我们如何确保GNSS接收器对真实的干扰威胁强大?

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GNSS技术在不断扩大的安全性,安全性,业务和政策关键型应用范围内发挥着重要作用。beplay平台是黑网

关键基础架构的许多部分依赖于对GNSS定位,导航和定时服务的不间断访问,但是,同时,拒绝GNSS服务的威胁正在增加。射频干扰可以通过商业大功率发射器,超宽带雷达,电视,VHF,移动卫星服务和个人电子设备无意中发射。此外,恶意故意干扰由干扰物产生,其快速扩散是对GNSS的严重威胁。

为确保受到保护的保护,现在需要在国际一级响应以确保有:一世)用于实际GNSS威胁监测和报告的通用标准II)评估GNSS接收者和威胁下的申请表现的全球标准。beplay平台是黑网GNSS威胁报告标准将允许将现实世界威胁汇编到数据库中,该数据库可以分析以开发GNSS接收器测试标准,以确保新应用程序验证以防止最新威胁。beplay平台是黑网所有公民申请领域都缺少两个标准,并且被认为是较高价值市场中GNSS的采用和成功的障碍。

本文讨论了专门制定的罢工3项目,以解决上述问题。

Strike3概述

STRIKE3(通过国际知识交流、实验和开发实现GNSS威胁报告和接收机测试的标准化)项目是欧洲的一个倡议,旨在监测、检测和描述GNSS威胁,以支持在安全、安全、政府和监管的应用。beplay平台是黑网STRIKE3已经部署了一个全球GNSS干扰监测站的国际网络,该网络监测全球范围内的干扰,并捕捉真实世界的威胁进行分析,并最终测试GNSS接收机的恢复能力。

在三年期间,利用数千次从其网络中收集的威胁,Strike3已经开发了一种基准的威胁,可用于评估不同GNSS接收器在一系列典型的真实干扰/干扰威胁中的性能。所得到的规格由五种不同的威胁组成:具有快速重复速率的宽扫描频率,L1载波频率的窄带信号,三角形和三角波扫描频率和蜱扫描频率。有关选择这五种威胁的详细信息,请参阅文章末尾的附加读数部分。

最后,STRIKE3项目已经开始使用其测试规范来测试接收机在各种威胁下的性能。下面是如何做到这一点的讨论,以及针对特定类型的干扰的一些结果。

统称,上述活动旨在改善未来GNSS接收者对抗干扰威胁的缓解和恢复性。

接收器测试

Strike3项目的测试组件的主要目标是:首先,验证拟议的测试标准,以证明它们明确定义,有用和实用;其次,评估各种接收者对罢工3监测网络检测到的真实威胁的性能。使用在监控网站上检测到的真实世界威胁使兴趣利益相关者(例如,认证机构,依附)

开发人员,接收器制造商等)以更好地评估运营期间GNSS性能的风险,并制定适当的对策。

本文的其余部分介绍了针对STRIKE3监测点经常检测到的单一干扰类型的多gnss大众市场和专业级接收机测试的一些示例,即如图所示的三角形啁叫扫频信号图1所示。

图1
图1

使用的测试平台显示在图2。清洁GNSS信号由多星座,多频谱GSG-6硬件模拟器产生,而通过RAW I / Q的重放(以相位为单位,使用Keysight Vector Sunden Matherator(VSG)N5172B产生威胁签名/四相)样本数据。真实世界事件的字段中捕获的原始I / Q数据用作VSG的输入,然后通过连续重播循环中的数据来重新创建检测到的威胁。

GNSS信号模拟器和VSG都是通过软件控制的,以便自动化测试过程。自动化脚本用于远程控制这些设备并限制人为干预。该脚本还提供两种仪器之间的同步,以确保测试的可重复性和结果的可靠性。

使用RF组合器组合干净的GNSS信号和干扰信号,并且干扰覆盖的GNSS信号被馈送到受测试(RUT)的接收器,这产生了自己的输出度量。为了验证

图2
图2

基线性能在标称信号条件下,VSG不会产生任何干扰信号。在这种情况下,对RUT的输入信号仅是由GNSS星座模拟器产生的清洁GNSS信号。

笔记本电脑用于记录和分析接收器对不同威胁信号的性能。使用基于MATLAB的脚本进行分析,该脚本处理来自RUT的NMEA输出消息。

对于每个接收者类别 - 即大众市场和专业级 - 三种不同的测试方法进行:

  • 基线 - 在没有干扰的情况下,在没有干扰的情况下,在车辙中送到RUT以在标称条件下验证其性能。该测试的总持续时间为60分钟。
  • 重新计算位置(TTRP)解决方案的时间 - 此测试用于测量RUT在强烈干扰事件后恢复所需的时间。在该测试中,在模拟场景开始后14分钟切换干扰,并且施加90秒。干扰功率固定到一个值,使得接收器立即失去其位置解决方案。在该测试案例中,场景,干扰功率对应于〜90dB的干扰 - 信号(J / S)比率。关闭干扰源和第一位置修复之间的时间被记录为TTRP。该测试的个人资料
    表1
    表1

    方法,其总持续时间为30分钟,如图所示图3。

  • 灵敏度-这种测试方案是通过改变干扰信号的功率来进行的。干扰在模拟开始10分钟后打开,它遵循一个双峰斜坡功率剖面。初始干扰功率为J/S ~5 dB,然后增加干扰功率
    每45秒5 dB,直到达到65 dB的J / s。在达到第一峰之后,干扰功率以相反的方式降低。然后第二次重复电力曲线。该测试方法的配置文件示出了图4。

为了评估RUT在存在干扰情况下的性能,选择了不同的指标。记录来自GNSS接收器的以下输出并分析所有测试方法:

  • 跟踪卫星数量
  • 位置修复指示器(一个布尔值,指示是否可用3D位置修复)
  • 固定使用的卫星数量
  • 载波噪声密度(C / N0)比率
  • 东北面位置错误

此外,根据测试方法,评估附加参数。例如,在TTRP测试方法的情况下,时间段

表2.
表2.

en为RUT重新获得一个位置固定后,一个强干扰事件被测量。对于灵敏度测试方法,计算位置解在干扰事件期间不再可用时的干扰信号比和位置解的可用性。此外,当接收机提供一个有效的位置定位时,计算干扰出现的间隔的位置精度统计。

目前,只有GPS L1和Galileo E1信号用于测试,而RUT被配置为静态独立模式。

表1提供模拟场景设置的概述,包括接收器位置,开始时间,持续时间,GNSS信号功率和干扰功率水平,用于不同的测试方法。

在执行测试时,施加5°的高度掩模,用于位置,速度和时间(PVT)计算。所有情况下都使用RUT的默认C / N0掩码。RUT设置总结在表2。

结果

本节介绍了大众市场标准化测试的结果,以及针对Strike3监测网站上最常见的干扰类型之一的专业级接收器的结果。这种干扰信号的频谱和谱图是SHO

图3
图3

wn在图1

在灵敏度测试中分析了在干扰间隔期间接收器位置解决方案的准确性和可用性。随着干扰功率的增加,接收器性能继续降低,并且在某个点处RUT失去位置修复。展示了大众市场(顶部)和专业级接收器(底部)的位置解决方案的东北北方(ENU)偏差图5.

两个接收器在开始时提供不准确的位置解决方案,尤其是在垂直组件中。这是由于冷启动和电离层参数的不可用,以及导航滤波器的收敛。

可以看出,大众市场车辙优先于其准确性的位置解决方案的可用性。特别地,在干扰间隔期间,接收器没有产生溶液的几个时期,但这种高产量具有降低的定位精度。

另一方面,专业级车辙优先考虑了可用性的准确性。它不在干扰间隔内经常提供位置解决方案,但是当位置错误时,误差是较小的。

为了更好地了解对车辙的干扰冲击,还进行了与基线测试案例的比较。图6显示在卫星的平均C / N0中用于相对于基线的卫星的平均C / N0,以便在测试的整个持续时间内。正如预期的那样,在存在干扰的情况下,随着干扰信号的功率增加而恶化信号质量。鉴于干扰信号,GPS和的宽带性质

图4.
图4

伽利略受此影响。

大众市场和专业级别的接收器的行为之间的差异也可见。虽然前者继续使用非常低质量的信号,以提供一个位置解决方案,即使不准确,尽可能长的时间,专业级别的RUT停止计算解决方案时,信号质量下降约20分贝。

文中给出了结果的摘要表3.当接收机提供一个有效的位置定位时,最大水平和垂直误差被计算为干扰出现的间隔。如前所述,在干扰间隔期间对大众市场接收机的定位可用性是以牺牲定位精度为代价的高。另一方面,专业级别的RUT以解决方案可用性为代价保持位置精度:测试用例中的最大水平和垂直误差只比基线用例中稍大一些。

也确定了位置解不再可用的J/S,即J/SPVT_lost。可以从表3与使用制造商使用制造商的默认接收器设置,大众市场RUT与专业级车辙相比具有更高的灵敏度。最后,可以观察到,对于专业级车辙的大规模车辙,TTRP值得更好。

图5.
图5.

结论

鉴于对GNSS技术的日益依赖及其对有意和无意干扰的脆弱性,了解GNSS威胁场景的规模和演变是很重要的。STRIKE3项目正通过制定监测和报告标准、部署全球监测网络测试报告标准并提供真实事件数据库、制定针对威胁的接收机测试标准、以及针对检测到的现实干扰的密集测试活动,以测试不同的多gnss接收机的弹性。

额外阅读

有关欧洲H2020项目的更多详细信息,请参阅:Strike3(2016)通过国际知识交流,实验和开发[Strike3],GNSS威胁报告和接收机测试的标准化。http://www.gnss-strike3.eu/。

图6
图6.

For more details on STRIKE3 proposed GNSS threat reporting standards, please refer to: Thombre, S., Bhuiyan, M. Z. H., Eliardsson, P., Gabrielsson, B., Pattinson, M., Dumville, M., Fryganiotis, D., Hill, S., Manikundalam, V., Pölöskey, M., Lee, S., Ruotsalainen, L., Söderholm, S., Kuusniemi, H. (2017) “GNSS Threat Monitoring and Reporting: Past, Present, and a Proposed Future”,期刊71(3):513-529。

For more details on draft standards for receiver testing against threats, please refer to: Pattinson, M., Sanguk, L., Bhuiyan, M. Z. H., Thombre, S., Manikundalam, V., Hill, S. (2017) “Draft Standards for Receiver Testing against Threats”, available online via: http://www.gnss-strike3.eu/.

作者

Nunzia Giorgia Ferrara,芬兰地理空间研究所导航与定位系研究科学家,坦佩雷科技大学博士研究生,2014年至2016年担任居里夫人研究员。主要研究方向为多gnss接收机设计、干扰检测与缓解。

M. Zahidul博士H. Bhuiyan正在芬兰地理空间研究所的导航和定位部担任研究经理。他还担任该研究所卫星和无线电导航研究小组的负责人。他的主要研究兴趣包括多GNSS接收器设计的各个方面,GNSS漏洞,SBAS,差分GNSS等。

Amin Hashemi是芬兰地理空间研究所导航和定位部的研究科学家。他目前的重点是

表3
表3

本地化GNSS干扰源。

Sarang Thombre博士是FGI导航和定位部的卫星和无线电导航研究组的研究经理和副领导。他赢得了他的博士学位。从芬兰坦佩雷理工大学的2014年4月的学位。他的研究兴趣包括GNSS接收器设计和实现,自主车辆PNT技术,以及对GNSS的RF干扰。

Michael Pattinson博士是NSL的主要导航工程师,并共同领导安全和完整性业务部门。他的主要活动包括先进的位置技术(高精度和高完整性),以及GNSS性能监测和异常调查,以提高GNSS鲁棒性和可靠性。