Оснащение производства
Промышленный контроль
Лаборатория и Тестирование
Связь и Телекоммуникации
Безопасность и Спецтехника
Энергетика и Электротехника
Почему сигнал ГНСС так легко потерять
Спутники GPS, ГЛОНАСС, BeiDou и Galileo находятся на высоте около 20 000 км, и у поверхности Земли их сигнал лежит ниже уровня теплового шума — приёмник выделяет его только за счёт корреляционной обработки. Поэтому даже маломощный передатчик в полосе L1, оказавшийся рядом, забивает приёмник: обычная активная антенна ГНСС усиливает помеху вместе со спутниками, и навигация пропадает. Для беспилотника, автопилота спецтехники, системы синхронизации времени это означает остановку работы.
Помехи бывают непреднамеренными — гармоники передатчиков, излучение неисправной аппаратуры, бытовые «глушилки» трекеров в соседних автомобилях — и преднамеренными. Отдельный вид угрозы — спуфинг: подмена навигационного сигнала ложным, после которой приёмник выдаёт неверные координаты. Помехозащищённая антенна — первый рубеж защиты навигационной аппаратуры от этих воздействий.
Что такое CRPA-антенна
CRPA (controlled reception pattern antenna) — антенна с управляемой диаграммой направленности. Это решётка из нескольких приёмных элементов в одном корпусе и блок обработки. Каждый элемент принимает и спутники, и помеху, но с разной фазой — она зависит от направления прихода волны. Блок обработки подбирает веса элементов так, чтобы сигналы с направления помехи взаимно гасились, а со спутников — складывались.
Получается диаграмма с провалами («нулями»), направленными на источники помех. Спутники остаются в открытой части диаграммы, и приёмник продолжает их видеть. В этом главное отличие CRPA от фильтра: фильтр вырезает частоты, а помеха в полосе L1 совпадает по частоте со спутниками — частотой её не отделить, только направлением.
Принцип работы: сколько помех подавляет решётка
Число направлений, на которые решётка может поставить провал, на одно меньше числа элементов. Решётка из четырёх элементов подавляет до трёх источников одновременно, из семи — до шести. Запрос «8-канальная CRPA-антенна» — про решётки для обстановки с большим числом источников; такие исполнения уточняйте у менеджера. Шестнадцатиэлементная решётка — KADAMM GNSS-AJ-16: до 15 источников помех с разных направлений и встроенный приёмник ГНСС; у исполнений GNSS-AJ-L1B1-16 и GNSS-AJ-L1B1G1-16 подавление не менее 110 дБ при одной помехе, 95 дБ при семи и 90 дБ при пятнадцати, а также защита от ложных сигналов (спуфинга).
| Параметр | Значение у KADAMM GNSS-AJ | Что означает |
|---|---|---|
| Полосы ГНСС | L1 / B1 / G1 / E1 | GPS L1, BeiDou B1, ГЛОНАСС G1, Galileo E1 — приём и подавление |
| Элементов решётки | 4 | Определяет число подавляемых направлений |
| Источников помех | до 3 | Одновременно, с разных направлений |
| Подавление (1 помеха) | ≥ 105 дБ | Насколько ослабляется помеха относительно спутников |
| Подавление (3 помехи) | ≥ 90 дБ | При трёх источниках одновременно |
| Габариты, масса | 130 × 130 × 17 мм, не более 400 г | Для борта и автомобиля |
| Питание | 9–32 В постоянного тока, до 12,5 Вт при 28 В | По таблице контактов разъёма J30J |
| Интерфейсы | ВЧ-выход SMA (розетка), RS-422 | Сигнал на приёмник и данные о состоянии |
| Рабочая температура | −40…+60 °C | Бортовая и наземная подвижная аппаратура |
Ограничение у метода одно, и о нём стоит помнить при размещении: если помеха приходит с того же направления, что и спутник, провал закроет и спутник. При трёх-четырёх помехах и полностью открытом небе приёмнику обычно остаётся достаточно спутников для решения, но при закрытом небе запас меньше.
Почему CRPA крупнее обычной антенны ГНСС
Чтобы решётка различала направления, её элементы должны отстоять друг от друга на расстояние порядка половины длины волны. На частоте L1 1575,42 МГц длина волны — около 19 см, половина — около 9,5 см. Поэтому четырёхэлементная решётка занимает квадрат больше 10 см, а с блоком обработки и теплоотводом — корпус 130 × 130 × 17 мм у KADAMM GNSS-AJ. Решётки на большее число элементов, а также решётки для L2 и L5, где длина волны больше, получаются ещё крупнее. Для малого беспилотника это главный компромисс: масса и площадь верхней поверхности против числа подавляемых направлений.
Уровни защиты навигации
CRPA — не единственный способ сохранить навигацию, но единственный, который работает против помехи в той же полосе. Уровни защиты дополняют друг друга:
| Уровень | Что делает | Против чего помогает |
|---|---|---|
| Фильтр в антенне | Ослабляет сигналы вне полосы ГНСС | Мощные передатчики соседних полос, гармоники |
| Многосистемный приёмник | Принимает GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo | Помеха в одной системе, нехватка спутников |
| CRPA-антенна | Ставит провалы диаграммы на направления помех | Помехи в полосе L1 с нескольких направлений |
| ИНС (инерциальная система) | Ведёт счисление при пропадании сигнала | Кратковременная потеря решения |
На практике их сочетают: помехозащищённая антенна подаёт очищенный сигнал на многосистемный приёмник, а приёмник с ИНС держит решение, если помехи всё-таки прорвались на короткое время. Приёмники и модули с ИНС — в статье о ГНСС-приёмниках и RTK-модулях.
Помехозащищённая антенна и спуфинг
Спуфинг — подмена сигнала ГНСС ложным. Ложный сигнал обычно излучается одним передатчиком с одного направления, тогда как настоящие спутники приходят с разных. Решётка, которая различает направления прихода, даёт аппаратуре основу для защиты от такой подмены. Насколько полно её использует конкретная связка «антенна — приёмник», зависит от приёмника и режима работы, — это уточняйте у менеджера под свою аппаратуру. Многосистемный приём (GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo) сам по себе повышает устойчивость: подменить одновременно все системы сложнее.
Подключение и установка
CRPA-антенна ставится вместо обычной активной антенны ГНСС. Приёмник получает уже очищенный сигнал по коаксиальному кабелю, а питание и данные идут по отдельному разъёму.
Размещение на носителе
Антенну ставят на верх носителя так, чтобы над ней не было металлических и углепластиковых деталей, закрывающих небо. Дно корпуса — теплоотвод: его прижимают к металлической конструкции с хорошей теплопроводностью. Вокруг разъёма J30J прокладывают токопроводящую ленту.
Кабель и приёмник
ВЧ-кабель от антенны к приёмнику — по наименьшему затуханию на 1,6 ГГц; разъём SMA (розетка) на антенне требует ответной вилки. Совместимость с конкретной моделью приёмника и его режимы уточняйте у менеджера. Приёмники и RTK-модули KADAMM — в статье «ГНСС-приёмник и RTK-модуль: как выбрать».
Где применяют помехозащищённые антенны ГНСС
| Носитель | Зачем CRPA | На что смотреть |
|---|---|---|
| Беспилотные авиационные системы | Навигация борта при помехах в полосах L1 / B1 / G1 / E1 | Масса до 400 г, питание от бортовой сети |
| Пилотируемые летательные аппараты | Устойчивая работа бортовой навигационной аппаратуры | Интерфейс RS-422, температура |
| Автомобили и спецтехника | Навигация и автопилот рядом с источниками помех | Крепление на крышу, теплоотвод |
| Объекты связи и энергетики | Синхронизация времени от ГНСС | Помехи от соседнего оборудования площадки |
Как выбрать помехозащищённую антенну ГНСС
- Полосы. Антенна должна принимать и защищать те сигналы, которые использует приёмник: у KADAMM GNSS-AJ это L1 / B1 / G1 / E1. Для RTK по L2/L5 нужна решётка на эти полосы — уточняйте у менеджера.
- Число элементов. До трёх источников — 4 элемента; больше источников — решётка с большим числом элементов.
- Глубина подавления. Не менее 105 дБ для одного источника, не менее 90 дБ для трёх.
- Питание и интерфейс. 9–32 В, до 12,5 Вт, данные RS-422 — проверьте, что борт это обеспечивает.
- Масса и тепло. До 400 г, дно-теплоотвод на металл.
Обычная антенна или CRPA? Если аппаратура работает вдали от источников помех, достаточно активной антенны ГНСС с хорошей фильтрацией — см. статью «Антенна GPS и ГЛОНАСС: как выбрать». CRPA нужна там, где помеха в полосе L1 реальна: рядом с мощными передатчиками, на подвижных объектах в сложной обстановке.
Модели
