й помехи в k-м канале антенной решетки, а модуль локальной навигации состоит из N пеленгаторов помех и вычислителя локальной навигационной системы объекта – носителя НАП ГНСС. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для улучшения приема навигационного сигнала на фоне преднамеренных радиопомех, а также для обеспечения альтернативной навигации по сигналам отечественных средств радиоподавления, и может быть использовано в качестве функциональной приставки к навигационной аппаратуре потребителя (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС).

Навигационная аппаратура потребителя ГНСС предназначена для координатно-навигационного обеспечения (КНО) объекта, на котором размещается НАП ГНСС, т.е. объекта – носителя НАП ГНСС.

Однако в условиях деструктивного воздействия радиопомех точность определения координат в НАП ГНСС ухудшается или определение координат становится совсем невозможным, что приводит к ухудшению качества КНО объекта – носителя НАП ГНСС.

Для повышения качества КНО объекта – носителя НАП ГНСС в условиях воздействия радиопомех применяются различные компенсаторы радиопомех для НАП ГНСС.

Известна система радиоподавления навигационной аппаратуры потребителей ГНСС противника, совместимая с отечественной НАП ГНСС [1], состоящая из нескольких передатчиков преднамеренных помех с известной, но скрытой от противника структурой излучаемого помехового сигнала, предназначенного для радиоподавления НАП ГНСС противника, и отечественной НАП ГНСС, содержащей между приемной антенной и отечественной НАП ГНСС блок компенсаторов с последовательно установленными компенсаторами, состоящими из генератора копии помехового сигнала, излучаемого постановщиком помех, коррелятора, решающего устройства, управляемого элемента задержки, управляемого аттенюатора, вычитающего устройства.

Известен компенсатор радиопомех для обеспечения электромагнитной совместимости отечественной НАП ГНСС с отечественным средством радиоподавления НАП ГНСС противника при работе на совпадающих частотах [2], размещенный между выходом антенного усилителя и входом приемника навигационной аппаратуры потребителя, состоящий из понижающего смесителя, усилителя промежуточной частоты, смесителя гармонического сигнала, местного гетеродина, умножителя, генератора копии компенсируемого напряжения, вычитающего устройства, восстанавливающего смесителя, контура фазовой автоматической подстройки частоты, содержащего управляемый генератор промежуточной частоты, усилитель низкой частоты, контурный фильтр, фазовый дискриминатор, контура автоматического слежения за задержкой, содержащего контурный фильтр, дискриминатор задержки, синхронный детектор, усилитель низкой частоты, управляемый генератор псевдослучайной последовательности, контура выделения и хранения огибающих импульсов компенсируемого напряжения, содержащего динамическое запоминающее устройство, амплитудный детектор, согласованный фильтр, контура автоматического сопровождения амплитуды сигнала, содержащего контурный фильтр, амплитудный дискриминатор, амплитудный детектор выходного сигнала усилителя промежуточной частоты, усилитель низкой частоты, управляемый аттенюатор, амплитудный детектор синтезированного сигнала.

Однако вышеописанные компенсаторы радиопомех предназначены для компенсации только радиопомех отечественных средств радиоэлектронного подавления (РЭП) ГНСС, структура которых известна санкционированному потребителю, и не обеспечивают компенсации радиопомех противника, структура которых санкционированному потребителю неизвестна.

Известен компенсатор помех для навигационной аппаратуры потребителя глобальной навигационной спутниковой системы [3], состоящий из K-элементной антенной решетки, диаграммообразующей схемы, имеющей блоки весовых коэффициентов, сумматора, пеленгатор, блок задания значений диаграммы направленности в направлениях сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) и помех, блок расчета весовых коэффициентов, анализатор сигналов НКА и помех, выходы антенных элементов антенной решетки, соединены с соответствующими входами пеленгатора и входами блоков весовых коэффициентов диаграммообразующей схемы, выход пеленгатора соединен с одним из входов блока задания значений диаграммы направленности в направлениях на источники сигналов НКА и помех, выход которого соединен с входом блока расчета весовых коэффициентов, имеющего выходы, соединенные с соответствующими входами блоков весовых коэффициентов диаграммообразующей схемы, выходы блоков весовых коэффициентов диаграммообразующей схемы соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с входом анализатора сигналов НКА и помех, имеющего два выхода, один из которых соединен с другим входом блока задания значений диаграммы направленности в направлениях на источники сигналов НКА и помех, второй соединен с НАП ГНСС, при этом приемные элементы антенной решетки принимают навигационные сигналы и помехи и передают их в блоки весовых коэффициентов диаграммообразующей схемы и в пеленгатор, определяющий направления прихода навигационных сигналов и помех и передающий их в блок задания значений диаграммы направленности в направлениях на источники сигналов НКА и помех, который задает значения диаграммы направленности (ДН) в направлениях прихода сигналов, равными K, а в остальных направлениях - нули, передает эти значения в блок расчета весовых коэффициентов, который рассчитывает вектор весовых коэффициентов и передает значения вектора в соответствующие блоки весовых коэффициентов диаграммообразующей схемы, которые формируют взвешенные сигналы и передают их в сумматор, где происходит их сложение и передача результирующего сигнала в анализатор сигналов НКА и помех, который проводит анализ, выявляющий принадлежность поступившего сигнала к навигационным сигналам или помехам, и передает информацию о принадлежности в блок задания значений ДН в направлениях на источники сигналов НКА и помех, после определения направлений на все источники навигационных сигналов и на источники помех блок задания значений диаграммы направленности в направлениях на источники сигналов НКА и помех выдает в блок расчета весовых коэффициентов значения ДН, равные K в направлениях прихода навигационных сигналов и нулю – в направлениях прихода помех; в результате формируется ДН адаптивной антенной решетки, значения которой в направлениях на источники навигационного сигнала равны K, а в направлениях на источники помех – нули; полученные навигационные сигналы анализатор сигналов НКА и помех пропускает в НАП ГНСС.

Эффективность компенсации радиопомех вышеописанным компенсатором радиопомех, основанным на применении адаптивной
K-элементной антенный решетки, формирующей нули диаграммы направленности K-элементной антенной решетки в направлении на источники помех, ограничивается количеством радиопомех, не превышающим число степеней свободы K-элементной антенной решетки K-1. В сложной помеховой обстановке при увеличении количества радиопомех эффективность компенсации радиопомех таким компенсатором снижается. В критической помеховой обстановке, когда количество радиопомех превышает число степеней свободы K-элементной антенной решетки, такой компенсатор перестает выполнять свою функцию.

Компенсатор радиопомех для НАП ГНСС, обеспечивающий работу НАП ГНСС в условиях, когда количество радиопомех превышает число степеней свободы антенной решетки, в открытой и доступной публикации не найдено.

Целью изобретения является повышение качества КНО объекта – носителя НАП ГНСС в условиях деструктивного воздействия радиопомех отечественных средств РЭП ГНСС и средств РЭП ГНСС противника, в том числе, когда общее количество радиопомех превышает число степеней свободы антенной решетки компенсатора радиопомех.

Технический результат изобретения достигается применением многофункционального компенсатора (МФК), подключаемого к НАП ГНСС, состоящего из K-элементной антенной решетки, K-канального радиоприемного устройства, K-канального аналого-цифрового преобразователя, модуля структурно-временной компенсации радиопомех, блока пространственной компенсации радиопомех, блока переноса спектра сигнала на рабочую частоту, модуля локальной навигации, блока управления и подключаемого защищенного машинного носителя информации, при этом модуль структурно-временной компенсации радиопомех состоит из N устройств K-канальных обнаружителей-формирователей помех, где n=1…N, N – допустимое количество помех отечественных средств РЭП ГНСС, K сумматоров и K вычитающих устройств, где K – количество каналов антенной решетки, а каждое n-ое устройство K-канальных обнаружителей-формирователей помех включает в себя генератор псевдослучайной последовательности n-ой помехи,
K обнаружителей n-ой помехи в k-ом канале антенной решетки и
K формирователей копии n-ой помехи в k-ом канале антенной решетки, где n=1…N – номер помехи отечественных средств РЭП ГНСС,
k=1…K – номер канала антенной решетки, а модуль локальной навигации состоит из N пеленгаторов помех, и вычислителя локальной навигационной системы объекта – носителя НАП ГНСС.

Сущность изобретения поясняется рисунком Фиг. 1, на котором приведена структурная схема МФК, подключенного к НАП ГНСС и к вычислительной системе объекта – носителя НАП ГНСС.

Многофункциональный компенсатор для НАП ГНСС с возможностью локальной навигации по сигналам отечественных средств радиоподавления состоит из K-элементной антенной решетки 1,
K-канального радиоприемного устройства 2, K-канального аналого-цифрового преобразователя 3, модуля структурно-временной компенсации радиопомех 4, блока пространственной компенсации радиопомех 5, блока переноса спектра сигнала на рабочую частоту 6, модуля локальной навигации 7, блока управления 8 и подключаемого защищенного машинного носителя информации 9.

Модуль структурно-временной компенсации радиопомех 4 состоит из N устройств K-канальных обнаружителей-формирователей помех 4.1_n, где n=1…N, N – допустимое количество помех отечественных средств РЭП ГНСС, K сумматоров 4.2_k и K вычитающих устройств 4.3_k, где k=1…K,
K – количество каналов антенной решетки 1.

Каждое устройство K-канального обнаружителя-формирователя помех 4.1_n включает в себя генератор псевдослучайной последовательности n-ой помехи 4.1.1_n, K обнаружителей n-ой помехи 4.1.2_nk в k-ом канале антенной решетки 1 и K формирователей копии n-ой помехи 4.1.3_nk в k-ом канале антенной решетки 1, где n=1…N – номер помехи отечественных средств РЭП ГНСС, k=1…K – номер канала антенной решетки 1.

Модуль локальной навигации 7 состоит из N пеленгаторов помех 7.1_n, где n=1…N – номер помехи отечественных средств РЭП ГНСС, и вычислителя локальной навигационной системы 7.2.

Все элементы МФК соединены между собой следующим образом.
K выходов K-элементной антенной решетки 1 соединены с K входами
K-канального радиоприемного устройства 2, K выходов которого соединены с K входами K-канального аналого-цифрового преобразователя 3. K выходов K-канального аналого-цифрового преобразователя 3 соединены с K входами модуля структурно-временной компенсации радиопомех 4, внутри которого K входов подключены параллельно на K входов каждого из N устройств K-канальных обнаружителей формирователей помех 4.1_n, внутри каждого из которых K входов подключены соответственно к одному из входов каждого их K обнаружителей n-ой помехи 4.1.2_nk. Другие входы обнаружителей n-ой помехи 4.1.2_nk подключены к одному из выходов генератора псевдослучайной последовательности 4.1.1_n, вход которого подключен к одному из выходов блока управления 8, а второй выход, которого подключен к одному из входов каждого из K формирователей копии n-ой помехи 4.1.3_nk. Один из выходов каждого из K обнаружителей n-ой помехи 4.1.2_nk подключен к одному из входов соответствующего формирователя копии n-ой помехи 4.1.3_nk, другой выход обнаружителя n-ой помехи 4.1.2_nk подключен к одному из входов соответствующего пеленгатора помех 7.1_n модуля локальной навигации 7. Третий выход первого обнаружителя помех 4.1.2_n1 подключен к одному из входов вычислителя локальной навигационной системы 7.2 модуля локальной навигации 7. Выход каждого из формирователей копии n-ой помехи 4.1.3_nk подключен к одному из входов соответствующего сумматора 4.2_k. Выходы K сумматоров 4.2_k подключены ко входам соответствующих K вычитающих устройств 4.3_k, другие входы которых подключены к K выходам
K-канального аналого-цифрового преобразователя 3. Выходы K вычитающих устройств 4.3_k, подключены к K входам блока пространственной компенсации 5, выход которого подключен ко входу блока переноса спектра на рабочую частоту 6. Блок переноса спектра на рабочую частоту 6 имеет выход в виде разъема, который соединяется с антенным входом НАП ГНСС 10, выполненным в виде разъема.

Выходы N пеленгаторов помех 7.1_n подключены к N входам вычислителя локальной навигационной системы 7.2, еще один вход которого подключен к одному из выходов блока управления 8. Выход вычислителя локальной навигационной системы 7.2 подключен к одному из входов блока управления 8.

У блока управления 8 один из выходов, выполненный в виде разъема, соединен с входом в виде разъема вычислительной системы 11 объекта – носителя НАП ГНСС, один из входов, выполненный в виде разъема, соединен с выходом, выполненным в виде разъема, защищенного машинного носителя информации 9, один из входов, выполненный в виде разъема, соединен с выходом, выполненным в виде разъема, НАП ГНСС 10.

Работа многофункционального компенсатора для НАП ГНСС с возможностью локальной навигации по сигналам отечественных средств радиоподавления осуществляется следующим образом.

Пусть на вход МФК наряду с навигационными сигналами ГНСС на рабочей частоте ω с M направлений поступают М радиопомех , где m=1…M.

Среди этих радиопомех N радиопомех , где m=1…N, N<M, излучаются передатчиками отечественных средств РЭП ГНСС, структура сигналов которых известна санкционированному потребителю, но скрыта от противника. Известная структура сигнала передатчика определяется псевдослучайной последовательностью (ПСП), по закону которой осуществляется фазовая манипуляция фазокодоманипулированного (ФКМ) сигнала этого передатчика.

Остальные радиопомехи , где m=(N+1)…M, излучаются передатчиками средств РЭП ГНСС противника, структура сигналов которых неизвестна санкционированному потребителю.

При этом мощность радиопомех на входе МФК значительно превышает мощность навигационных сигналов.

Основные функции МФК заключаются в:

- обеспечении функционирования НАП ГНСС в условиях применения отечественных средств РЭП ГНСС и средств РЭП ГНСС противника за счет компенсации радиопомех, общее количество которых может превышать число степеней свободы антенной решетки компенсатора радиопомех, но при этом количество радиопомех противника не превышает число степеней свободы антенной решетки компенсатора;

- обеспечении альтернативной локальной навигации по сигналам отечественных средств РЭП ГНСС в условиях невозможности функционирования НАП ГНСС, когда количество радиопомех противника превышает число степеней свободы антенной решетки компенсатора радиопомех.

При компенсации радиопомех K-элементная антенная решетка 1 принимает вектор S радиопомех на рабочей частоте ω, приходящих с различных направлений , где m=1…M, и формирует из них вектор Z сигналов K-элементной антенной решетки 1 [4]

, (1)

где – матрица направленности антенной решетки размерности KЧM, состоящая из M векторов направленности, соответствующих направлениям прихода M радиопомех

, ; (2)

– длина волны; – расстояние от k-го () антенного элемента до фазового центра антенной решетки; – направление на k-й
() антенный элемент из фазового центра антенной решетки; ^Т – оператор транспонирования.

K-канальное радиоприемное устройство 2 обеспечивает прием, обработку, селекцию по частоте, а также преобразование принятых сигналов K-элементной антенной решетки 1 на нулевую частоту с формированием вектора комплексных входных сигналов

(3)

K-канальный аналого-цифрового преобразователь 3 обеспечивает преобразование вектора аналоговых сигналов в вектор цифровых отсчетов комплексных сигналов на нулевой частоте

, (4)

где Δt – интервал дискретизации цифровых отчетов, i – номер цифрового отсчета.

Вектор цифровых отсчетов комплексных сигналов с выхода K-канального аналогово-цифрового преобразователя 3 поступает на модуль структурно-временной компенсации помех 4: параллельно на N устройств K-канальных обнаружителей-формирователей помех 4.1_n, где n=1…N – номер помехи отечественных средств РЭП ГНСС, и на K вычитающих устройств 4.3_k, где k=1…K – номер канала антенной решетки.

В каждом n-ом обнаружителе-формирователе помех 4.1_n цифровые отсчеты комплексных сигналов на нулевой частоте подаются соответственно на K обнаружителей
n-ой помехи 4.1.2_nk в k-ом канале антенной решетки 1, на вторые входы которых поступает псевдослучайная последовательность n-го передатчика отечественных средств РЭП ГНСС, формируемая в генераторе псевдослучайной последовательности 4.1.1_n на основании полинома П_n, поступающего из блока управления 8. Вектор всех возможных полиномов передатчиков отечественных средств РЭП ГНСС П записывается в блок управления 8 из подключаемого защищенного машинного носителя информации 9 совместно с векторами координат X и Y этих передатчиков.

В каждом обнаружителе n-ой помехи 4.1.2_nk, осуществляется обнаружение n-ой помехи в k-ом канале антенной решетки 1. Для этого в буферный регистр обнаружителя n-ой помехи 4.1.2_nk с соответствующего выхода К-канального аналого-цифрового преобразователя 3 записывается фрагмент комплексного сигнала на нулевой частоте длиной I, равной длине модулирующей ПСП передатчиков отечественных средств РЭП ГНСС. Обнаружение осуществляется путем вычисления корреляционной функции фрагмента , k=1…K, i=1…I, с псевдослучайной последовательностью , n=1…N, i=1…I, передатчика отечественных средств РЭП ГНСС, поступающей с выхода соответствующего генератора псевдослучайной последовательности 4.1.1_n,

, (5)

где – сдвиг опорной модулирующей ПСП n-ой помехи, определяющий задержку n-ой помехи; – Доплеровское приращение частоты n-ой помехи, вызванное перемещением объекта – носителя НАП ГНСС относительно передатчика n-ой помехи.

В точке максимума корреляционной функции осуществляется оценка параметров n-ой помехи в k-ом канале антенной решетки :

, (6)

, (7)

, (8)

где - оценка амплитуды, а - оценка начальной фазы n-ой помехи в
k-ом канале антенной решетки 1.

Полученные оценки выдаются в соответствующий формирователь копии помех 4.1.3_nk для формирования копии n-ой помехи в k-ом канале антенной решетки 1, а сами значения выдаются на пеленгаторы помех 7.1_n модуля локальной навигации 7 для определения направления на источник каждой n-ой помехи отечественных средств РЭП ГНСС. Кроме того, полученные оценки задержек помех отечественных средств РЭП ГНСС , n=1…N, с выходов обнаружителей помех 4.1.1_n1 первого канала выдаются в вычислитель локальной навигационной системы 7.2 модуля локальной навигации 7 для определения координат объекта - носителя НАП ГНСС.

Копии помех , сформированные на выходах формирователей копии помех 4.1.3_nk, группируются по номеру k канала антенной решетки 1 и подаются на соответствующий сумматор 4.2_k модуля структурно-временной компенсации помех 4. Таким образом, на сумматор k-ого канала 4.2_k подаются копии всех помех, принятых в k-ом канале антенной решетки 1 , где k=const, n=1…N.

На выходе сумматора k-ого канала 4.2_k формируется оценка суммарного помехового сигнала в k-ом канале

, (9)

которая подается на соответствующее вычитающее устройство k-ого канала 4.3_k, где вычитается из комплексного сигнала на нулевой частоте , поступающего с k-ого выхода K-канального аналого-цифрового преобразователя 3, с образованием сигнала

,(10)

очищенного от всех N радиопомех , где m=1…N, N<M, отечественных средств РЭП ГНСС, но в котором присутствуют радиопомехи , где m=(N+1)…M, излучаемые передатчиками средств РЭП ГНСС противника.

Сформированные сигналы , где k=1…K – номер канала антенной решетки 1, с выходов K вычитающих устройств 4.3_k модуля структурно-временной компенсации помех 4 подаются на соответствующие входы блока пространственной компенсации помех 5.

Блок пространственной компенсации помех 5 обеспечивает пространственную компенсацию радиопомех противника путем адаптивного формирования нулей цифровой диаграммы направленности антенной решетки 1 в направлениях прихода радиопомех противника. Цифровое диаграммобразование осуществляется в результате взвешенного суммирования цифровых отсчетов комплексных сигналов на нулевой частоте , поступающих с выходов K вычитающих устройств 4.3_k модуля структурно-временной компенсации помех 4,

, (11)

где – вектор комплексных весовых коэффициентов [4].

Вектор комплексных весовых коэффициентов W формируется на основе одного из известных адаптивных алгоритмов, например, изложенных в [5] (не устраняет общности).

Сформированный таким образом на выходе блока пространственной компенсации помех 5 комплексный цифровой выходной сигнал на нулевой частоте , очищенный как от радиопомех отечественных средств РЭП ГНСС, так и от радиопомех противника, и содержащий, в основном, только спектр полезных навигационных сигналов, подается на вход блока переноса спектра сигнала на рабочую частоту 6.

Блок переноса спектра сигнала на рабочую частоту 6 преобразует комплексный цифровой выходной сигнал на нулевой частоте в вещественный аналоговый сигнал на рабочей частоте с использованием квадратурного модулятора и цифро-аналогового преобразователя [6].

Сформированный на выходе блока переноса спектра сигнала на рабочую частоту 6 вещественный аналоговый сигнал на рабочей частоте, примерно соответствующий совокупности полезных навигационных сигналов , подается на антенный вход НАП ГНСС 10, подключаемой к многофункциональному компенсатору с использованием высокочастотного кабельного соединения, где используется для оценки координат объекта – носителя НАП ГНСС, а также для оценки точности решения этой навигационной задачи .

Полученные в НАП ГНСС 10 значения и через низкочастотное кабельное соединение выдаются в блок управления 8 МФК.

В ходе альтернативной локальной навигации в модуле локальной навигации 7 каждый пеленгатор n-ой помехи 7.1_n, n=1…N, формирует оценку направления прихода n-ой радиопомехи отечественных средств РЭП ГНСС по максимуму пространственного спектра, построенного на основании вектора максимальных значений корреляционных функций , поступающих с выходов K обнаружителей n-ой помехи 4.1.2_n соответствующего n-го обнаружителя-формирователя помех 4.1_n модуля структурно-временной компенсации помех 4, с использованием одного из алгоритмов пространственного сверхразрешения, например алгоритма Кейпона [7] (не устраняет общности):

, (12)

где ^Н - оператор транспонирования и комплексного сопряжения; - корреляционная матрица максимальных значений корреляционных функций ; - вектор направленности, соответствующий направлению θ.

Полученные на выходах всех N пеленгаторов помех 7.1_n, n=1…N, оценки направлений прихода радиопомех отечественных средств РЭП ГНСС выдаются на вычислитель локальной навигационной системы 7.2, куда также поступают оценки задержек помех отечественных средств РЭП ГНСС , n=1…N, с выходов обнаружителей n-ой помехи 4.1.2_n1 первого канала соответствующих обнаружителей-формирователей помех 4.1_n, n=1…N, модуля структурно-временной компенсации помех 4. Вычислитель локальной навигационной системы 7.2 на основании полученных оценок задержек и направлений прихода радиопомех отечественных средств РЭП ГНСС с использованием векторов координатах их передатчиков X и Y, поступающих из блока управления 8, формирует оценки координат объекта – носителя НАП ГНСС, а также оценку точности решения этой навигационной задачи с использованием одного из известных методов определения координат: дальномерного, разностно-дальномерного, угломерного, угломерно-дальномерного, или возможной комбинации этих методов.

Полученные значения и с выхода вычислителя локальной навигационной системы 7.2 выдаются в блок управления 8.

В блоке управления 8 на основании значений ,, полученных от вычислителя локальной навигационной системы 7.2, и значений ,, полученных от НАП ГНСС 10, по критерию определяются итоговые оценки координат объекта – носителя НАП ГНСС и точность решения навигационной задачи , которые с выхода блока управления 8 выдаются в вычислительную систему 11 объекта – носителя НАП ГНСС.

Многофункциональный компенсатор для НАП ГНСС с возможностью локальной навигации по сигналам отечественных средств радиоподавления имеет особенности функционирования в различной помеховой обстановке.

В простой помеховой обстановке, т.е. когда общее количество радиопомех мало и не превышает число степеней свободы K-элементной антенной решетки 1 М<(K-1), модуль структурно-временной компенсации помех 4 и блок пространственной компенсации помех 5 обеспечивают высокую эффективность компенсации радиопомех, при этом полезные навигационные сигналы искажаются незначительно и НАП ГНСС 10 обеспечивает определение координат с высокой точностью
( м) [8]. В этих условиях точность определения координат модулем локальной навигации 7 значительно хуже ( м), что связано с большим значением геометрического фактора в наземной локальной навигационной системе, образованной пространственно-разнесенными передатчиками помех отечественных средств РЭП ГНСС и объектом - носителем НАП ГНСС [9]. Поэтому в качестве итоговых оценок координат объекта - носителя НАП ГНСС в блоке управления 8 выбираются оценки, полученные в НАП ГНСС 10.

В сложной помеховой обстановке, обусловленной воздействием только радиопомех отечественных средств РЭП ГНСС, т.е. если N=M, эффективность компенсации радиопомех отечественных средств РЭП ГНСС повышается за счет того, что их компенсация будет осуществляться в модуле структурно-временной компенсации помех 4, а нескомпенсированные остатки радиопомех отечественных средств РЭП ГНСС дополнительно будут компенсироваться в блоке пространственной компенсации помех 5. В этих условиях точность определения координат НАП ГНСС 10 также окажется лучше, чем точность определения координат модулем локальной навигации 7, и в качестве итоговых оценок координат объекта – носителя НАП ГНСС в блоке управления 8 выбираются оценки, полученные в НАП ГНСС 10.

В сложной помеховой обстановке, обусловленной воздействием как отечественных средств РЭП ГНСС, так и средств РЭП ГНСС противника, когда общее количество радиопомех велико и превышает число степеней свободы K-элементной антенной решетки 1 М>(K-1), но при этом количество радиопомех противника не превышает число степеней свободы K-элементной антенной решетки 1 (М-N)<(K-1), а источники радиопомех расположены близко к объекту – носителю НАП ГНСС (что обусловливает высокую мощность принятых радиопомех), эффективность пространственной и структурно-временной компенсации радиопомех будет снижена. В этих условиях полезные навигационные сигналы будут подвергаться значительным искажениям и точность определения координат в НАП ГНСС 10 будет значительно ухудшена ( м). При этом точность определения координат в модуле локальной навигации 7 останется на прежнем уровне ( м). Поэтому в качестве итоговых оценок координат объекта – носителя НАП ГНСС в блоке управления 8 будут выбраны оценки, полученные в модуле локальной навигации 7.

В еще более сложной (критической) помеховой обстановке, обусловленной воздействием как отечественных средств РЭП ГНСС, так и средств РЭП ГНСС противника, когда количество радиопомех противника превышает число степеней свободы K-элементной антенной решетки 1
(М-N)>(K-1), модуль структурно-временной компенсации помех 4 будет работать в штатном режиме, в ходе которого обнаружит, определит параметры и скомпенсирует все радиопомехи отечественных средств РЭП ГНСС, но его выходной сигнал будет содержать радиопомехи противника в количестве, превышающем число степеней свободы K-элементной антенной решетки 1. В этих условиях в блоке пространственной компенсации помех 5 вектор весовых коэффициентов W примет значение, близкое к единице и на выходе блока пространственной компенсации помех 5 сформируется сигнал, содержащий в себе все радиопомехи противника, которые будут подавлять работу НАП ГНСС 10 и не позволят ей решить навигационную задачу. Но при этом модуль локальной навигации 7 будет работать в штатном режиме и сформирует оценки координат объекта – носителя НАП ГНСС, а также оценку точности и выдаст их в блок управления 8. В отсутствии оценок , от НАП ГНСС 10 в блоке управления 8 оценки ,, полученные от модуля локальной навигации 7, будут использованы в качестве итоговых оценок координат объекта – носителя НАП ГНСС и точности решения навигационной задачи .

Таким образом, предложенный многофункциональный компенсатор для НАП ГНСС с возможностью локальной навигации по сигналам отечественных средств радиоподавления обеспечивает повышение качества координатно-навигационного обеспечения объекта – носителя НАП ГНСС, обусловленное возможностью определения координат носителя в любых помеховых условиях, связанных с деструктивным воздействием радиопомех отечественных средств РЭП ГНСС и средств РЭП ГНСС противника, даже в критической помеховой обстановке, когда количество радиопомех превышает число степеней свободы K-элементной антенной решетки многофункционального компенсатора.

Источники информации

1. Патент 2539563 РФ, МПК G01S 7/38, H04B 1/10. Система радиоподавления навигационной аппаратуры потребителей ГНСС противника, совместимая с отечественной аппаратурой потребителей ГНСС / Журавлев А.В., Безмага В.М., Шуваев В.А. (РФ); открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК». - № 2013149667; Заявлено 06.11.2013; Опубл. 20.01.2015, Бюл. 2. – 16 с. : 2 ил.

2. Патент 2563973 РФ, МПК G01S 7/36. Компенсатор радиопомех для обеспечения электромагнитной совместимости отечественной НАП ГНСС с отечественным средством радиоподавления НАП противника при работе на совпадающих частотах / Журавлев А.В., Безмага В.М., Шувает В.А., Красов Е.М., Смолин А.В. (РФ); открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК». - № 2014126320; Заявлено 27.06.2014; Опубл. 27.09.2015, Бюл. 27. – 16 с. : 2 ил.

3. Патент 2660140 РФ, МПК H04B 1/10. Компенсатор помех для навигационной аппаратуры потребителя глобальной навигационной спутниковой системы / Маркин В.Г., Журавлев А.В., Шуваев В.А., Красов Е.М., Безмага В.М. (РФ); акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК». - № 2017122281; Заявлено 23.06.2017; Опубл. 05.07.2018, Бюл. 19. – 12 с. : 3 ил.

4. Патент 2722413 РФ, МПК G01S 3/74. Устройство и способ пространственного разделения сигналов / Маркин В.Г., Шуваев В.А., Красов Е.М. (РФ); акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК». - № 20189132703; Заявлено 16.10.2019. Опубл. 29.05.2020, Бюл. №16. – 14 с. : 4 ил.

5. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. - М.: Радио и связь, 2003. - 200 с.

6. Ричард Лайонс. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2006 г. – 656 с.

7. Петров В.П. Алгоритмы оценки пространственного спектра в адаптивных цифровых антенных решетках // Вестник СибГУТИ. 2014. №4. С. 60-70.

8. Бабусенко С.И., Кирюшкин В.В., Журавлев А.В. Экспериментальная оценка помехоустойчивости модулей глобальных навигационных спутниковых систем Ublox. // М.: Радиотехника, т. 85, № 6, 2021 г., с. 77-85.

9. Смолин А.В. Оценка точности определения координат системой зональной радионавигации, интегрированной в пространственно распределенный комплекс радиоподавления навигационной аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем. // М.: Радиотехника, т. 84, № 6(12), 2020 г., с. 74-81.

Многофункциональный компенсатор для навигационной аппаратуры потребителей (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) с возможностью локальной навигации по сигналам средств радиоподавления, структура сигналов которых известна санкционированному потребителю, состоящий из K-элементной антенной решетки, K-канального радиоприемного устройства, K-канального аналого-цифрового преобразователя, модуля структурно-временной компенсации радиопомех, блока пространственной компенсации радиопомех, блока переноса спектра сигнала на рабочую частоту, модуля локальной навигации, блока управления и подключаемого защищенного машинного носителя информации, при этом модуль структурно-временной компенсации радиопомех состоит из N устройств K-канальных обнаружителей-формирователей помех, где N – допустимое количество помех средств радиоэлектронного подавления ГНСС, структура сигналов которых известна санкционированному потребителю, K сумматоров и K вычитающих устройств, K – количество каналов антенной решетки, а каждое n-е устройство K-канальных обнаружителей-формирователей помех включает в себя генератор псевдослучайной последовательности n-й помехи, K обнаружителей n-й помехи в k-м канале антенной решетки и K формирователей копии n-й помехи в k-м канале антенной решетки, а модуль локальной навигации состоит из N пеленгаторов помех, и вычислителя локальной навигационной системы, которые соединены между собой следующим образом: K выходов K-элементной антенной решетки соединены с K входами K-канального радиоприемного устройства, K выходов которого соединены с K входами K-канального аналого-цифрового преобразователя, K выходов K-канального аналого-цифрового преобразователя соединены с K входами модуля структурно-временной компенсации радиопомех, внутри которого K входов подключены параллельно на K входов каждого из N устройств K-канальных обнаружителей-формирователей помех, внутри каждого из которых K входов подключены соответственно к одному из входов каждого их K обнаружителей n-й помехи, другие входы обнаружителей n-й помехи подключены к одному из выходов генератора псевдослучайной последовательности, вход которого подключен к одному из выходов блока управления, а второй выход которого подключен к одному из входов каждого из K формирователей копии n-й помехи, один из выходов каждого из K обнаружителей n-й помехи подключен к одному из входов соответствующего формирователя копии n-й помехи, другой выход обнаружителя n-й помехи подключен к одному из входов соответствующего пеленгатора помех модуля локальной навигации, третий выход первого обнаружителя помех подключен к одному из входов вычислителя локальной навигационной системы модуля локальной навигации, выход каждого из формирователей копии n-й помехи подключен к одному из входов соответствующего сумматора, выходы K сумматоров подключены ко входам соответствующих K вычитающих устройств, другие входы которых подключены к K выходам K-канального аналого-цифрового преобразователя, выходы K вычитающих устройств подключены к K входам блока пространственной компенсации, выход которого подключен ко входу блока переноса спектра на рабочую частоту, блок переноса спектра на рабочую частоту имеет выход в виде разъема, который соединяется с антенным входом НАП ГНСС, выполненным в виде разъема, выходы N пеленгаторов помех подключены к N входам вычислителя локальной навигационной системы, еще один вход которого подключен к одному из выходов блока управления, выход вычислителя локальной навигационной системы подключен к одному из входов блока управления, у блока управления один из выходов, выполненный в виде разъема, соединен с входом в виде разъема вычислительной системы объекта – носителя НАП ГНСС, один из входов, выполненный в виде разъема, соединен с выходом, выполненным в виде разъема, защищенного машинного носителя информации, один из входов, выполненный в виде разъема, соединен с выходом, выполненным в виде разъема, НАП ГНСС.