Защищённая навигация БПЛА: как снизить риски подавления и подмены GNSS

Спутниковая навигация обеспечивает БПЛА координатами, скоростью и точным временем, но остаётся одним из наиболее уязвимых элементов бортовой системы.

Помеха может затруднить приём сигнала, а поддельный сигнал — сформировать ложное навигационное решение. Официальные материалы EUSPA разделяют эти угрозы: jamming блокирует приём легитимных сигналов, а spoofing вводит приёмник в заблуждение и способен исказить траекторию воздушного, наземного или морского аппарата.

Для повышения устойчивости навигационного контура ООО «АУРИГА» интегрирует специализированные GNSS-модули с антенной решёткой, функциями подавления помех и обнаружения подмены сигнала.

Подавление и подмена — разные угрозы

Это две принципиально разные атаки на навигационный контур, и противодействуют им разными методами.

Как работает антипомеховая антенная решётка

Обычная GNSS-антенна принимает сигналы практически со всей верхней полусферы и не может пространственно отделить спутники от наземного источника помех.

Многоэлементная антенная решётка обрабатывает сигналы нескольких антенных каналов совместно. По разнице фаз и амплитуд система определяет пространственную структуру принимаемого поля и формирует минимумы диаграммы направленности в сторону источников помех.

В результате уровень помехи на входе навигационного приёмника уменьшается, при этом сохраняется возможность принимать полезные сигналы с других направлений. Подобные антенные и приёмные методы входят в число применяемых подходов к повышению устойчивости GNSS наряду с использованием дополнительных источников позиционирования и аутентификацией навигационных сообщений.

Рассматриваемый для интеграции модуль объединяет в одном корпусе антенную решётку, блок пространственного подавления помех, средства обнаружения и оценки воздействия, блок противодействия подмене, навигационный приёмник и интерфейсы подключения к полётному контроллеру.

Противодействие подмене координат

Spoofing опаснее обычного подавления тем, что навигация может внешне продолжать работать. Приёмник выдаёт координаты, скорость и время, но они уже не соответствуют реальному положению аппарата.

Антиспуфинговый блок анализирует принимаемые сигналы и выявляет признаки несогласованности. В спецификации оборудования заявлено противодействие нескольким вариантам подмены, включая синхронные, асинхронные и ретрансляционные сценарии. После обработки очищенный радиочастотный сигнал либо готовые навигационные данные передаются штатному оборудованию БПЛА.

Заявленные характеристики модуля

Ниже — параметры оборудования по технической документации изготовителя. Фактическая эффективность зависит от типа и мощности воздействия, количества и расположения источников, установки модуля на БПЛА и общей архитектуры навигационного контура.

Это характеристики оборудования, заявленные в технической документации изготовителя. Фактическая эффективность зависит от типа и мощности воздействия, количества источников, их расположения, установки модуля на БПЛА и общей архитектуры навигационного контура.

Интеграция в беспилотную платформу

Модуль может заменить штатную активную GNSS-антенну либо работать как самостоятельный навигационный терминал. Предусмотрены два варианта подключения:

• Передача готовых навигационных данных. Встроенный приёмник выдаёт информацию через последовательный интерфейс в форматах NMEA или UBX.
• Выдача обработанного радиочастотного сигнала. Модуль подключается к антенному входу штатного GNSS-приёмника БПЛА.

В составе устройства указан приёмник семейства u-blox M10. Платформа M10 поддерживает одновременный приём нескольких спутниковых систем и встроенные функции обнаружения jamming и spoofing, однако они не заменяют возможности внешней антенны с пространственной обработкой.

При интеграции «АУРИГА» учитывает

Что защищённая навигация даёт на практике

Правильно спроектированный контур позволяет не обещать «неуязвимость», а обеспечить контролируемое поведение БПЛА при ухудшении GNSS.

Контур позволяет:

• обнаружить признаки помехового воздействия;
• снизить влияние источников, расположенных в нескольких направлениях;
• выявить часть сценариев подмены;
• сохранить навигационное решение в пределах возможностей системы;
• передать автопилоту признак недостоверности данных;
• перейти на инерциальное или комбинированное позиционирование;
• продолжить миссию, зависнуть, изменить маршрут либо выполнить управляемый возврат.

Где защищённая GNSS-навигация особенно востребована

Комплексный подход «АУРИГИ»

Задача инженерной системы — своевременно обнаружить ухудшение данных, максимально сохранить работоспособность и не допустить неконтролируемого поведения аппарата. Работа ведётся полным циклом.

ООО «АУРИГА» не заявляет наличие у оборудования специальной сертификации или гарантированной устойчивости к любому радиоэлектронному воздействию. Использование радиочастот осуществляется с учётом требований законодательства. Конкретные характеристики устойчивости подтверждаются испытаниями в согласованных с заказчиком условиях.

Результат

Защищённая навигация «АУРИГИ» — это не «неуязвимый» приёмник, а инженерный контур: антенная решётка, контроль достоверности сигнала, объединение с инерциальными датчиками и заранее заданная логика реакции автопилота.