RU2755776C1 - METHOD FOR TESTING THE BEHAVIOUR OF UAVs UNDER CONDITIONS OF DISTORTION OR SUPPRESSION OF THE NAVIGATION FIELD OF A SATELLITE NAVIGATION SYSTEM - Google Patents
METHOD FOR TESTING THE BEHAVIOUR OF UAVs UNDER CONDITIONS OF DISTORTION OR SUPPRESSION OF THE NAVIGATION FIELD OF A SATELLITE NAVIGATION SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755776C1 RU2755776C1 RU2020118942A RU2020118942A RU2755776C1 RU 2755776 C1 RU2755776 C1 RU 2755776C1 RU 2020118942 A RU2020118942 A RU 2020118942A RU 2020118942 A RU2020118942 A RU 2020118942A RU 2755776 C1 RU2755776 C1 RU 2755776C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- navigation
- data
- parameters
- gnss receiver
- simulation model
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
- G06F11/36—Preventing errors by testing or debugging software
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам, и конкретно к области программно-аппаратного тестирования поведения БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля спутниковой навигационной системы (СНС).The invention relates to unmanned aerial vehicles, and specifically to the field of software and hardware testing of UAV behavior in conditions of distortion or suppression of the navigation field of a satellite navigation system (SNS).
Из уровня техники известны несколько способов тестирования поведения беспилотного летательного аппарата с использованием непосредственно самого БЛА. Примеры таких методов и систем описываются в следующих документах.Several methods are known from the prior art to test the behavior of an unmanned aerial vehicle using the UAV itself. Examples of such methods and systems are described in the following documents.
Из патента US20140253372 (дата заявки 05.03.2013, МПК G01S 19.23) известна технология тестирования, сочетающая воспроизведение захваченных сигналов GNSS с эмуляцией в реальном времени телеметрии вспомогательной глобальной навигационной спутниковой системе (А-GNSS) в сеансе с испытанием с мобильным устройством. В частности, его можно использовать для тестирования производительности устройств связи, навигационных систем, телематики и приложений А-GNSS.From patent US20140253372 (date of application 03/05/2013, IPC G01S 19.23), a testing technology is known that combines reproduction of captured GNSS signals with real-time emulation of telemetry of an auxiliary global navigation satellite system (A-GNSS) in a test session with a mobile device. In particular, it can be used to test the performance of communication devices, navigation systems, telematics and A-GNSS applications.
В патентах WO2016042325, EP3186910, US20170261615, JP2017531410, IN201717013369 (дата заявки 16.09.2015. МПК H04K 3/00, G01S 19/21) описаны способ и устройство для обнаружения, геолокации и/или классификации сигналов помех GPS или GNSS. Один такой способ содержит этапы анализа спектрограммы сигнала помех, используя процесс принятия решений на основе дерева, и в результате выбирают один из нескольких типов сигналов помех, причем одно из решений в дереве заключается в том, что спектрограмма имеет спектральную периодичность.Patents WO2016042325, EP3186910, US20170261615, JP2017531410, IN201717013369 (application date 09.16.2015. IPC H04K 3/00, G01S 19/21) describe a method and apparatus for detecting, geolocating and / or classifying GPS or GNSS interference signals. One such method comprises the steps of analyzing an interference signal spectrogram using a tree-based decision-making process, and as a result, one of several types of interference signals is selected, one of the decisions in the tree being that the spectrogram has a spectral periodicity.
Компьютерное устройство (US200090140914, дата заявки 18.11.2008. МПК G01S 19/04, G01S 19/43) для пост-позиционирования с выбранной точностью включает в себя постпроцессор GNSS для обработки опорных фаз несущей GNSS от эталонной системы и ровера фаз несущих GNSS от подвижного приемника, чтобы вычислить безопасное положение для мобильного приемника, недоступного для пользователя. Устройство включает в себя генератор случайных процессов, чтобы сгенерировать последовательность векторов смещения для сглаживания защищенной позиции в соответствии с вычисленным уровнем сглаживания, чтобы обеспечить выбранную точность для доступной пользователю позиции подвижного приемника.The computer device (US200090140914, filing date 11/18/2008. IPC G01S 19/04, G01S 19/43) for post-positioning with the selected accuracy includes a GNSS post-processor for processing the reference phases of the GNSS carrier from the reference system and the rover of the phases of the GNSS carriers from the mobile receiver to calculate a safe position for a mobile receiver that is not accessible to the user. The device includes a random generator to generate a sequence of offset vectors to smooth the protected position in accordance with the calculated smoothing level to provide the selected accuracy for the user-accessible rover position.
Способ (WO2016207658, US20180188379, EP3311198, дата заявки 24.06.2016. МПК G01S 19/01, G01S 19/21, G01S 19/23) для генерации тестового сигнала для конфигурации PNT содержит этапы использования одного или нескольких детекторов помеховых сигналов GNSS на основе РЧ, и записи данных в базу данных информации угрозы для сигналов; а также получение из базы данных информации, по меньшей мере, одного из сигналов угрозы; генерирование соответствующего сигнала угрозы из полученной информации; и объединение соответствующего сигнала угрозы с сигналом PNT через объединитель сигналов для генерирования текстового сигнала.The method (WO2016207658, US20180188379, EP3311198, filed date 06.24.2016. IPC G01S 19/01, G01S 19/21, G01S 19/23) for generating a test signal for PNT configuration comprises the steps of using one or more RF-based GNSS jamming detectors , and writing the data to the signal threat information database; as well as obtaining information from the database of at least one of the threat signals; generating an appropriate threat signal from the information received; and combining the corresponding threat signal with the PNT signal through a signal combiner to generate a text signal.
Из патентов EP1647832, US20060263755, WO2005008277 (дата заявки 17.07.2003. МПК G01S 1/00, G01S 19/05, G01S 19/11, G01S 19/23) известна система для моделирования спутника GPS, сконфигурированная для получения навигационных данных в режиме реального времени со спутника GPS, генерации сигнала моделирования из навигационных данных при выполнении синхронизации времени по времени с выходным сигналом их GPS-спутника, и вывод сигнала на приемник GPS в качестве цели оценки.From patents EP1647832, US20060263755, WO2005008277 (application date 17.07.2003. IPC G01S 1/00, G01S 19/05, G01S 19/11, G01S 19/23) a system for simulating a GPS satellite is known, configured to obtain navigation data in real time from the GPS satellite, generating a simulation signal from the navigation data while performing time synchronization with the output of their GPS satellite, and outputting the signal to a GPS receiver as an estimation target.
Так же из уровня техники известно устройство (WO2012105752, EP2656098, дата заявки 19.12.2011. МПК G01S 7/38) моделирования навигационного сигнала с помехами, включающие в себя антенну для приема навигационного сигнала навигационного спутника; блок генерации сигнала помех для генерации сигнала помех для ограничения нормального приема навигационного сигнала; и блок синтеза навигационного сигнала для синтеза навигационного сигнала и сигнала помехи и вывода синтезированного сигнала на входной порт антенны спутникового навигационного приемника; при этом сигнал помех и навигационный сигнал могут быть смоделированы с использованием простой конструкции, когда они одновременно поступают на антенну.Also known from the prior art is a device (WO2012105752, EP2656098, application date 19.12.2011. IPC G01S 7/38) for simulating a navigation signal with interference, including an antenna for receiving a navigation signal from a navigation satellite; an interference signal generating unit for generating an interference signal for limiting the normal reception of the navigation signal; and a navigation signal synthesis unit for synthesizing a navigation signal and an interference signal and outputting the synthesized signal to an antenna input port of a satellite navigation receiver; however, the jamming signal and the navigation signal can be modeled using a simple design when they are simultaneously applied to the antenna.
Проверка работы системы управления БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля является сложной задачей из-за того, что навигационные приемники разных производителей имеют разные алгоритмы работы в условиях подавления или искажения навигационного поля, создаваемого спутниковыми навигационными системами. Это создает сложности в моделировании помехового воздействия на канал приема спутниковой навигационной информации.Checking the operation of the UAV control system in conditions of distortion or suppression of the navigation field is a difficult task due to the fact that navigation receivers from different manufacturers have different algorithms for operation in conditions of suppression or distortion of the navigation field created by satellite navigation systems. This creates difficulties in modeling the interference effect on the channel for receiving satellite navigation information.
Задачей данного изобретения является проверка работы системы управления БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля СНС.The objective of this invention is to test the operation of the UAV control system in conditions of distortion or suppression of the navigation field of the SNS.
Использование заявляемого изобретения позволяет ускорить разработку беспилотного летательного аппарата и системы автоматического управления, а также уменьшить вероятность возникновения аварийных ситуаций по причине нештатной работы автоматики.The use of the claimed invention makes it possible to accelerate the development of an unmanned aerial vehicle and an automatic control system, as well as to reduce the likelihood of emergencies due to abnormal operation of automation.
Технический результат достигается тем, что при использовании заявляемого способа при реализации в составе программно-аппаратного комплекса имитационного моделирования полета БЛА моделируется помеховое воздействие на канал приема данных глобальных спутниковых навигационных систем.The technical result is achieved by the fact that when the proposed method is used, when the UAV flight simulation is implemented as part of the software and hardware complex, the interference effect on the data reception channel of global satellite navigation systems is simulated.
Данный способ тестирования поведения БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля спутниковых навигационных систем реализуется в составе программно-аппаратного комплекса имитационного моделирования полета БЛА.This method of testing the behavior of UAVs under conditions of distortion or suppression of the navigation field of satellite navigation systems is implemented as part of a software and hardware complex for simulating a UAV flight.
Сущность заявляемого способа заключается в одновременном использовании приемника GNSS, работающем в нормальном режиме, и программного модуля моделирования приемника GNSS. В приемнике GNSS формируются данные о местоположении и параметрах навигационного поля в виде источника данных о качестве формируемого навигационного решения. В программном модуле моделирования приемника GNSS формируются координаты местоположения (долготы, широты, высоты над уровнем моря) и значения скоростей движения в опорной системе координат (например, NED), на основе получаемых от имитационной модели данных о расстоянии от точки старта и скоростей в опорной системе координат. Отклонения принимаемых от приемника GNSS координат для каждого пакета навигационных данных вычисляются относительно начальных значений, полученных перед запуском имитационной модели усреднением на некотором интервале времени или иным способом. На основе полученных данных в программном модуле моделирования приемника GNSS формируются навигационные решения для имитационной модели путем добавления рассчитанных отклонений к полученным от имитационной модели данных, в том числе значений координат, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом и скоростей относительно опорной системы координат.The essence of the proposed method lies in the simultaneous use of a GNSS receiver operating in normal mode and a software module for simulating a GNSS receiver. The GNSS receiver generates data on the location and parameters of the navigation field in the form of a data source on the quality of the generated navigation solution. The GNSS receiver simulation software module generates location coordinates (longitude, latitude, altitude) and movement speeds in a reference coordinate system (for example, NED), based on the distance from the start point and speeds in the reference frame obtained from the simulation model. coordinates. The deviations of the coordinates received from the GNSS receiver for each navigation data package are calculated relative to the initial values obtained before starting the simulation model by averaging over a certain time interval or in another way. Based on the obtained data, navigation solutions for the simulation model are formed in the software module for simulating the GNSS receiver by adding the calculated deviations to the data obtained from the simulation model, including the values of coordinates, altitude, altitude above the ellipsoid, and velocities relative to the reference coordinate system.
Предпочтительный вариант реализации способа заключается в следующем.The preferred embodiment of the method is as follows.
Приемник GNSS работает в нормальном режиме, выдавая данные о местоположении и параметрах навигационного поля в виде источника данных о качестве формируемого навигационного решения.The GNSS receiver operates in normal mode, providing data on the location and parameters of the navigation field as a source of data on the quality of the generated navigation solution.
Одновременно с приемником GNSS работает программный модуль моделирования навигационных данных приемника GNSS (далее программный модуль приемника GNSS в зависимости от контекста), который формирует координаты местоположения (долготу, широту, высоту над эллипсоидом) и значения скоростей движения в опорной системе координат (например, NED), на основе получаемых от имитационной модели данных о расстоянии от точки старта и скоростей в опорной системе координат.Simultaneously with the GNSS receiver, the software module for simulating the navigation data of the GNSS receiver (hereinafter the software module for the GNSS receiver, depending on the context), which generates the coordinates of the location (longitude, latitude, height above the ellipsoid) and the values of the speeds of movement in the reference coordinate system (for example, NED) , based on the data obtained from the simulation model about the distance from the start point and speeds in the reference coordinate system.
Программный модуль моделирования приёмника навигационного сигнала GNSS формирует координаты (долготу, широту), высоту над эллипсоидом, скорости по осям опорной системы координат, число используемых спутников, контрольную сумму, оставляя параметры точности навигационного сигнала заданными по умолчанию.The software module for simulating a GNSS navigation signal receiver generates coordinates (longitude, latitude), height above the ellipsoid, velocities along the axes of the reference coordinate system, the number of satellites used, a checksum, leaving the navigation signal accuracy parameters set by default.
Для каждого пакета навигационных данных, полученных от программного модуля приемника GNSS вычисляется отклонение принимаемых координат – долготы, широты, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом,
В качестве значений отклонения скоростей движения в опорной системе координат (
Далее программный модуль моделирования приемника GNSS формирует навигационное решение для имитационной модели (параметры с индексом control), при этом в значения координат, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом и скоростей относительно опорной системы координат, вычисленные на основе полученных от имитационной модели данных (параметры с индексом model), добавляется отклонение, рассчитанное указанным ранее способом:Next, the software module for simulating the GNSS receiver generates a navigation solution for the simulation model (parameters with the control index), while in the values of coordinates, height above sea level, height above the ellipsoid and velocities relative to the reference coordinate system, calculated on the basis of data obtained from the simulation model (parameters with the model index), the deviation calculated in the previously indicated way is added:
Вычисляется скорость относительно Земли:The speed relative to the Earth is calculated:
Дополнительный вариант реализации способа отличается от предпочтительного тем, что все параметры кроме координат, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом и скоростей в опорной системе координат, берутся из данных, получаемых от реального приемника GNSS.An additional embodiment of the method differs from the preferred one in that all parameters except coordinates, altitude, altitude above the ellipsoid and velocities in the reference coordinate system are taken from data received from a real GNSS receiver.
Таким образом становится возможным влиять на качественные показатели навигационного решения, вычисленного программным модулем моделирования навигационных данных приемника GNSS, через воздействие на навигационное поле, формируемое реальными спутниковыми группировками либо специальной аппаратурой имитации. Применяя оборудование подавления или искажения навигационного поля, возможно проверить поведение имитационной модели БЛА или его системы автоматического управления в условиях, максимально приближенных к реальным.Thus, it becomes possible to influence the quality indicators of the navigation solution, calculated by the software module for simulating the navigation data of the GNSS receiver, through the impact on the navigation field formed by real satellite constellations or special simulation equipment. Using equipment for suppressing or distorting the navigation field, it is possible to check the behavior of the UAV simulation model or its automatic control system in conditions as close as possible to real ones.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118942A RU2755776C1 (en) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | METHOD FOR TESTING THE BEHAVIOUR OF UAVs UNDER CONDITIONS OF DISTORTION OR SUPPRESSION OF THE NAVIGATION FIELD OF A SATELLITE NAVIGATION SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118942A RU2755776C1 (en) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | METHOD FOR TESTING THE BEHAVIOUR OF UAVs UNDER CONDITIONS OF DISTORTION OR SUPPRESSION OF THE NAVIGATION FIELD OF A SATELLITE NAVIGATION SYSTEM |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755776C1 true RU2755776C1 (en) | 2021-09-21 |
Family
ID=77852019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118942A RU2755776C1 (en) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | METHOD FOR TESTING THE BEHAVIOUR OF UAVs UNDER CONDITIONS OF DISTORTION OR SUPPRESSION OF THE NAVIGATION FIELD OF A SATELLITE NAVIGATION SYSTEM |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755776C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115014392A (en) * | 2022-06-10 | 2022-09-06 | 东风汽车集团股份有限公司 | GNSS combined navigation positioning precision test method and system under satellite loss of lock |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU56662U1 (en) * | 2006-02-21 | 2006-09-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон" | COMPLEX OF CONTROL AND TESTING EQUIPMENT OF ON-BOARD SYSTEMS OF UNMANNED AIRCRAFT |
EP2656098A4 (en) * | 2011-01-31 | 2014-08-13 | Agency Defense Dev | Apparatus and system for simulating navigation signal in jamming environment |
WO2018152748A1 (en) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Method and system for simulating movable object states |
WO2018187927A1 (en) * | 2017-04-11 | 2018-10-18 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Vision simulation system for simulating operations of a movable platform |
-
2020
- 2020-06-08 RU RU2020118942A patent/RU2755776C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU56662U1 (en) * | 2006-02-21 | 2006-09-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон" | COMPLEX OF CONTROL AND TESTING EQUIPMENT OF ON-BOARD SYSTEMS OF UNMANNED AIRCRAFT |
EP2656098A4 (en) * | 2011-01-31 | 2014-08-13 | Agency Defense Dev | Apparatus and system for simulating navigation signal in jamming environment |
WO2018152748A1 (en) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Method and system for simulating movable object states |
WO2018187927A1 (en) * | 2017-04-11 | 2018-10-18 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Vision simulation system for simulating operations of a movable platform |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115014392A (en) * | 2022-06-10 | 2022-09-06 | 东风汽车集团股份有限公司 | GNSS combined navigation positioning precision test method and system under satellite loss of lock |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Panice et al. | A SVM-based detection approach for GPS spoofing attacks to UAV | |
US6473034B2 (en) | Method and system for anti-jamming simulation | |
US6127970A (en) | Coupled real time emulation method for positioning and location system | |
US10656259B2 (en) | Method for determining trajectories of moving physical objects in a space on the basis of sensor data of a plurality of sensors | |
Dasgupta et al. | Prediction-based GNSS spoofing attack detection for autonomous vehicles | |
Nayfeh et al. | Machine learning modeling of GPS features with applications to UAV location spoofing detection and classification | |
CN108153980A (en) | Synthesis display method based on ADS-B Yu TCAS data fusions | |
Dobryakova et al. | Design and analysis of spoofing detection algorithms for GNSS signals | |
RU2755776C1 (en) | METHOD FOR TESTING THE BEHAVIOUR OF UAVs UNDER CONDITIONS OF DISTORTION OR SUPPRESSION OF THE NAVIGATION FIELD OF A SATELLITE NAVIGATION SYSTEM | |
Mulia et al. | Advanced tsunami detection and forecasting by radar on unconventional airborne observing platforms | |
KR102386776B1 (en) | Apparatus and method for analyzing gnss jamming based on ai using unmanned aerial vehicle | |
Raichur et al. | Machine learning-assisted GNSS interference monitoring through crowdsourcing | |
Jayaweera | A novel deep learning gps anti-spoofing system with doa time-series estimation | |
Luppen et al. | A case study in formal specification and runtime verification of a CubeSat communications system | |
US20210190897A1 (en) | Method of processing incoming signals received at spatially-separated receivers | |
US20220338015A1 (en) | Authentication system, authentication method and program | |
Bhatti | Sensor deception detection and radio-frequency emitter localization | |
CN112394318B (en) | In-situ passive positioning test system for airborne single-station flight test | |
US20220066053A1 (en) | Modeling Mutable Environmental Structures | |
RU2708679C1 (en) | Method for aircraft to detect external imitation interference, which makes an error in determining its location | |
Dobryakova et al. | Cloud-based GNSS navigation spoofing detection | |
US20220283315A1 (en) | Systems and methods for simulating performance of receivers in realistic interference scenarios | |
ŞAHİN et al. | Optimal fusion of multiple GNSS signals against spoofing sources | |
Ahn et al. | Testing of GNSS Receivers of Space Objects in Earth Conditions and the Implementation of Spoofing Using Simulator of GNSS Signals | |
Ahmed et al. | GNSS Spoofing Detection and Exclusion by Decomposition of Complex Cross Ambiguity Function (DCCAF) with INS Aiding |