Спутниковое позиционирование в условиях помех. Решения компании «ГНСС плюс».

В настоящее время всё большее количество пользователей сталкивается со сложностью или невозможностью определения координат посредством спутникового позиционирования в тех или иных районах работ. Как правило, это связано с наличием искусственно созданных помех – спуфинга или джамминга. В первом случае происходит «подмена координат», во втором, чаще всего, происходит подавление ГНСС сигналов средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ). 

С апреля 2024 компания «ГНСС плюс» представляет на российском рынке универсальные ГНСС приемники под брендом GNSSPLUS™. Внутри этих приемников установлен ГНСС модуль Unicore UM980 или UM982 (для двухантенных моделей), имеющий 1408 каналов и обладающий функционалом противодействия помехам. Обзор этих ГНСС приемников был представлен в четвертом номере журнала «Геопрофи» за 2024 год.

При тотальном подавлении ГНСС сигналов посредством РЭБ, ГНСС антенна не способна принимать спутниковые сигналы. Для выхода из этой ситуации инженеры-разработчики придумали решение, которое заключается в одновременном использовании в ГНСС антенне нескольких антенных элементов (принцип антенной решетки). От того, сколько антенных элементов встроено в решетку, какие частоты и спутниковые системы поддерживают антенные элементы, будет зависеть каким помехам и со скольких направлений сможет противодействовать такая антенна.

Компания «ГНСС плюс» напрямую сотрудничает с ведущими китайскими производителями противопомеховых (anti-jamming) ГНСС антенн. Линейка таких антенн очень разнообразна, а отдельное устройство может быть создано под конкретные требования заказчика. Инженеры «ГНСС плюс» проводят множество испытаний anti-jamming антенн в условиях реальных помех на территории Москвы и Московской области, а также в районах выполнения работ заказчиков. 

Кроме того, в компании с момента основания существует практика предоставления оборудования пользователям на самостоятельное тестирование.  

В сентябре 2024 инженерами компании «ГНСС плюс» совместно с сотрудниками АО «НИИАС» был проведен ряд испытаний комплектов оборудования с противопомеховыми антеннами на Московском Центральном Кольце (МЦК). 

Как известно, с 28-го августа 2024 года по МЦК курсирует автоматически управляемый электропоезд Ласточка, оснащенный ГНСС и ИНС оборудованием, комплексом машинного зрения и другими датчиками, позволяющими поезду работать автономно (без вмешательства человека) в составе этой транспортной инфраструктуры.

С 2023 года значительная часть МЦК оказалась в зоне воздействия помех, затрудняющих прием ГНСС сигналов со спутников. В связи с этим, штатное ГНСС оборудование, установленное на составе, столкнулось с серьезными проблемами в работе. Одна из целей испытаний заключалась в оценке того, насколько противопомеховое оборудование улучшит навигационную составляющую в работе автономного поезда. 

При проведении испытаний использовался спутниковый приемник GNSSPLUS™ G77UGH, обладающий встроенным функционалом фильтрации помех (anti-jamming).

В состав комплекта также входила семиэлементная противопомеховая антенна с адаптивной антенной решеткой, включающая в себя шесть антенных элементов L1 (GPS/BDS/Galileo/QZSS) для фильтрации помех, расположенных по углам корпуса, и центральный элемент с многочастотным приемом всех  существующих систем ГНСС (Full GNSS).

Антенну можно предварительно настроить для работы: в высокоточном режиме с возможностью автоматического переключения на режим «в помехе» и, собственно, в режиме «в помехе». В высокоточном режиме антенна будет использовать центральный элемент Full GNSS и обеспечивать максимальную точность позиционирования.

Рис. 2. Противопомеховая ГНСС антенна. 

Испытания на Московском Центральном Кольце проводились несколько дней. 

Были выполнены 3 проезда в режиме «в помехе», а также 3 проезда при автоматическом переключении с высокоточного режима на режим «в помехе». Передача поправок осуществлялась от постоянно действующей базовой станции компании «ГНСС плюс», расположенной на западе Москвы с подключением к Интернет по мобильной сети встроенным в приемник G77 модемом 4G. Запись измерений производилась непрерывно в круглосуточном режиме.

Рис. 3. Противопомеховая ГНСС антенна, установленная на крыше головного вагона.

Нужно понимать, что у антенн с топологией «антенная решетка» нет фиксированного фазового центра, а также нет возможности получения решения по фазе сигнала. Поэтому результаты в помеховом режиме при работе с антенной решеткой всегда будут уступать результатам, которые мы получаем при использовании высокоточных антенн в беспомеховом режиме. 

Первые три проезда были сделаны в режиме «в помехе», антенна не переключалась в режим высокоточного позиционирования. Тем не менее, полученные результаты оказались весьма неплохи. Расхождения с координатами центральной модели пути в таком режиме, в целом, не превышали одного метра. 

Решение было получено, в среднем, в 97,5% эпох длительности проезда. Наиболее сложными перегонами оказались Гагаринский тоннель и р-н станции Кутузовская.

Рис. 4. Пример проезда. Режим «в помехе», полный круг МЦК. 

Для следующих трех проездов антенна была переведена в режим обнаружения помехи с возможностью автоматического переключения на режим «в помехе». 

Точности, которые удалось получить в этом режиме, оказались существенно выше. На 74% протяженности была получена точность первых сантиметров в режиме реального времени. В зонах наличия сильных помех, решение было получено в более низком уровне точности. Таким образом, позиционирование было выполнено почти по всей протяженности МЦК. 

Наиболее сложные участки: юг, юго-запад, запад. Кроме того, не очень благоприятные участки попадались на юго-востоке.

Стоит отметить, что в условиях присутствия помех на МЦК ранее тестировалось ГНСС оборудование с обычными антеннами. Их производительность оказалась значительно ниже.  

Противопомеховые антенны могут применяться с любыми ГНСС приемниками, однако в ходе многократных испытаний на различных объектах было выявлено, что эти антенны показывают максимальную производительность в комплексе с ГНСС приемниками GNSSPLUSТМ G77. Скорее всего, это объясняется функционалом противодействия помехам, реализованном в программном обеспечении приемников.

Выводы по результатам испытаний.

Противопомеховые (anti-jamming) комплекты во многих случаях помогают решить навигационную задачу с помощью ГНСС оборудования в условиях присутствия помех. 

Высокий уровень точности спутниковых измерений может быть достигнут за счет мультичастотного и мультисистемного центрального элемента антенны при условии отсутствия помех. 

В проектах, требующих самого высокого уровня точности и стабильности позиционирования, необходимо использовать комплексные решения из датчиков различной природы (ГНСС+ИНС, лазерные комплексы, машинное зрение и т.д.). 

Мы рекомендуем применять противопомеховые антенны в комплекте с ГНСС приемником GNSSPLUS G77 для навигационного обеспечения в составе комплексных систем.