Исследование способов повышения точности и помехоустойчивости многопозиционных систем наблюдения

Точность МПСН характеризует разницу между положением воздушного судна (ВС) определенным МПСН и истинным его положением во время обнаружения. В МПСН точность определения местоположения (МП) зависит от геометрического расположения системы и от положения объекта относительно наземных приемных станций НПС [1, 2]. Информация о точности системы включается в сообщение о каждом объекте - в качестве элементов ковариационной матрицы. Ковариационная матрица вычисляется из статистической оценки измеренных положений объекта, и она содержит вертикальное и горизонтальное стандартные отклонения положений.

Основной проблемой применения МПСН является влияние шумов и помех на точность НВО на всех этапах полета ВС и может привести к возникновению потенциально конфликтных ситуаций.

Шумам и помехам подвержены все радиоэлектронные системы, однако, как показал опыт эксплуатации ГЛОНАСС и GPS, в большей степени чувствительны к преднамеренным, промышленным и атмосферным помехам ГНСС. Это связано с низкой энергетикой радиолинии спутник-потребитель из-за значительного расстояния между ними. Ввиду большой протяженности трассы распространения сигнала низкая помехозащищенность ГНСС проявляется в бортовом оборудовании ВС, когда приемник работает при низком уровне полезного радиосигнала. Кроме того, могут быть реализованы специальные помехи. Если на приемники спутниковой навигации (ПСН) воздействуют помехи, приходящие с направлений, отличных от направлений прихода спутниковых полезных сигналов, как показано на рис. 1, то для повышения помехоустойчивости приемника спутниковой навигации (ПСН) целесообразно реализовать пространственную обработку сигналов (ПОС), предполагающую использование антенной решетки (АР), которая определяет пространственные различия сигналов. ПОС позволяет обеспечить дополнительное (к «собственным» возможностям приемника) подавление помех на 30..50 дБ и более [3]. На рисунке 2 продемонстрирован пример повышения помехоустойчивости ГНСС-приемника благодаря применению антенного компенсатора помех.

Кроме ПОС для подавления помех в ГНСС используются методы частотно-временной компенсации помех: метод оптимальной оценки параметров помехи; метод адаптивных трансверсальных фильтров; метод режекции помехи в частотно области на основе быстрого преобразования Фурье. Реализуемый в данных методах принцип компенсации является неотъемлемым атрибутом подавляющего большинства оптимальных алгоритмов обработки при различных моделях сигналов, шумов и помех, а так же изменения их параметров.

Рисунок 1 – Направления прихода Рисунок 2 – Вклад АКП в сигнала от спутника и помехи помехоустойчивость ГНСС-приемника

При реализации метода компенсации существенную роль играет априорная информация о структуре и параметрах помехи. Чем больше достоверной априорной информации, тем выше точность компенсации помехи. Для подавления помех в ГНСС-приемниках используются аппаратные методы (специальные АР, фильтрация на уровне ВЧ-тракта) и алгоритмические (адаптивная фильтрация, обработка сигналов внутри приемника, оценка параметров помехи) для борьбы внеполосными помехами, глушением (джаммингом) и подменой (спуфингом), часто в комплексе с инерциальными навигационными системами. Способы повышения помехоустойчивости можно условно разделить на технические и алгоритмические, некоторые из которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Способы повышения помехоустойчивости ПСН

Следовательно, наиболее актуальные проблемы радиотехнических систем связаны с приёмом и обработкой маломощных сигналов на фоне интенсивных внешних помех и, соответственно, с преодолением априорной неопределенности относительно их параметров. Существует реальная практическая необходимость в разработке методологической основы навигационно-временных определений, способной одновременно решать широкий класс проблем преодоления априорной неопределенности не только относительно сигнально-помеховой ситуации и параметров внешних помех, но и ряда неинформативных и информативных параметров полезного сигнала Эффективным способом преодоления априорной неопределенности является применение адаптивных алгоритмов, которые динамически подстраивают параметры фильтра в зависимости от характера помехи.