RU2525299C1 - Устройство создания преднамеренных помех - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области радиотехники, а именно создания преднамеренных помех глобальной навигационной спутниковой системе (ГНСС). Техническим результатом является скрытое искажение навигационных параметров радионавигаторам группы пользователей, находящихся в пространственно ограниченном, но известном районе. Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее приемный и передающий тракты, последовательно соединенные опорный генератор и усилитель, дополнительно введены последовательно соединенные тракт расчета задержки сигналов космических аппаратов (КА) и тракт формирования синхросигналов, причем первая группа информационных входов тракта расчета задержки сигналов КА является установочной шиной устройства, N трактов формирования сигналов КА, сумматор и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к информационному входу передающего тракта, опорный вход которого объединен с опорным входом приемного тракта, выходом усилителя и опорным входом тракта формирования синхросигналов, выход которого соединен с входами синхронизации N трактов формирования сигналов КА, сумматора, цифроаналогового преобразователя и тракта расчета задержки сигналов КА, n-ая группа информационных выходов которого, где n=1, 2, …, N, соединена с группой информационных входов n-го тракта формирования сигналов КА, первая и вторая группы информационных выходов которого соединены с соответствующими группами информационных входов сумматора, первая и вторая группы информационных выходов которого соединены с соответствующими группами информационных входов цифроаналогового преобразователя, а второй информационный вход тракта расчета задержки сигналов КА соединен с информационным выходом приемного тракта. 10 ил.

Description

Заявляемый объект относится к радиотехнике и может быть использован для создания искусственных помех, в частности для искажения навигационного поля группе пользователей, находящихся в ограниченном, но известном районе.

Известен ряд устройств, реализующих режим создания имитационных помех (см. патент РФ №2054806, МПК H04K 3/00, опубл. 20.02.1996 г., патент РФ №2108677, МПК H04K 3/00, опубл. 23.06.1994 г.). Они содержат устройство для создания ответных помех в составе: устройство управления и синхронизации, дешифратор, N коммутаторов каналов, устройство измерения временных интервалов, а также блок определения интенсивности передач и блок формирования временных интервалов с соответствующими связями.

Аналоги способны формировать прицельные дезинформирующие радиопомехи, согласованные с особенностями протоколов передачи информации канального уровня.

Недостаток данных устройств состоит в том, что они формируют узкополосные помехи приемным системам от имени одного источника сигналов. Известно, что навигационные сообщения спутников ГНСС передаются с использованием двойной фазовой манипуляцией BPSK в совокупности с индивидуальными модулирующими псевдослучайными последовательностями (ПСП) (см. В.С. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под. ред. В.С. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993). Такие передачи могут приниматься лишь когерентно (см. Григорьев В.А. Передача сообщений по зарубежным информационным сетям - Л.: ВАС, 1989, стр.98-102). Когерентное детектирование заключается в сравнении фазоманипулированного сигнала с опорным напряжением $$U_{on}(t),$$

которое синхронно и синфазно с несущей и формируется обычно путем обработки самого принимаемого сигнала. В этих условиях названные помехи являются неэффективными.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству создания преднамеренных помех является устройство по патенту РФ №2229198, МПК H04K 3/00, опубл. 20.05.2004 г., бюл. №14. Оно содержит приемный и передающий тракты, причем приемный тракт содержит последовательно соединенные приемную антенну, первый полосовой фильтр, второй полосовой фильтр, первый усилитель и третий полосовой фильтр, выход которого является выходом приемного тракта, передающий тракт содержит последовательно соединенные четвертый полосовой фильтр, второй усилитель, пятый полосовой фильтр, третий усилитель и передающую антенну, причем вход четвертого полосового фильтра является входом передающего тракта, и последовательно соединенные опорный генератор, четвертый усилитель, фильтр нижних частот, преобразователь частоты и второй аттенюатор, выход которого подключен ко входу передающего тракта, первый аттенюатор, вход которого подключен к выходу приемного тракта, а выход соединен со вторым входом преобразователя частоты.

Устройство-прототип обеспечивает одновременное радиоподавление группы абонентов с неизвестными номерами, находящихся в пространственно ограниченном, но известном районе, с привлечением минимальных материальных и энергетических ресурсов.

Устройство-прототип также обладает существенным недостатком. Оно не в состоянии создать эффективную помеху радионавигаторам группы пользователей ГНСС в заданном районе. Групповой помеховый сигнал в нем оптимизирован под алгоритм работы и структуру излучений, используемых в сотовых системах связи и является непригодным для искажения навигационного поля в заданном районе. Формирование прототипом ретранслированной помехи (сигналы всех КА задерживаются на одинаковый интервал времени) приведет к тому, что радионавигаторы определят истинные координаты местоположения пользователей ГНСС с задержкой Δt. В этих условиях внесение случайной задержки для сигналов различных КА приведет к потере способности работы радионавигаторов и к обнаружению деструктивного вмешательства.

Целью изобретения является разработка устройства создания преднамеренных помех, обеспечивающего скрытое искажение навигационных параметров для радионавигаторов группы пользователей ГНСС, находящихся в пространственно ограниченном, но известном районе.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве создания преднамеренных помех, состоящем из приемного и передающего трактов, последовательно соединенных опорного генератора и усилителя, дополнительно введены тракт расчета задержки сигналов КА и тракт формирования синхросигналов, группа входов управления которого соединена с группой выходов синхронизации тракта расчета задержки сигналов КА, первая группа информационных входов которого является установочной шиной, N трактов формирования сигналов КА, сумматор и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к информационному входу передающего тракта, опорный вход которого объединен с опорным входом приемного тракта, выходом усилителя и опорным входом тракта формирования синхросигналов, выход которого соединен с входами синхронизации N трактов формирования сигналов КА, сумматора, цифроаналогового преобразователя и тракта расчета задержки сигналов КА, n-ая группа информационных выходов которого, где n=1, 2, …, N, соединена с группой информационных входов n-го тракта формирования сигналов КА, первая и вторая группы информационных выходов которого соединены с соответствующими группами информационных входов сумматора, первая и вторая группы информационных выходов которого соединены с соответствующими группами информационных входов цифроаналогового преобразователя, а второй информационный вход тракта расчета задержки сигналов КА соединен с информационным выходом приемного тракта.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков благодаря появлению новых элементов и связей обеспечивает искажение в заданном районе навигационных сигналов таким образом, что все пользователи ГНСС на этой территории будут получать одно и тоже ложное решение, что и позволяет утверждать о достижении поставленной цели.

Заявленный способ и устройство поясняются чертежами на которых:

на фиг.1 приведены варианты размещения устройства создания преднамеренных помех:

а) на земной поверхности в центре заданного района;

б) на беспилотном летательном аппарате;

на фиг.2 показан обобщенный алгоритм искажения навигационного поля;

на фиг.3 приведена структурная схема устройства создания преднамеренных помех;

на фиг.4 показана структурная схема приемного тракта;

на фиг.5 приведена структурная схема тракта расчета задержки сигналов

КА;

на фиг.6 иллюстрируется алгоритм работы тракта расчета задержки сигналов КА;

на фиг.7 показана структурная схема тракта формирования сигналов КА;

на фиг.8 приведена структурная схема передающего тракта;

на фиг.9 иллюстрируется вариант реализации тракта формирования синхросигналов;

на фиг.10 приведена структурная схема преобразователя частоты.

Известно, что наиболее эффективным способом информационной блокады пользователей ГНСС в пространственно ограниченном районе является формирование имитационных помех. Их применение обеспечивает скрытность воздействия на радионавигаторы и не требует значительных энергетических и материальных затрат.

В предлагаемом устройстве используемый вид помех может быть квалифицирован как групповая ретранслированная помеха с оптимизированными по сигналам каждого спутника и для каждого интервала времени значениями их задержки.

На фиг.3 приведена структурная схема предлагаемого устройства создания преднамеренных помех, реализующего заявляемый способ. Устройство содержит приемный 7 и передающий 6 тракты, последовательно соединенные опорный генератор 10 и усилитель 9.

Для обеспечения скрытого искажения навигационных параметров радионавигаторам группы пользователей ГНСС, находящихся в ограниченном, но известном районе, дополнительно введены тракт расчета задержки сигналов КА 2 и тракт формирования синхросигналов 8, группа входов управления которого соединена с группой выходов синхронизации блока 2, первая группа информационных входов которого является первой установочной шиной 1 устройства, N трактов формирования сигналов КА 3.1-3.7/, сумматор 4 и цифроаналоговый преобразователь 5. Выход блока 5 подключен к информационному входу передающего тракта 6, опорный вход которого объединен с опорным входом приемного тракта 7, выходом усилителя 9 и опорным входом тракта формирования синхросигналов 8. Выход тракта 8 соединен с входами синхронизации N трактов формирования сигналов КА 3.1-3.N, сумматора 4, цифроаналогового преобразователя 5 и тракта расчета задержки сигналов КА 2. При этом n-ая группа информационных выходов тракта 2, где n=1, 2,…, N, соединена с группой информационных входов n-го тракта формирования сигналов КА 3.n, первая и вторая группы информационных выходов которого соединены с соответствующими группами информационных входов сумматора 4. Первая и вторая группы информационных выходов блока 4 соединены с соответствующими группами информационных входов цифроаналогового преобразователя 5. Второй информационный вход тракта расчета задержки сигналов КА 2 соединен с информационным выходом приемного тракта 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом. На подготовительном этапе (см. фиг.1, 2) определяют границы района, в рамках которого будет осуществлено искажение навигационных параметров (навигационного поля). В зависимости от его размеров, а также с учетом рельефа местности, наличия производственных или иных строений и т.п.определяют место размещения устройства создания преднамеренных помех (на земле, крыше здания, БПЛА и т.д.). В случае использования БПЛА задаются маршрут и высота его полета.

На следующем этапе определяют координаты местоположения станции помех или ее текущее местоположение (при размещении последней на БПЛА). Данная операция может быть выполнена с использованием GPS-навигатора. В качестве БПЛА может быть использовано изделие "Орлан-10", выпускаемое ООО "Специальный Технологический Центр", г.Санкт-Петербург (см. Всероссийский аэрокосмический журнал "Вестник авиации и космонавтики", №3, 2010 г.; http:Nbla-orlan.ru).

Далее с помощью трактов 7 и 2 совместно с 9 и 10 осуществляют анализ радиоэлектронной обстановки (РЭО). С этой целью собирается информация о всех спутниках "видимых" в текущий момент времени в данной местности. Если условия приема навигационных сообщений КА неудовлетворительные (наблюдается менее трех КА), необходимость в работе системы отпадает. При наличии удовлетворительных условий с помощью блоков 7 и 2 осуществляют прием эфемерид всех КА и альманаха. Данная операция занимает около 15 минут. Принятое значение альманаха сохраняется в блоке 2 до конца суток по международному времени и при повторных запусках системы используется без изменений. На его основе в блоке 2 определяют состав орбитальной группировки и номера работоспособных спутников. Значение эфемерид обновляется по мере старения информации в блоке 2.

Далее по шине 1 (см. фиг.3) вводят имитационное задание, которое включает в себя координаты точки на местности, которую необходимо имитировать.

При обнаружении трех и более работоспособных КА предлагаемое устройство приступает к формированию от их имени навигационных сообщений. С помощью тракта 7 обеспечивается прием сигналов КА на частоте 1575,42 МГц в полосе 60 МГц, их усиление и фильтрация, преобразование несущей частоты (понижение до 90 МГц). Преобразование частоты в тракте 7 обеспечивается с использованием опорного сигнала блока 10, поступающего на опорный вход тракта 7 через усилитель 9.

Принятые трактом 7 и преобразованные сигналы КА поступают на второй информационный вход тракта расчета задержки сигналов КА 2. На первой группе его информационных входов присутствует информация о координатах заданной ложной точки, поступающая с установочной шины 1.

В функции тракта 2 входит вычисление необходимых задержек навигационных сообщений для всех работоспособных КА N′. Кроме того, с помощью блоков 2, 3, 8, 9 и 10 осуществляют синхронизацию внутреннего времени устройства со временем навигационной системы. В результате с N′ групп выходов тракта 2, $$N\text{'}=\mathrm{3,4,...,}N\text{'}\le N,$$

, поступают соответствующие исходные данные (номер КА, требуемая задержка сигналов, а также альманах и соответствующие значения эфемерид) каждому тракту формирования сигналов КА 3.1-3.N′. На их основе трактами 3.1-3.N′ формируются необходимые полные навигационные сообщения. Каждый из N′ трактов 3 настраивается на работу с одним из работоспособных КА, и по мере необходимости на его выходе формируются навигационные сообщения.

Для установки и корректировки задержек между сигналами спутников в трактах 3 введена обратная связь между сигналами имитируемого спутника и эталонным сигналом. В качестве последнего выступают сигналы опорного генератора 10, усиленные в блоке 9 и преобразованные в блоке 8. Они выступают в качестве единого стандарта времени в предлагаемом устройстве.

Сформированные трактами 3 навигационные сообщения поступают на соответствующие группы входов сумматора 4. В функцию последнего входит объединение всех сформированных навигационных сообщений, которые далее поступают на вход цифроаналогового преобразователя 5. Преобразованный в блоке 5 суммарный аналоговый помеховый сигнал с несущей частотой 90 МГц поступает на вход передающего тракта 6. В его функцию входит перенос помеховых сигналов на несущую частоту L1=1575,42 МГц, усиление до необходимого уровня и излучение в эфир. Преобразование частоты в блоке 6 (обратное преобразование) осуществляется с помощью сигналов блока 10, поступающих на опорный вход тракта 6 через усилитель 9. Синхронизация работы блоков 2-5 осуществляется импульсами (меандром) тракта 8.

Приемный тракт 7 (см. фиг.4) предназначен для приема сигналов ГНСС "ГЛОНАС-GPS" и преобразования их на промежуточную частоту 90 МГц. Его реализация трудностей не вызывает. Все элементы и узлы из его состава известны и широко освещены в литературе. Приемный тракт 7 содержит последовательно соединенные приемную антенну 7.1, первый полосовой фильтр 7.2, второй полосовой фильтр 7.3, первый усилитель 7.4, третий полосовой фильтр 7.5, второй усилитель 7.6, третий усилитель 7.7, четвертый полосовой фильтр 7.8, четвертый усилитель 7.9, пятый полосовой фильтр 7.10, преобразователь частоты 7.11, шестой полосовой фильтр 7.12 и синтезатор частоты 7.13, вывод которого подключен ко второму входу преобразователя частоты 7.11.

Сигналы КА ГНСС от антенны 7.1 поступают на вход первого 7.2 и далее второго 7.3 полосовых фильтров, с помощью которых обеспечивается предварительная селекция сигналов на частоте 1575,42 МГц в полосе 60 МГц. Далее сигналы следуют на вход малошумящего первого усилителя 7.4 с коэффициентом усиления (КУ) 14 дБ. После усиления сигналы КА поступают на третий ПАВ-фильтр 7.5 с полосой пропускания 60 МГц по уровню 1 дБ и затуханием в полосе 3 дБ. После этого сигналы КА поступают на вход второго усилителя 7.6 с КУ 13 дБ. Для улучшения фильтрации используют еще один шестой ПАВ-фильтр 7.12. Усиленный групповой сигнал КА ГНСС поступает на первый вход преобразователя частоты 7.11, на второй вход которого воздействует опорный сигнал 1485 МГц с выхода синтезатора частоты 7.13. Работа последнего обеспечивается поступающими на его вход сигналами опорного генератора 10, с частотой 10 МГц, усиленными блоком 9. В результате блоком 7.11 выполняется преобразование принятого сигнала (несущая частота принимаемых сигналов с 1575,42 МГц понижается до 90 МГц). Блок 7.11 может быть выполнен на микросхеме ADIA3 50. Далее включен пятый полосовой фильтр 6-го порядка 7.10 с полосой пропускания 10 МГц, после него стоит четвертый усилитель промежуточной частоты 7.9 с КУ 13 дБ. За ним следует четвертый полосовой фильтр 7.8 6-го порядка с полосой 10 МГц и оконечный третий усилитель 7.7 с КУ 13 дБ. На входе и выходе приемного тракта дополнительно могут быть установлены аттенюаторы для регулировки входного и выходного уровней сигнала.

Реализация элементов тракта 7 известна и трудностей не вызывает. Приемный тракт 7 в совокупности с опорным генератором 10 реализуются аналогично приемным трактом радионавигаторов (см. Garmin GPS-навигаторы 12, 12XL, 12CX. Руководство пользователя, www.jj.connect.ru). Усилители 7.4, 7.6, 7.7 и 7.9 реализуются на микросхемах MGA58543, а ПАВ-фильтры 7.5, 7.12 на элементах DAW15933. Дополнительное введение усилителя 9 основано на увеличении числа потребителей сигналов опорного генератора 10. К их числу относятся тракты 6 и 8.

Тракт расчета задержки сигналов КА 2 (см. фиг.5 и 6) предназначен для преобразования принятых сигналов КА ГНСС в цифровую форму, разделение суммарного цифрового потоков сигналов на сигналы отдельных спутников (путем корреляционной свертки сигналов с помощью априорно известных ПСП), демодуляцию принятых сигналов, выделение из них эфемерид и альманаха с последующим запоминанием, синхронизации тракта 8 и заявляемого устройства с системой единого времени орбитальной группировки ГНСС, вычисления задержек навигационных сообщений для каждого КА, распределения исходной информации для трактов 3.1-3.N с целью обеспечения формирования ими навигационных сообщений.

Тракт расчета задержки сигналов КА 2 содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 2.1, блок демодулирования 2.2, блок определения состава орбитальной группировки 2.3, блок хранения спутниковой информации 2.4, блок вычисления 2.6, N+1-я группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока приема команд управления 2.5, группа информационных входов которого является первой группой информационных входов тракта 2, второй информационный вход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 2.1, вход синхронизации тракта 2 соединен со входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя 2.1, блока демодулирования 2.2, блока определения состава орбитальной группировки 2.3, блока приема команд управления 2.5, блока вычисления 2.6 и блока хранения спутниковой информации 2.4, группа информационных выходов блока определения состава орбитальной группировки 2.3 является группой выходов синхронизации тракта 2, а с первой по N-ю группы информационных выходов блока вычисления 2.6 являются соответствующими группами информационных выходов тракта 2.

Работа тракта 2 осуществляется следующим образом. Принятый трактом 7 групповой аналоговый сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 2.1. Преобразованный в цифровую форму суммарный навигационный сигнал КА далее поступает на группу входов блока демодулирования 2.2. В его функции входит корреляционная свертка сигналов на основе априорно известных индивидуальных ПСП КА с последующей их демодуляцией. Порядок выполнения этих операций подробно рассмотрен в Пат. РФ №2419106, МПК G01S 13/46, опубл. 20.05.2011 г., бюл. №14. На N группах информационных выходов блока 2.2 формируются навигационные сообщения от КА, отмеченных в работе. Последние поступают на соответствующие группы информационных входов блока определения состава орбитальной группировки 2.3. В функции этого блока входит:

выделение из навигационных сообщений КА эфемерид и альманаха для их последующего запоминания в блоке 2.4;

формирование коэффициентов для коррекции времени КА (определения внутрисистемного времени ГНСС), значение которого поступает на группу входов управления блока 8;

определение номеров работоспособных КА, в соответствии с которыми далее осуществляется запись эфемерид и альманаха в блок 2.4.

Блок вычисления 2.6 предназначен для определения расстояний R_s от заданной по шине 1 имитируемой точки до всех S работающих КА на протяжении заданного интервала времени и на основе этой информации вычисления необходимых значений задержек навигационных сообщений для каждого КА.

Расстояние R_s от заданной точки до 5-го спутника в данный момент времени определяется из выражения

$$R_s=\sqrt{{(x-x_s(t))}^2{(y-y_s(t))}^2{(z-z_s(t))}^2)},\text{ (1)}$$

где t - текущий момент времени; x, y, z - координаты имитируемой точки, $$x_s(t),y_s(t),z_s(t)$$

- координаты s-го спутника, s=3, 4, 5,…, N, в момент времени t. Значения $$\text{{x}\text{, y}\text{, z}}$$

априорно известны, а величины $$\{x_s(t),y_s(t),z_s(t)\}$$

рассчитывают с использованием стандартного алгоритма через эфемериды (см. Understanding GPS. Principles and Applications. ARTECH HOUSE, London, 2006; Ященков В.С. Основы спутниковой навигации. - М.: Горячая линия - Телеком. 2005 г.). Таким образом, основной функцией блока 2.6 является расчет функции R_s(t) в заданном интервале времени для всех s работающих КА. На основе значений R_s(t) определяют необходимые задержки навигационных сообщений для работоспособных спутников

$$\Delta t_s=R_s(t)/c,\text{ (2)}$$

где c - скорость света.

Величины R_s(t) удобно использовать в дискретном виде (с определенным шагом). В этом случае непрерывный аргумент t преобразуется в дискретный nT, где n - номер дискрета (целое число), T - шаг имитации по времени. В дискретном виде выражение (1) принимает вид

$$R_s(nT)=\sqrt{{(x-x_s(nT))}^2{(y-y_s(nT))}^2{(z-z_s(nT))}^2)}.\text{ (3)}$$

Величина Т определяется требованиями к точности имитации по времени и аппаратурным возможностям. Значения функции R_s (nT) могут рассчитываться на период времени нахождения пользователей ГНСС на каждой точке и сохраняться в памяти блока 2.6 либо рассчитываться в реальном масштабе времени по мере необходимости, так как сама процедура расчета не является ресурсоемкой. Рассчитанные блоком 2.6 значения задержек Δt_s навигационных сообщений совместно с навигационными сообщениями поступают на соответствующие группы информационных выходов тракта 2. Синхронность работы всех элементов тракта 2 обеспечивают сигналы тракта формирования синхросигналов 8.

Реализация элементов тракта 2 известна и трудностей не вызывает. Аналого-цифровой преобразователь 2.1 может быть изготовлен по известной схеме (см. http://www.linear.com/product/LTC228). Блок демодулирования 2.2 содержит блок памяти и N трактов обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных коррелятора и демодулятора. В блоке памяти содержатся априорно известные значения ПСП для всех КА ГНСС. Реализация аналогична соответствующим блокам устройства определения координат источника радиоизлучения по пат. РФ №2419106.

Блок определения состава орбитальной группировки 2.3 может быть выполнен набором из N регистров заданной длины, в которые записываются навигационные сообщения соответствующих КА. Информация о эфемеридах и альманахе снимается с соответствующих разрядов регистров и поступает на входы блока 2.4. Аналогично информация о коэффициентах для коррекции времени поступает на группу выходов синхронизации тракта 2.

Блок хранения спутниковой информации 2.4 и блок приема команд управления 2.5 представляют собой буферные запоминающие устройства, реализация которых трудностей не представляет.

Блок вычисления 2.6 предназначен для расчета местоположения КА $$\{x_s(t),y_s(t),z_s(t)\}$$

, определения расстояния R_s(t) между КА и ложной точкой в пространстве, выбранной для имитации, и нахождения необходимых задержек навигационных сообщений (выражение 2). Реализация блока 2.6 трудностей не вызывает. Может быть выполнен в виде автомата на базе 16-разрядного микропроцессора К1810 ВМ86, алгоритм работы которого представлен на фиг.6.

В трактах 3.1-3.N (см. фиг.7) на основе поступившей из тракта 2 информации о номерах работоспособных КА, их эфемеридах и альманахе, найденных значениях необходимых задержек Δt_s осуществляют формирование информационных сообщений КА. Каждый из трактов 3.1-3.N настраивают на один из состава группировки КА. В случае, если реальная группировка содержит менее N КА, то незанятые тракты в работе не участвуют.

Каждый тракт формирования сигналов КА 3.i содержит последовательно соединенные генератор ПСП 3.i.1, умножитель 3.i.2, передискретизатор 3.i.3, блок измерения задержки 3.i.6, преобразователь частоты 3.i.4, причем вторая группа информационных входов умножителя 3.i.2 соединена с группой информационных выходов формирователя навигационных сообщений 3.i.5, группа информационных входов которого объединена с группой информационных входов генератора ПСП 3.i.1 и второй группой информационных входов блока измерения задержки 3.i.6 и является группой информационных входов i-го тракта формирования сигналов КА 3.i, вторая группа информационных входов передискретизатора 3.i.3 соединена со второй группой информационных выходов блока измерения задержки 3.i.6, а вторая группа информационных выходов передискретизатора 3.i.3 соединена со второй группой информационных входов преобразователя частоты 3.i.4, первая и вторая группы информационных выходов которого являются первой и второй группами информационных выходов тракта формирования сигналов КА 3.i, вход синхронизации которого объединен с входами синхронизации генератора ПСП 3.i.1, умножителя 3.i.2, передискретизатора 3.i.3, преобразователя частоты 3.i.4, формирователя навигационных сообщений 3.i.5 и блока измерения задержки 3.i.6.

С помощью трактов 3.1-3.N в каждый момент времени nT формируются навигационные сообщения КА с таким доплеровским смещением частоты модуляции кода и частоты несущей, которые позволяют через интервал времени T получить расчетную псевдодальность (расстояние) R_s(nT+T).

Управление частотой модуляции кода осуществляют с помощью передискретизатора 3.i.3 (с переменным коэффициентом изменения частоты), а управление несущей частотой - с помощью цифрового преобразователя частоты 3.i.4. На основе исходной информации о КА, поступившей с группы выходов тракта 2, в блоке 3.i.5 формируют навигационное сообщение. Одновременно информация о номере спутника s поступает на вход генератора ПСП 3.i.1. В памяти последнего содержится априорно известные ПСП на все КА ГНСС. В соответствии с принятым номером s КА на группе выходов блока 3.i.1 формируется соответствующая ПСП, которая поступает на первую группу информационных входов умножителя 3.i.1. На вторую группу его информационных входов поступает навигационное сообщение от имени s-спутника.

Известно, что точность установки модулирующего сигнала конечна, что влечет со временем накопление ошибки. В общем случает при отсутствии выполнения операции синхронизации предлагаемое устройство сохраняет работоспособность. При переходе пользователя из легитимной зоны в район с искаженными навигационными сообщениями и обратно произойдут кратковременные сбои в работе радионавигатора. Для решения этой проблемы в тракты 3.1-3.N введена обратная связь, реализованная с помощью блоков 3.i.3 и 3.i.6. Кроме того, в задачу тракта формирования синхросигналов 8 входит формирование высокостабильного меандра с частотой следования 120 МГц.

Фаза следования импульсов должна максимально быть приближена к фазе сигналов единого стандарта времени космической группировки ГНСС. Подстройку фазы меандра тракта 8 осуществляют сигналы тракта 2.

Блок измерения задержки 3.i.6 генерирует сигнал с частотой 1.023 МГц (номинальной частотой блока 3.i.1), который синхронизируется блоками 10 и 8. Наличие этого колебания позволяет измерять в блоке 3.i.3 текущую задержку между имитируемым блоком 3.i.2 навигационным сообщением КА и эталонным сигналом в блоке 3.i.6. Измеренная разность Δt_s из блока 3.i.3 поступает на первую группу информационных входов блока 3.i.6, в котором выполняют ее сравнение с расчетными (в тракте 2) значениями. Последние поступают на вторую группу информационных входов блока 3.i.6 с группы информационных входов тракта 3.i. В блоке 3.i.6 определяется необходимая поправка к значениям доплеровского смещения частоты, которая учитывается в блоке 3.i.4. Данный подход позволяет удерживать временные погрешности при формировании псевдопоследовательностей трактов 3 в заданных пределах. На первой и второй группах информационных выходов блока 3.i.4 формируются квадратурные составляющие навигационного сигнала соответствующего КА. Следует отметить, что сигналы опорного генератора 10 и тракта формирования синхросигналов 8 являются общими для всех трактов 3 и несут функцию единого стандарта времени в предлагаемом устройстве.

Реализация элементов трактов 3 широко освещена в литературе и трудностей не вызывает. Блоки с 3.i.1 по 3.i.6 могут быть реализованы на элементарной логике ТТЛ-уровней сигналов, например 555 или 1533 сериях микросхем. Реализация генератора ПСП 3.i.1 приведена на страницах 491-497 (см. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. Справочник. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.). Кроме того, блок 3.i.1 может быть реализован с помощью масочных постоянных запоминающих устройств (микросхемах серий КР1656 или КР1801), на подготовительном этапе в которое записывается априорно известные ПСП для всех КА.

Полученные в трактах 3.i по 3.N′ имитируемые сигналы КА складывают в цифровом сумматоре 4, работающем на высокой частоте дискретизации (не менее 100 МГц) и дающем ошибку сложения не более 10 нс. Смесь сигналов от всех имитируемых КА поступает на группы входов квадратурных составляющих цифроаналогового преобразователя 5 и далее на передающий тракт 6 (см. фиг.8). Блок 5 может быть реализован на микросхеме DAC5687 фирмы Texas Instruments.

Передающий тракт 6 содержит последовательно соединенные первый полосовой фильтр 6.1, первый усилитель 6.2, второй полосовой фильтр 6.3, преобразователь частоты 6.4, третий полосовой фильтр 6.5, второй усилитель 6.6, четвертый полосовой фильтр 6.7, третий усилитель 6.8, передающую антенну 6.9, и синтезатор частоты 6.10, информационный выход которого соединен с вторым информационным входом преобразователя частоты 6.4. Передающий тракт предназначен для предварительной фильтрации и усиления группового имитационного сигнала (блоки 6.1 и 6.3), переноса группового сигнала на частоту 1575.42 МГц (блоки 6.4 и 6.10), фильтрации и основного усиления (блоки 6.5-6.8). В качестве усилителей 6.2, 6.6 и 6.8 могут быть использованы микросхемы MGA5S543 с КУ, равным 13 дБ. В качестве преобразователя частоты 6.4 может быть использована микросхема SYM-1SH, а в качестве фильтров 6.2, 6.3, 6.5 и 6.7 - ПАВ-фильтры, например DAW159.33. Синтезатор частоты 6.10 предназначен для преобразования опорного напряжения 10 МГц блока 10 в напряжение с частотой 1485 МГц.

Опорный генератор 10 предназначен для формирования высокостабильного аналогового сигнала с частотой 10 МГц и может быть выполнен с применением DDS-синтезатора с микроконтроллером записи частоты гетеродина: ГЛОНАС-1512 МГц, GPS - 1485 МГц. С выхода синтезатора сигнал с уровнем -4 дБм поступает на усилитель 9 с КУ 14 дБ и далее на опорные входы тракта формирования синхросигналов 8, приемного и передающего трактов 7 и 6 соответственно.

В функции тракта 8 входит формирование высокостабильного сигнала (меандра) с частотой 120 МГц, корректируемого управляющими сигналами (коэффициентами), поступающими с группы выходов синхронизации тракта 2.

В процессе разработки и изготовления устройства создания преднамеренных помех было опробовано несколько схем изготовления тракта формирования синхросигналов 8. В качестве основного выбран вариант его изготовления на управляемой линии задержки, который приведен на фиг.9. В качестве компаратора использована микросхема ADCMP551 фирмы Analog Devices (http://www.analog.com/static/imported-files/datasheets/ADCMP551.pdf). Блок цифровой управляемой задержки реализуется на микросхеме DS1020 Dallas Semiconductor (см. http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS/020.pdf). Блок управления цифровой задержкой предназначен для обеспечения плавного изменения задержки. Недостаток микросхемы DSW20 состоит в том, что она может сформировать задержку не более 520 нс. Недостаток устраняется последовательным подключением нескольких таких микросхем, что приводит к некоторому усложнению блока 8.

На фиг.10 представлена структурная схема преобразователя частоты. В качестве синтезатора частоты используется модуль LMX2306 фирмы Texas Instruments (см. http://www.ti.com/lit/ds/snas016f/snas016f.pdf).

Claims (1)

1. Устройство создания преднамеренных помех, содержащее приемный и передающий тракты, последовательно соединенные опорный генератор и усилитель, отличающееся тем, что дополнительно введены тракт расчета задержки сигналов космических аппаратов (КА), предназначенный для формирования навигационных сообщений от имени всех N отмеченных в работе КА и соответствующих им задержек, и тракт формирования синхросигналов, группа входов управления которого соединена с группой выходов синхронизации тракта расчета задержки сигналов КА, первая группа информационных входов которого является установочной шиной устройства, предназначеная для ввода информации о координатах имитируемой точки, N трактов формирования сигналов КА, предназначенных для формирования квадратурных составляющих полных навигационных сообщений, сумматор, предназначенный для формирования квадратурных составляющих смеси навигационных сигналов всех N КА, и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к информационному входу передающего тракта, опорный вход которого объединен с опорным входом приемного тракта, выходом усилителя и опорным входом тракта формирования синхросигналов, выход которого соединен с входами синхронизации N трактов формирования сигналов КА, сумматора, цифроаналогового преобразователя и тракта расчета задержки сигналов КА, n-ая группа информационных выходов которого, где n=1, 2, …, N, соединена с группой информационных входов n-го тракта формирования сигналов КА, первая и вторая группы выходов квадратурных составляющих сигнала которого соединены с соответствующими группами входов квадратурных составляющих сигнала сумматора, первая и вторая группы выходов квадратурных составляющих сигнала которого соединены с соответствующими группами входов квадратурных составляющих сигнала цифроаналогового преобразователя, а второй информационный вход тракта расчета задержки сигналов КА соединен с информационным выходом приемного тракта.

Images