RU2667494C1 - Способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения - Google Patents

Способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения Download PDF

Info

Publication number
RU2667494C1
RU2667494C1 RU2017124105A RU2017124105A RU2667494C1 RU 2667494 C1 RU2667494 C1 RU 2667494C1 RU 2017124105 A RU2017124105 A RU 2017124105A RU 2017124105 A RU2017124105 A RU 2017124105A RU 2667494 C1 RU2667494 C1 RU 2667494C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
coordinates
ads
signal
signals
Prior art date
Application number
RU2017124105A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Владимирович Бабуров
Теодор Борисович Гальперин
Олег Иванович Саута
Алексей Иванович Соколов
Юрий Семёнович Юрченко
Original Assignee
Акционерное Общество Институт Авиационного Приборостроения "Навигатор" (Ао "Навигатор")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество Институт Авиационного Приборостроения "Навигатор" (Ао "Навигатор") filed Critical Акционерное Общество Институт Авиационного Приборостроения "Навигатор" (Ао "Навигатор")
Priority to RU2017124105A priority Critical patent/RU2667494C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2667494C1 publication Critical patent/RU2667494C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/91—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/36—Means for anti-jamming, e.g. ECCM, i.e. electronic counter-counter measures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/02—Automatic approach or landing aids, i.e. systems in which flight data of incoming planes are processed to provide landing data

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА), предназначено для обеспечения безопасности полетов ЛА путем использования системы автоматического зависимого наблюдения (АЗН) на борту ЛА. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости системы АЗН на основе повышения достоверности ее данных. Повышение достоверности данных АЗН достигается тем, что предусматривается совместное использование системы АЗН и спутниковой навигационной системы (СНС), прием сигналов СНС и определение координат и вектора скорости своего ЛА, прием сигналов АЗН и определение координат соседних ЛА, вычисление дальностей соседних ЛА по определенным координатам, формирование временной шкалы и измерение дальностей соседних ЛА по времени задержки сигналов АЗН, сравнение разности упомянутых вычисленных и измеренных дальностей с заданным порогом, в случае превышения упомянутой разностью заданного порога проводят формирование сигнала недостоверности данных АЗН и отображение сигнала недостоверности на индикаторе воздушной обстановки, при этом в соответствии с упомянутой временной шкалой формируют сигналы АЗН и проводят их излучение, далее выявляют опасные траектории соседних ЛА, формируют сигнал модуляции и выполняют этим сигналом модуляцию координат своего ЛА, ведут обнаружение сигнала модуляции в координатах соседних ЛА на опасных траекториях, а при обнаружении такой модуляции формируют дополнительный сигнал недостоверности данных АЗН и отображают дополнительный сигнал недостоверности на индикаторе воздушной обстановки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) и предназначено для управления воздушным движением и обеспечения безопасности полетов ЛА путем использования сигналов автоматического зависимого наблюдения (АЗН) на борту ЛА.
Традиционно задача управления воздушным движением решается с помощью радаров, установленных на диспетчерских пунктах [1]. Воздушная обстановка, наблюдаемая с помощью радаров, используется для целей управления воздушным движением. Недостатками традиционного способа решения задачи являются низкий темп обновления навигационных данных (4-12 сек), низкая точность определения координат ЛА (сотни метров и более), высокая стоимость наземного оборудования и его недоступность в удаленных районах.
В настоящее время известно другое решение задачи - АЗН в режиме радиовещания (ADS-B - Automatic Dependent Surveillance - Broadcast) [2]. ADS-B - это технология, внедряемая в настоящее время по всему миру и позволяющая на борту ЛА, а также на наземном диспетчерском пункте, видеть движение ЛА на экране индикатора воздушной обстановки без использования традиционных радаров. Преимуществами данного способа решения задачи являются высокий темп обновления навигационных данных (1 сек), высокая точность определения координат ЛА (около 1 метра), меньшая стоимость, а также доступность в удаленных районах.
Существенный недостаток АЗН заключается в низкой помехоустойчивости и отсутствии защиты от специально организованных помех (например, от ложных целей). В случае применения радара, благодаря большой мощности, а также пространственной и временной селекции сигналов, постановка специально организованных помех существенно затруднена. В системе АЗН передача умышленно недостоверных данных может быть выполнена с помощью несложного оборудования, в результате чего на экране индикатора воздушной обстановки появятся ложные отметки от несуществующих ЛА [3]. Можно предполагать, что со временем будут внедрены криптографические методы защиты системы ADS-B, однако в современной аппаратуре они не используются [4].
В настоящее время предложен ряд способов защиты системы АЗН от помех.
Известны варианты защиты АЗН от специально организованных помех, использующие наземные многопозиционные системы наблюдения (системы мультилатерации) для определения местоположения источника радиоизлучения [5-7]. Такие варианты нуждаются в разветвленной сети наземных станций или группировке спутников, так как для определения координат этим способом требуется принимать не менее четырех сигналов. Подобный способ можно использовать в сети связанных между собой наземных станций, но затруднительно реализовать на борту ЛА.
Известны способы защиты АЗН с использованием направленных антенн или антенных решеток [8-11]. Защита от помех осуществляется сравнением измеренной угловой координаты источника сигнала, принятого с помощью направленной антенны, с вычисленной угловой координатой на основе использования пространственных координат ЛА и источника сигнала. Такие способы нуждаются в многоэлементной фазированной антенной решетке и многоканальном приемнике на борту ЛА и предполагают использование фазовой информации. Последнее требование чрезвычайно усложняет реализацию приемника, т.к. в системе АЗН сигналы имеют большой динамический диапазон порядка 80 дБ. В стандартных приемниках проблема большого динамического диапазона решается путем применения логарифмического усилителя промежуточной частоты, реализуемого на одной микросхеме. При фазовой обработке требуется многоканальный приемник с линейной обработкой и сложной системой автоматической регулировки усиления. Другим недостатком этого способа защиты при использовании на ЛА являются большие размеры антенной системы.
Известен способ защиты АЗН от помех, в котором выполняется сравнение вычисленной дальности источника сигнала, полученной с использованием пространственных координат ЛА и координат источника, с дальностью, полученной путем измерения задержки распространения сигнала [12, 13]. Этот способ не требует усложнения приемного устройства и может быть использован на борту ЛА.
Известен способ, в котором сравнение дальностей дополняется проверкой направления прихода сигнала, однако такую проверку сложно реализовать на борту ЛА [14].
Известен также способ, затрудняющий создание помех благодаря введению искажений в передаваемое сообщение [15]. Однако этот способ нарушает широковещательный принцип действия АЗН, так как предполагается, что только некоторые потребители могут восстановить точные координаты (использование такого способа ограничивает число потребителей информации системы АЗН).
Наиболее близким к заявляемому способу является способ [13], основанный на сравнении вычисленной и измеренной дальности, который принят за прототип.
Способ-прототип [13] состоит в том, что предлагается способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения (АЗН), предусматривающий совместное использование системы АЗН и спутниковой навигационной системы (СНС), в котором проводят прием сигналов СНС и определение координат и вектора скорости своего летательного аппарата (ЛА), прием сигналов АЗН и определение координат соседних ЛА, вычисление дальностей соседних ЛА по определенным координатам, формирование временной шкалы и измерение дальностей соседних ЛА по времени задержки сигналов АЗН, сравнение разности упомянутых вычисленных и измеренных дальностей с заданным порогом, в случае превышения упомянутой разностью заданного порога проводят формирование сигнала недостоверности данных АЗН и отображение сигнала недостоверности на индикаторе воздушной обстановки, при этом в соответствии с упомянутой временной шкалой формируют сигналы АЗН и проводят их излучение.
Блок-схема последовательности действий по способу-прототипу с расшифровкой обозначений приведена в Приложениях 1 и 2.
Общим недостатком прототипа и аналогов изобретения является недостаточная точность контроля достоверности АЗН из-за низкой помехоустойчивости по отношению к ложным сигналам АЗН. С помощью вычислительного оборудования при наличии координат ЛА и источника помех возможно создать ложную отметку с соответствующей задержкой сигнала. Такой сигнал помехи невозможно отличить от реального сигнала на борту ЛА с помощью способа-прототипа.
Задачей заявляемого способа является повышение точности контроля достоверности АЗН путем увеличения помехоустойчивости по отношению к ложным сигналам бортовой системы АЗН.
Поставленная задача решается следующим образом.
Предлагается способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения (АЗН), предусматривающий совместное использование системы АЗН и спутниковой навигационной системы (СНС), в котором проводят прием сигналов СНС и определение координат и вектора скорости своего летательного аппарата (ЛА), прием сигналов АЗН и определение координат соседних ЛА, вычисление дальностей соседних ЛА по определенным координатам, формирование временной шкалы и измерение дальностей соседних ЛА по времени задержки сигналов АЗН, сравнение разности упомянутых вычисленных и измеренных дальностей с заданным порогом, в случае превышения упомянутой разностью заданного порога проводят формирование сигнала недостоверности данных АЗН и отображение сигнала недостоверности на индикаторе воздушной обстановки, при этом в соответствии с упомянутой временной шкалой формируют сигналы АЗН и проводят их излучение, далее выявляют опасные траектории соседних ЛА, формируют сигнал модуляции и выполняют этим сигналом модуляцию координат своего ЛА, ведут обнаружение сигнала модуляции в координатах соседних ЛА на опасных траекториях, а при обнаружении такой модуляции формируют дополнительный сигнал недостоверности данных АЗН и отображают дополнительный сигнал недостоверности на индикаторе воздушной обстановки.
Предлагается вариант способа, в котором для модуляции координат своего ЛА используется ступенчатая функция времени, например равная интегралу от последовательности модулирующих сигналов с хорошими автокорреляционными свойствами, при этом смещение координат выполняется только в направлении вектора скорости.
Предлагается вариант способа, в котором для обнаружения модуляции вычисляется скалярное произведение вектора приращений координат соседнего ЛА и вектора скорости своего ЛА, нормированного путем деления на его длину, а результат вычислений фильтруется с помощью согласованного фильтра и сравнивается с порогом.
Предлагается вариант способа, в котором при обнаружении упомянутой модуляции координат выполняется оценка скоростной составляющей скалярного произведения векторов, которая используется для компенсации результатов вычислений на входе согласованного фильтра.
Предлагается вариант способа, в котором для выявления опасной траектории соседнего ЛА определяют его дальность, скорость изменения дальности и относительную высоту по отношению к своему ЛА, причем опасной считается траектория, для которой упомянутые дальность и относительная высота меньше заданных значений, а скорость изменения дальности имеет отрицательный знак.
Суть заявляемого способа поясняется с помощью Фиг. 1, 2, и Приложений 1 и 2.
На Фиг. 1 представлена блок-схема основной последовательности операций предложенного способа контроля достоверности данных системы АЗН. На Фиг. 2 раскрыты операции модуляции координат своего ЛА и обнаружения модуляции. Кроме того, в Приложении 1 раскрыта блок-схема основной последовательности операций, выполняемых в способе-прототипе, а в Приложении 2 дана расшифровка обозначений прототипа.
На Фиг. 1 операции, используемые в способе-прототипе, выделены прямоугольниками с тонкими линиями, вновь предложенные операции выделены прямоугольниками с толстыми линиями.
Обозначения на Фиг. 1 соответствуют:
1 - прием сигналов СНС;
2 - определение координат и вектора скорости своего ЛА;
3 - прием сигналов АЗН;
4 - определение координат соседних ЛА;
5 - вычисление дальностей соседних ЛА;
6 - формирование временной шкалы;
7 - измерение дальностей соседних ЛА;
8 - сравнение разности вычисленных и измеренных дальностей с заданным порогом;
9 - формирование сигнала недостоверности данных АЗН;
10 - отображение сигнала недостоверности на индикаторе воздушной обстановки;
11 - формирование сигналов АЗН;
12 - излучение сигналов АЗН;
13 - выявление опасных траекторий соседних ЛА;
14 - формирование сигнала модуляции;
15 - модуляция координат своего ЛА;
16 - обнаружение сигнала модуляции в координатах соседних ЛА на опасных траекториях;
17 - формирование дополнительного сигнала недостоверности данных АЗН.
Способ, согласно Фиг. 1 и Приложениям 1 и 2, включает характерные для способа-прототипа действия: прием сигналов СНС 1, определение координат и вектора скорости своего ЛА 2, прием сигналов АЗН 3, определение координат соседних ЛА 4, вычисление дальностей соседних ЛА 5, формирование временной шкалы 6, измерение дальностей соседних ЛА 7, сравнение разности вычисленных и измеренных дальностей с заданным порогом 8, формирование сигнала недостоверности данных АЗН 9, отображение сигнала недостоверности на индикаторе воздушной обстановки 10, формирование сигналов АЗН 11, излучение сигналов АЗН 12. При этом прием и передача данных в системе АЗН выполняется в режиме временного разделения сигналов, для чего каждому ЛА выделяется персональный временной интервал - слот. Прием сигналов СНС сопровождается формированием временной шкалы 6, обеспечивающей режим временного разделения сигналов, и определением координат своего ЛА 2. Далее эти координаты сообщаются соседним ЛА, т.е. используются для формирования сигналов АЗН 11 и излучения сигналов АЗН 12. Прием сигналов АЗН 3 и определение координат соседних ЛА 4 позволяют отображать эти ЛА на индикаторе воздушной обстановки. Характерные для способа-прототипа действия 5, 7, 8, и 9 позволяют выявлять недостоверные данные АЗН путем сравнения вычисленной и измеренной дальности с заданным порогом и соответствующим отображением сигнала недостоверности на индикаторе воздушной обстановки 10.
Предложены новые действия, реализующие заявленный способ. Новизна способа, согласно Фиг. 1, состоит в том, что при выявлении опасных траекторий соседних ЛА 13 выполняют формирование сигнала модуляции 14, модуляцию этим сигналом координат своего ЛА 15, обнаружение сигнала модуляции в координатах соседних ЛА на опасных траекториях 16, а при обнаружении данной модуляции формируют дополнительный сигнал недостоверности данных АЗН 17.
Эти действия обеспечивают дополнительную защиту от специально организованных помех.
Работа заявляемого способа происходит следующим образом. Действия 1-12 выполняются полностью аналогично прототипу. Действия 1 и 2 обеспечивают определение пространственных координат своего ЛА. Действия 3 и 4 обеспечивают определение пространственных координат соседних ЛА. Эти координаты используют для вычисления дальностей соседних ЛА 5 Di:
Figure 00000001
где Xi, Yi, Zi - пространственные координаты соседнего i-го ЛА; X0, Y0, Z0 - пространственные координаты своего ЛА.
Одновременно с определением пространственных координат своего ЛА 2 по принятым сигналам СНС формируется временная шкала единого времени 6, используемая для управления формированием 11 и излучением 12 сигналов АЗН. При передаче информационных сообщений в АЗН применяется временное разделение сигналов, поэтому момент излучения сигналов АЗН соседних ЛА «привязан» к временной шкале и известен на борту своего ЛА. Измеряя время запаздывания Ti принятых сигналов АЗН относительно упомянутой временной шкалы (относительно начала выделенного для ЛА слота), выполняется измерение дальностей соседних ЛА 7
Figure 00000002
:
Figure 00000003
где С - скорость распространения радиосигнала.
Далее выполняют определение расхождения вычисленных и измеренных дальностей соседних ЛА с целью дополнительной проверки достоверности сигналов АЗН. При этом выполняют сравнение разности вычисленных и измеренных дальностей с заданным порогом 8 Π:
Figure 00000004
и, в случае его превышения, формируют сигнал недостоверности данных АЗН 9 с соответствующим отображением сигнала недостоверности на индикаторе воздушной обстановки 10.
Таким образом, проверяют соответствие реальной дальности источника излучения сигнала АЗН и вычисленной дальности соседнего ЛА. Одним из вариантов нарушения достоверности данных системы АЗН является создание помехи в виде ложного соседнего ЛА, сигнал от которого формируют с помощью смещенной, согласованной с передаваемым положением ЛА, временной шкалы. Если передача координат ложного соседнего ЛА осуществляется в смещенной временной шкале, то предложенная в способе-прототипе проверка достоверности сигналов АЗН может оказаться неэффективной. Предлагается дополнительная проверка, выполняемая только для опасно приближающихся ЛА.
Сравнение пространственных координат своего и соседних ЛА позволяет выявить опасные траектории соседних ЛА 13. При этом признаками таких траекторий могут являться: одинаковый высотный эшелон, малая дальность и ее уменьшение со временем (сближение). При выявлении опасной траектории соседнего ЛА выполняют формирование модулирующего сигнала 14, с помощью которого осуществляют модуляцию координат своего ЛА 15. При этом к координатам добавляют модулирующий сигнал:
Figure 00000005
где XM, YM, ZM - проекции модулирующего сигнала в навигационной системе координат.
Далее выполняют обнаружение сигнала модуляции в принятых координатах соседнего ЛА на опасных траекториях 16, наличие которого свидетельствует об использовании координат своего ЛА для формирования координат ложного ЛА. В случае обнаружения такой модуляции формируют дополнительный сигнал недостоверности данных системы АЗН 17, который также отображают на индикаторе воздушной обстановки 10. Способ отображения может быть различным (цвет, пунктир, гашение отметки и т.п.).
На Фиг. 2 раскрыты операции модуляции координат своего ЛА 15 и обнаружения сигнала модуляции в координатах соседних ЛА 16.
Модуляцию координат своего ЛА 15 выполняют в виде смещения координат в направлении вектора скорости. Это позволяет снизить влияние модуляции координат своего ЛА на смещение его отметки на индикаторах воздушной обстановки соседних ЛА (отметка временно и незначительно смещается вдоль направления, соответствующего перемещению ЛА). Для этого определение координат своего ЛА 2 после приема сигналов СНС 1 дополняют определением вектора скорости своего ЛА V0, заданного составляющими (проекциями) VX, VY, VZ.
Далее выполняют нормировку вектора скорости V0 своего ЛА путем деления его составляющих на его длину 18:
Figure 00000006
При формировании сигнала модуляции 14 вырабатывают ступенчатую функцию времени θ(t), равную интегралу от кодирующей последовательности с хорошими автокорреляционными свойствами (корреляционная обработка выполняется для приращений сигнала). Данный интеграл определяют за время длительности сигнала модуляции:
Figure 00000007
где ϕ(t) - кодирующая последовательность; А - ее амплитуда; TM - длительность сигнала модуляции.
Далее производится умножение интеграла (6) на нормированные составляющие вектора скорости V0 своего ЛА (операция 19):
Figure 00000008
Затем, результаты умножения складывают с координатами своего ЛА в соответствии с выражением (4)- операция 20. Таким образом, формируемые и излучаемые сигналы АЗН содержат информацию о координатах своего ЛА, которые, в соответствии с заданной ступенчатой функции времени θ(t), периодически смещаются (вперед-назад) в направлении вектора скорости.
Если опасная траектория соседнего ЛА формируется с участием координат своего ЛА, то в координатах соседнего ЛА присутствует модулирующий сигнал.
Для обнаружения сигнала модуляции в координатах соседнего ЛА 16 выполняются следующие действия. Определяют вектор приращений координат соседнего ЛА ΔXi, ΔYi, ΔZi за единицу времени (операция 21), после чего вычисляют скалярное произведение этого вектора и нормированного вектора скорости своего ЛА - операция 22:
Figure 00000009
Результат (8) представляет собой сумму двух компонент: скалярного произведения векторов скорости своего и соседнего ЛА и результата модуляции координат своего ЛА. Первая компонента (скоростная составляющая) обусловлена скоростью соседнего ЛА, причем величина скоростной составляющей зависит от взаимного расположения векторов в пространстве: для ортогональных векторов (траектории ЛА пересекаются под прямым углом) эта компонента равна нулю, а для коллинеарных векторов (траектории ЛА параллельны) - максимальна. В связи с этим производят компенсацию скоростной составляющей 23. Вторая компонента представляет собой последовательность ϕ(t) (производную от модулирующей функции), которая подвергается после операции 23 фильтрации согласованным фильтром 24, при этом последовательность ϕ(t) проходит через линию задержки с весовым суммированием сигналов на отводах линии, т.е. формируется взаимная корреляционная функция последовательности ϕ(t) и сигнала модуляции.
Наличие скоростной составляющей увеличивает уровень боковых лепестков взаимной корреляционной функции на выходе согласованного фильтра. Поэтому и предлагается при обнаружении сигнала модуляции в координатах соседних ЛА выполнять компенсацию скоростной составляющей результата (8) на входе согласованного фильтра. При отсутствии модуляции результат вычисления скалярного произведения 22 содержит только скоростную составляющую. Этот результат запоминается, а при обнаружении сигнала модуляции используется для компенсации скоростной составляющеей на входе согласованного фильтра.
При фильтрации согласованным фильтром 24 сигнал (8) проходит через N-1 последовательных элементов задержки, выходы которых подключены к сумматору с весовыми коэффициентами, представляющими собой зеркальное изображение последовательности ϕ(t) [16]. Выходной сигнал сравнивают с порогом 25 и, в случае его превышения, формируют дополнительный сигнал недостоверности данных АЗН 17.
Для формирования модулирующего сигнала 14 могут использоваться различные сигналы. Заметим, что простые ступенчатые функции (например, биполярная функция +1,-1, т.е. в первом слоте выполняют сдвиг координат вперед, во втором - назад) создателем помех легко выявляются и фильтруются [17]. Поэтому целесообразно использовать более сложные сигналы модуляции с использованием кодирующей последовательности. Рассмотрим один из возможных примеров.
Пусть функция ϕ(i) представляет собой двоичную последовательность в виде кода Баркера длиной N=5:11101.
В качестве сигнала модуляции θ(i) используется код Баркера ϕ(i), пропущенный через дискретный интегратор:
Figure 00000010
Сигнал модуляции при этом имеет вид: 0123340.
Заметим, что по окончании модуляции сигнал модуляции обнуляется и смещение координат отсутствует.
После определения вектора приращений координат соседнего ЛА 21, вычисления скалярного произведения векторов 22 и компенсации скоростной составляющей 23 получаем последовательность, которая в нормированной форме имеет вид: 11101-4. Весовые коэффициенты фильтрации согласованным фильтром 24 представляют собой зеркальное изображение данной последовательности: -410111.
Сигналы на выходах линии задержки (ЛЗ) и результат их весового суммирования будут иметь следующий вид:
Figure 00000011
Контраст пика сигнала на выходе согласованного фильтра достаточно велик, что не требует для надежного обнаружения модуляции на фоне помех существенного увеличения амплитуды модулирующего сигнала А. При этом отметка своего ЛА на экранах индикаторов ЛА, а также на наземном диспетчерском пункте не будет существенно смещаться. Например, при А=5 м, максимальное смещение координат при модуляции не превысит 20 м, а контраст пика на выходе согласованного фильтра составит 100 м при максимальном значении положительного бокового лепестка 10 м. Пороговое значение 50 м позволит надежно выполнить обнаружение сигнала модуляции в координатах соседнего ЛА на опасных траекториях 16.
Сигнал модуляции при формировании 14 может оперативно меняться, поэтому необходимо одновременно изменять весовые коэффициенты фильтрации согласованным фильтром 24.
Обнаружение заданной модуляции координат соседнего ЛА свидетельствует о ложном наведении этого ЛА на свой ЛА. При этом на индикатор воздушной обстановки подают дополнительный сигнал недостоверности данных АЗН (10 на Фиг. 1).
Испытания предложенного способа, проведенные на вертолете типа Ми-8, показали высокую эффективность обнаружения ложных целей и повышение безопасности полетов.
Таким образом, заявленный способ обладает существенной новизной и полезностью для безопасности полетов летательных аппаратов.
Литература
1. Сосновский А.А. и др. Авиационная радионавигация, справочник. - М.: Транспорт, 1990.
2. Автоматизированные системы управления воздушным движением: Новые информационные технологии в авиации: Учебное пособие / Р.М. Ахмедов, А.А. Бибутов, А.В. Васильев и др.; под ред. С.Г. Пятко и А.И. Красова. СПб.: Политехника, 2004.
3. A. Costin and A. Francillon. "Ghost in the Air (Traffic): On insecurity of ADS-B protocol and practical attacks on ADS-B devices," conf. Black Hat USA, 2012.
4. Strohmeier M., Lenders V., Martinovic I., On the Security of the Automatic Dependent Surveillance-Broadcast Protocol // IEEE Communication Surveys & Tutorials. 2015, T.17, N2, p.1066-1087.
5. Патент US 2008211709 Int. C1. G01S 3/02. Deployable passive broadband aircraft tracking / A.E. Smith, R. Hulstrom, C.A. Evers. Pub. Date 04.09.2008.
6. Патент US 2010149019 Int. C1. G01S 13/93, 1/24, 3/02, 19/24, 5/02. Method and apparatus for ADS-B validation, active and passive multilateration, and elliptical surveillance / A.E. Smith, R. Hulstrom, C.A. Evers, T.J. Breen. Pub. Date 17.06.2010.
7. Патент US 7570214 Int. C1. G01S 13/93, 1/24, 3/02, 19/24, 5/02. Method and apparatus for ADS-B validation, active and passive multilateration, and elliptical surveillance / A.E. Smith, R. Hulstrom, C.A. Evers, T.J. Breen. Pub. Date 04.08.2009.
8. Патент CN 202770990 Int. cl. G01S 5/04, g01S 3/14, G08G 5/00. ADS-B anti-fake-object processing system / Pub. Date 6.03.2013.
9. Патент CN 104360323 Int. C1. G01S 13/91, 7/36. ADS-B deception jamming restraining method based on cross array / Pub. Date 18.02.2015.
10. Патент US 2011215960 Int. C1. G01S 13/91, H04B 1/06, 1/18. Radio receiver / M. Stevens, M. Stevens. Pub. Date 08.09.2011.
11. Патент US 2011057830 Int. C1. G01S 13/91. Method for validating aircraft traffic control data / R.G. Sampigethaya, R. Poovendran, L. Bushnell. Pub. Date 10.03.2011.
12. Патент RU 2333538 C2. МПК G08G 5/00, B64D 45/00. Способ индикации положения объектов наблюдения / С.Г. Пятко, Э.Я. Фальков, А.И. Красов и др., заявл. 12.07.2006, опубл. 10.09.2008, Бюл. №25.
13. Патент US 20110140950 Int. C1. G01S 13/74, 13/93, 13/91. Validity check of vehicle position information transmitted over a time-synchronized data link / S. Andersson. Pub. Date 16.06.2011.
14. Патент US 20110163908 Int. C1. G01S 13/74, 1/24. Validity check of vehicle position information / S. Andersson, A. Persson. Pub. Date 07.07.2011.
15. Патент US 2014/0327564 A1 Intel. G08G 5/0004. System and method to prevent misuse of aircraft messages / Radhakrishna G. Sampigethaya. Pub. Date 06.11.2014.
16. Радиотехнические системы / под ред. Ю.М. Казаринова. - Изд.центр «Академия», 2008.
17. Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М. Динамические системы, устойчивые к отказам. - М.: Радио и связь, 1985.

Claims (5)

1. Способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения (АЗН), предусматривающий совместное использование системы АЗН и спутниковой навигационной системы (СНС), в котором проводят прием сигналов СНС и определение координат и вектора скорости своего летательного аппарата (ЛА), прием сигналов АЗН и определение координат соседних ЛА, вычисление дальностей соседних ЛА по определенным координатам, формирование временной шкалы и измерение дальностей соседних ЛА по времени задержки сигналов АЗН, сравнение разности упомянутых вычисленных и измеренных дальностей с заданным порогом, в случае превышения упомянутой разностью заданного порога проводят формирование сигнала недостоверности данных АЗН и отображение сигнала недостоверности на индикаторе воздушной обстановки, при этом в соответствии с упомянутой временной шкалой формируют сигналы АЗН и проводят их излучение, отличающийся тем, что выявляют опасные траектории соседних ЛА, формируют сигнал модуляции и выполняют этим сигналом модуляцию координат своего ЛА, ведут обнаружение сигнала модуляции в координатах соседних ЛА на опасных траекториях, а при обнаружении такой модуляции формируют дополнительный сигнал недостоверности данных АЗН и отображают дополнительный сигнал недостоверности на индикаторе воздушной обстановки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для модуляции координат своего ЛА используется ступенчатая функция времени, например, равная интегралу от последовательности модулирующих сигналов с хорошими автокорреляционными свойствами, при этом смещение координат выполняется только в направлении вектора скорости.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для обнаружения модуляции вычисляется скалярное произведение вектора приращений координат соседнего ЛА и вектора скорости своего ЛА, нормированного путем деления на его длину, а результат вычислений фильтруется с помощью согласованного фильтра и сравнивается с порогом.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при обнаружении упомянутой модуляции координат выполняется оценка скоростной составляющей скалярного произведения векторов, которая используется для компенсации результатов вычислений на входе согласованного фильтра.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для выявления опасной траектории соседнего ЛА определяют его дальность, скорость изменения дальности и относительную высоту по отношению к своему ЛА, причем опасной считается траектория, для которой упомянутые дальность и относительная высота меньше заданных значений, а скорость изменения дальности имеет отрицательный знак.
RU2017124105A 2017-07-06 2017-07-06 Способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения RU2667494C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017124105A RU2667494C1 (ru) 2017-07-06 2017-07-06 Способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017124105A RU2667494C1 (ru) 2017-07-06 2017-07-06 Способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2667494C1 true RU2667494C1 (ru) 2018-09-21

Family

ID=63668820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017124105A RU2667494C1 (ru) 2017-07-06 2017-07-06 Способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2667494C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740398C1 (ru) * 2020-03-12 2021-01-14 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя воздушного судна
RU2777836C1 (ru) * 2021-10-08 2022-08-11 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя воздушного судна

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6766226B2 (en) * 2002-05-16 2004-07-20 Andersen Aeronautical Technologies, Ltd. Method of monitoring utility lines with aircraft
WO2006021815A1 (en) * 2004-07-14 2006-03-02 Bae Systems Plc Navigation display system
RU100836U1 (ru) * 2010-07-09 2010-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Комплекс управления и контроля за самолетовождением на местных воздушных линиях на основе современных технологий
US20110140950A1 (en) * 2008-06-18 2011-06-16 Saab Ab Validity check of vehicle position information transmitted over a time-synchronized data link
EP2511657A1 (en) * 2011-04-15 2012-10-17 Honeywell International, Inc. Differential altitude estimation utilizing spatial interpolation of pressure sensor data
RU2542746C2 (ru) * 2013-01-09 2015-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Способ непрерывного контроля целостности воздушных судов на всех участках полета
RU163188U1 (ru) * 2015-03-30 2016-07-10 Закрытое акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ - РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ" Контрольно-измерительный комплекс для систем вторичной радиолокации

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6766226B2 (en) * 2002-05-16 2004-07-20 Andersen Aeronautical Technologies, Ltd. Method of monitoring utility lines with aircraft
WO2006021815A1 (en) * 2004-07-14 2006-03-02 Bae Systems Plc Navigation display system
US20110140950A1 (en) * 2008-06-18 2011-06-16 Saab Ab Validity check of vehicle position information transmitted over a time-synchronized data link
RU100836U1 (ru) * 2010-07-09 2010-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Комплекс управления и контроля за самолетовождением на местных воздушных линиях на основе современных технологий
EP2511657A1 (en) * 2011-04-15 2012-10-17 Honeywell International, Inc. Differential altitude estimation utilizing spatial interpolation of pressure sensor data
RU2542746C2 (ru) * 2013-01-09 2015-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Способ непрерывного контроля целостности воздушных судов на всех участках полета
RU163188U1 (ru) * 2015-03-30 2016-07-10 Закрытое акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ - РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ" Контрольно-измерительный комплекс для систем вторичной радиолокации

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740398C1 (ru) * 2020-03-12 2021-01-14 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя воздушного судна
RU2777836C1 (ru) * 2021-10-08 2022-08-11 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя воздушного судна
RU2790508C1 (ru) * 2022-05-04 2023-02-21 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Способ контроля работоспособности навигационной аппаратуры потребителя воздушного судна
RU2801584C1 (ru) * 2022-07-12 2023-08-11 Акционерное Общество "Северо-Западный Региональный Центр Концерна Вко "Алмаз-Антей" - Обуховский Завод" Способ и устройство контроля достоверности информации наблюдения
RU2785810C1 (ru) * 2022-09-07 2022-12-13 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") Способ наблюдения за аэродромным движением и устройство для его осуществления
RU2803185C1 (ru) * 2022-11-07 2023-09-11 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ определения пространственных координат воздушного судна
RU2803979C1 (ru) * 2023-02-03 2023-09-25 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя воздушного судна
RU2808467C1 (ru) * 2023-03-20 2023-11-28 Акционерное Общество "Северо-Западный Региональный Центр Концерна Вко "Алмаз-Антей" - Обуховский Завод" Способ авиационного наблюдения и устройство для его осуществления
RU2804397C1 (ru) * 2023-04-04 2023-09-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя воздушного судна

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6094169A (en) Multilateration auto-calibration and position error correction
CN102227647B (zh) 用于利用以准动态或动态方式对要监控的空间进行分区化来接收二次雷达信号的设备及用于此的方法
US4215345A (en) Interferometric locating system
EP2603814B1 (en) Method for providing spoof detection
KR101240629B1 (ko) Ａｄｓ-ｂ 시스템이 탑재된 항공기를 이용한 미지신호 검출 및 발생원 위치 추정방법
US6710743B2 (en) System and method for central association and tracking in passive coherent location applications
EP2801838B1 (en) Evaluating the position of an aerial vehicle
KR101733035B1 (ko) 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 pcl 시스템
Schäfer et al. Secure motion verification using the doppler effect
US8704700B2 (en) Passive bird-strike avoidance systems and methods
CN108693545A (zh) 基于星载ads-b的异常目标定位方法
JP2016524704A (ja) 標的の位置を特定するための方法及びかかる方法を実現するためのマルチスタティックレーダーシステム
US20160041254A1 (en) Method for the passive localization of radar transmitters
Elmarady et al. Studying cybersecurity in civil aviation, including developing and applying aviation cybersecurity risk assessment
Naganawa et al. ADS-B anti-spoofing performance of monopulse technique with sector antennas
RU2667494C1 (ru) Способ контроля достоверности данных системы автоматического зависимого наблюдения
Elmarady et al. Actual TDoA-based augmentation system for enhancing cybersecurity in ADS-B
CN110888134A (zh) 一种非协作和协作一体化机场场面监视系统
Mykytyn et al. GPS-spoofing attack detection mechanism for UAV swarms
Rudys et al. Physical layer protection for ADS-B against spoofing and jamming
Chaves et al. Multisensor polarimetric MIMO radar network for disaster scenario detection of persons
Svyd et al. Estimation of The Throughput of The Channel for Measuring The Distance of Short-Range Radio Engineering Systems
Wielandner et al. Multipath-based SLAM with multiple-measurement data association
RU2785810C1 (ru) Способ наблюдения за аэродромным движением и устройство для его осуществления
RU2801584C1 (ru) Способ и устройство контроля достоверности информации наблюдения