Interferência nos sistemas globais de navegação por satélite. Continuação

Para minha surpresa, o artigo anterior foi recebido calorosamente. Hoje continuamos a considerar esse problema.



Medidas anti-interferência

Na navegação, o nível de ruído sempre excede o nível do sinal. Para determinar o nível de interferência (relação interferência / sinal, relação J / S), considera-se quanto o ruído excede o nível de ruído. A seguir, são apresentados métodos para aumentar a imunidade ao ruído dos receptores, juntamente com a máxima interferência contra a qual esses métodos são eficazes.



1. O aumento da largura de banda do sinal (até 10 dB);
2. Aumento da potência do transmissor na nave espacial (até 20 dB);
3. Integração de receptores de navegação (até 30 dB);
4. O uso de filtros de hardware digital (até 40 dB);
5. O uso da correção tempo-frequência (até 50 dB);
6. Uso de métodos de antena (até 70 dB);

Os dois primeiros métodos dependem do sinal usado pela sonda e não podem ser alterados da Terra após o lançamento. Os métodos de antena complicam bastante e aumentam o custo do equipamento de consumo, o que reduz drasticamente o número possível de usuários.



A integração dos receptores de navegação não aumenta significativamente a imunidade a ruídos do receptor de navegação. Isso se deve ao fato de os sistemas de navegação inercial (RNAs) não serem afetados pela interferência de rádio e terem alta precisão de medição no curto prazo. No entanto, o erro na determinação dos parâmetros de navegação se acumula ao longo do tempo e requer correção do GNSS. O diagrama acima mostra onde, usando o filtro Kalman, o receptor de navegação está integrado.

O uso da correção tempo-frequência (supressão de interferência no domínio da frequência) é um método eficaz, mas é muito difícil de implementar em tempo real. Isso ocorre porque a execução desse método deve ser realizada usando um microcomputador em paralelo com a operação de loops de rastreamento, discriminadores, solução de problemas de navegação e velocidade e resolução de ambiguidades ao trabalhar no modo RTK. Com base nisso, para poder suprimir a interferência no domínio da frequência, é necessário ter uma reserva significativa de poder computacional que não estará envolvido na ausência de interferência.

Duas categorias são distinguidas entre os filtros digitais:

1. Filtros recursivos (com resposta infinita ao impulso);
2. Filtros não recursivos (com resposta de impulso finito).

O que escolher?

A questão da escolha é altamente dependente do hardware disponível. Ótimos em termos de complexidade de implementação e custo do dispositivo final são os filtros digitais. Nos receptores de navegação, você pode encontrar os filtros IIR e FIR. Os filtros FIR têm a vantagem de poder criar um filtro com uma resposta de fase linear e, como resultado, um atraso constante do grupo. Isso significa que diferentes componentes de frequência serão atrasados ​​pelo mesmo número de ciclos de clock ao passar pelo filtro. No entanto, usando um filtro IIR, uma janela de entalhe muito mais estreita e uma faixa de transição geralmente menor podem ser obtidas com a mesma ordem de filtro.

Como isso funciona?

Para que os algoritmos de supressão de interferência funcionem, são necessárias informações sobre o ambiente de interferência. A detecção de interferência de banda estreita é convenientemente realizada no domínio da frequência, enquanto o comportamento de pseudo-atrasos, potencial energético e viés de Doppler para a presença de saltos deve ser analisado para detectar ataques de falsificação.



Para detectar interferências, as funções da janela devem ser usadas em conexão com o chamado fenômeno de espalhamento do espectro. Devido ao fato de que os bloqueadores podem estar localizados a distâncias diferentes do receptor, a interferência terá níveis diferentes. Sem o uso das funções da janela, algumas interferências podem ser mascaradas pelos lóbulos laterais de uma janela retangular, não detectadas e não compensadas.

Algumas palavras sobre o meu desenvolvimento



Minha tarefa foi desenvolver um supressor na estrutura existente do receptor de navegação com base no VLSI 1879VIA1Ya fabricado pelo "Módulo" do Centro Técnico e Científico. Se falarmos brevemente sobre essa plataforma de hardware e software, podemos distinguir:

1. 4 ADCs de 12 bits com uma frequência de amostragem de 81,92 MHz;
2. O núcleo do ARM1176;
3. 2 núcleos NeuroMatrix DSP com um multiplicador de matriz vetorial capaz de paralelizar com êxito operações com valores baixos de bits;
4. Unidade de pré-processamento de sinal de hardware (BPOS).



O restante dos detalhes pode ser encontrado no site, agora prestaremos mais atenção ao BPOS. O circuito receptor geral é dado acima. Ele contém uma antena, um caminho analógico (por exemplo, GLONASS L1, mas agora não importa), um ADC, canais digitais e um processador de sinal. O BPOS contém 24 canais digitais, 12 dos quais têm acesso a três blocos de filtros FIR. Cada bloco contém 4 filtros FIR de 64ª ordem com coeficientes de 8 bits. Dentro de uma unidade, os filtros podem ser trocados em série ou em paralelo para implementar de um a quatro supressores. Os canais digitais contêm um oscilador digital local, filtro passa-baixo, um dizimador (para diminuir a frequência de amostragem) e um normalizador. No processador de sinais (NeuroMatrix, não ARM), os algoritmos para detectar interferências, calcular os coeficientes dos filtros de hardware,processamento de correlação e loops de rastreamento (FAP e CVD).

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Também deve ser observado que o filtro possui um recurso, ou seja, o atraso do grupo de inserção igual à metade do tamanho do filtro. Esse valor é levado em consideração na solução subsequente do problema de navegação e, portanto, é totalmente compensado.

Source: https://habr.com/ru/post/pt389203/