Безопасность спутниковых систем

Безопасность спутниковых систем связи навигации
Пащенко Иван Владимирович
Литература:
"Современные сетевые технологии в телекоммуникационных системах" Сикарев А. А. 2008 г.
"Морская радиосвязь и телекоммуникации Вишневский" Ю. Г. Сикарев А. А. 

Рассматривать будем на примере ИНМАРСАТ

1 Блок ГМССБ - основное применение на море, АСУДС - автоматическая система управления движением судов

Основные принципы организации ГМССБ
ГМССБ - глобальная морская система связи при бедствии.
Элементы:
1) Система спутниковой связи Inmarsat и COSPAS-SARSAT
2) Системы наземной радиосвязи морской подвижной службы в диапазонах УКВ, ПВ-КВ

Система Inmarsat состоит из: 
1) береговых станций спутниковой связи (coast earth station - CES), расположенных в разных странах и обеспечивающих выход в различные международные сети связи
2) Судовых станций (SES ship earth stations)
3) 4-х спутников (четырёх для Inmarsat-3 и трёх для Inmarsat-4), расположенных в плоскости экватора, на высоте 36к километров. Спутники геостационарные, видны с большей части земного шара, за исключением полярных районов.

Спутники выполняют функции ретранслятора и обеспечивают:
1) Двухстороннюю связь между судном и берегом
2) Передачу на суда циркулярных сообщений и общего назначения

Связь между судном и спутником осуществляется в диапазоне 1.6 и 1,5 ГГц. А между спутником и берегом в диапазонах 4 и 6 ГГц. Радиоволны этих диапазонов беспрепятственно проходят ионосферу и спутниковая связь, практически, не зависит от атмосферы и времени суток.

Связь делится на служебную и аварийную. Последняя беспрепятственно проходит в службу СКЦ (спасательно-координационный центр).

Различают системы Inmarsat B, Inmarsat C и Inmarsat F. B,F - поддерживают передачу данных, а также спутниковую телефонию. Система Inmarsat C поддерживает передачу данных, а также телексные сообщения в формате Store and forward messaging.

Система COSPAS-SARSAT
Международная космическая система поиска аварийных судов. Состоит из береговой стацнии (CES), спутников, запущенных на околополярную орбиту на высоте 800-1000 Км и аварийных радиобуёв (АРБ), работающих в диапазоне 406 МГц. Информация, принятая с данного буя ретранслируется в реальном масштабе времени на береговые станции, находящиеся в зоне видимости спутника, а так же поступает в ЗУ спутника для последующей передачи. Координаты буя определяются по Допплеровскому сдвигу частоты, однако время доставки сообщения в системе COSPAS-SARSAT, ко времени доставки на СКЦ зависит от взаимного расположения спутников и АРБ. С учётом времени ожидания подлёта спутников к бую, интервал может достигать порядка 2-х часов. В зоне действия геостационарных спутников - почти мгновенно.

Судовое оборудование спутниковой связи

Судовая морская станция Inmarsat C состоит из приёмопередатчика, управляемого с помощью компьютера и всенаправленной малогабаритной антенны. С её помощью обеспечивается выход в международную телексную сеть, службу электронной почты, а также в радиотелефонную сеть общего пользования для передачи факсов. Возможна также передача данных на компьютер, подключённый через модем к телефонной сети. Телефонную связь Inmarsat C не обеспечивает. Сообщение судна передаётся через спутник на береговую станцию CES, где оно хранится в течение нескольких минут, пока не будет автоматически передано получателю через береговые телекоммуникационные сети. Такой способ называется предачей с промежуточным накоплением или store and forward messaging. Диапазон частот приёма 1530-1535 МГц. Передача - 1626,5 - 1646,5 МГц. Скорость передачи в канале 600 бит/с. 
Inmarsat B обеспечивает двухстороннюю связь в режиме телефонии, буквопечатанья, передачу данных и факсов. Управление станциями осуществляется также через компьютер. Используется антенна направленного действия, которая должна ориентироваться на спутник. Станция работает в том же диапазоне частот, что и Inmarsat C, но обеспечивает прямую связь с корреспондентом.


Морская подвижная служба

Digital Selective Calling (DSC) - цифровой изберательный вызов. Система DSC внедряется в замену слуховой вахты на частотах 156,8 МГц (16-й канал УКВ), а так же в диапазоне КВ. Для DSC выделены собственные частоты для аварийной общественной радиосвязи. Служит для сообщения одной или нескольким радиостанциям о желании станции, пославшей вызов связаться с ним. Последующая связь возможна по радиотелефону или УБПЧ (узкополосное буквопечатание) для отведённых для них радиочастотах. В аварийных сообщениях DSC передаётся идентификатор судна, сведения о месте, времени, характере бедствия и виде последующей связи. Используется в системах морской подвижной службы в полосе частот следующих диапазонов: УКВ 156-174 МГц, на частоте ..., ПВ 1605 - 4000 КГц. На частотах 2177-2187,5-2189,5 КГц. КВ диапазон от 4000 КГц, до 27,5 МГц. 5 частот для аварийной связи в полосах 4-16 МГц и частоты для коммерческого DSC.
Система NAVTEX - международная автоматизированная система передачи навигационных и метеорологических извещений, предупреждений и другой срочной информации в режиме УБПЧ. Включает в себя береговые станции, работающие на частоте 518 КГц по определённому расписанию на английском языке. Дальность действия данной системы зависит от чувствительности приёмника, мощности берегового передатчика и т.д. не превышая 400 миль.


Спутниковые системы навигации
ГЛОНАСС и GPS
Глобальная Навигационная Спутниковая Система
Global Positioning System

ГЛОНАСС
Разворачиваться начала в 80-90-х годах. Орбитальная группировка в ГЛОНАСС содержит 24 штатных спутника на круговых орбитах с наклонением порядка 65 градусов в 3 орбитальных плоскостях по 8 НС (навигационный спутник) в каждой. Номинальный период вращения (T) 11 часов 15 минут 44 секунды. Высота орбиты 19 100 км, то есть среднеорбитальная. Состоит из 3-х сегментов спутниковый, наземный и сегмент потребителей. Система глобальная, всепогодная.

Спутниковый сегмент.
Состоит из 24 НС, представляющих из себя циллиндрические контейнеры диаметром 1,35 м, на котором располагаются служебные системы и специальная аппаратура, предназначенная для выполнения следующих задач:
1) Излучение высокостабильных навигационных сигналов стандартной и высокой точности, соответственно.
2) Приём, хранение, формирование передач навигационной информации.
3) Анализ и контроль состояния бортовой аппаратуры, а так же сигналов исправности (целостности).

Структура навигационного сигнала.
В системе ГЛОНАСС каждый штатный НС постоянно излучает шумоподобные непрерывные навигационные радиосигналы в двух диапазонах частот:
L1 - 1600 МГц
L2 - 1250 МГц
Каждый навигационный спутник имеет цезиевый счётчик времени (атомные часы). Шумоподобные навигационные сигналы различаются несущими частотами, поскольку для взаимно антиподных НС для 24 штатных спутников минимально необходимое число частот равно 12-ти. Навигационный L1 радиосигнал двухкомпанентный. На заданной несущей частоте в радиопередатчике формируется 2 одинаковых по мощности шумоподобных фазоманипулированных навигационных радиосигнала со взаимным сдвигом по фазе 90 градусов.
При проектировании ГЛОНАСС была выработана следующая сетка номинальных значений несущих частот:
В верхнем L1 - 1600 МГц и нижнем L2 1250 МГц
f1,k=f1,0+Kdeltaf1;
f1,0=1602,00 МГц; deltaf1=0,05625МГц
f2,k=f2,0+Kdeltaf2;
f2,0=1246,00 МГц; deltaf2=0,04375МГц
,где k - порядковый номер пары несущих частот f1,k и f2,k
Рабочие спектры навигационных радиосигналов для диапазонов с k= от 1 до 24, занимают полосы частот:
1) Узкополосные навигационные радиосигналы (1602-1616 МГц)
2) Широкополосные навигационные радиосигналы (1597,4 - 1620,6 МГц; 1241,3 - 1261,6 МГц)
Широкополосные навигационные радиосигналы в системе ГЛОНАСС предназначены для использования санкционированными потребителями (имеют защиту от свободного доступа). Узкополосный навигационный радиосигнал является открытым и предназначен для гражданских потребителей.
Навигационные сообщения. Для навигационных радиосигналов цифровая информация навигационного сообщения формируется на борту навигационного спутника. Передаваемая в навигационных радиосигналах навигационная информация структурирована в виде строк, кадров и суперкадров. В узкополосном (L1) радиосигнале, строка навигационной информации имеет длительность 2 секунды и содержит 8 двоичных символов длительностью по 20 микросекунд, передаваемых в относительном коде. Первый символ каждой строки является начальным для относительного кода. Последние 8 символов в каждой строке являются проверочными символами кода Хэмминга, позволяющими исправить ошибочный одиночный символ и обнаружить 2 ошибочных символа в строке. Кадр содержит 15 строк (30 секунд), а суперкадр 5 Кадров (2,5 минуты). В данных кадрах содержится оперативно-навигационная информация, признаки достоверности навигационного сообщения в кадре. Время начала кадра, эфемеридную информацию (координаты, элементы движения спутника по орбите, а так же поправки по времени). Альманах системы содержит время, к которому относится альманах, параметры орбиты, номер пары несущих частот, поправку времени (не более одной микросекунды). Альманах системы необходим для планирования сеанса навигации, в том числе выбор оптимального созвездия (взаимное расположение спутников) и для приёма радионавигационных сигналов в системе. 
Узкополосные навигационные радиосигналы в системе ГЛОНАСС обеспечивают более оперативный приём (обновление альманахов) за счёт более короткой длительности суперкадра (2,5 минуты) по сравннению с системой GPS (12,5 минут). 

Наземный комплекс управления
Выполняет 4 задачи:
1) Эфемеридное частотно-временное обозначение НС
2) Мониторинг радионавигационного поля
3) Радиотелеметрический мониторинг навигационных спутников
4) Командное радиоуправление НС
На земле создаются наземные станции, располагающиеся по всей поверхности суши для более тщательного мониторинга состояния спутниковой системы.

GPS
Состоит из 24 спутников, находящихся на 12-часовых орбитах. Высота спутника 26 600 км. Наклон орбиты к экватору земли 55 градусов. Орбитальная скорость 3,9 км/с. Период вращения 11 часов 58 минут. Спутники циллиндрической формы, атомные часы. Передающая аппаратура спутника излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: L1=1575,42 МГц, L2=1227,6 МГц. Сигналы модулируются псевдослучайными цифровыми последовательностями (фазовая манипуляция). L1 - синусоидальный сигнал, C/A код - псевдослучайная последовательность, 1,023 МГц, Навигационное сообщение (50 Гц). Данные сигналы складываются и получается фазово манипулированный сигнал. Частота L1 модулируется с двумя видами кодов: С/А код - код свободного доступа, и PI кодом - код санкционированного доступа. Кроме того, частота L1 кодируется навигационным сообщением, в котором содержатся данные об эфемеридах навигационного спутника (НС), проверочные коды, поправки системного времени.
Наземный сегмент
Состоит из наземных станций, расположенных на земной поверхности насколько это возможно (для повышения точности позиционирования), которые выполняют наблюдения для уточнения параметров атмосферы и траекториях движения спутников (эфемериды). Собираемая информация обрабатывается на компьютерах и периодически передаётся на спутники для корректировки орбит и обновления навигационного сообщения.

Принципы местоопределения ГЛОНАСС и GPS
Точные координаты могут быть вычислены для места на поверхности земли по измерениям расстояний от группы спутников, если известно их точное местоположение в космосе. В этом случае спутники являются ориентирами с известными координатами. Соответственно, зная расстояние от одного спутника, мы можем описать сферу заданного радиуса вокруг него. Зная расстояние до второго спутника, местоположение будет примерно в месте пересечения сфер на земной поверхности. Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приёмника (антенны приёмника), умноженным на скорость света. Для того, чтобы определить время распространения сигнала, нам необходимо знать, когда он покинул спутник.
Приёмник и спутник синхронизируют так, чтобы они генерировали одновременно одинаковый код, затем принимается входящий код со спутника и определяется, насколько давно приёмник сгенерировал такой же код. Соответственно измеряется временная задержка между одинаковыми участками кода. Приёмник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет, когда он генерировал такой же код. Использование кода позволяет приёмнику определить временную задержку в любое время, т.к. спутник излучает сигнал на одной и той же частоте (GPS-спутники) спутники идентифицируются по своему псевдослучайному коду PRN (Pseudo Random Number code).

Временная привязка
Вычисление расстояния или дистанции зависит от точности хода часов. Код должен генерироваться в одно и то же время. На спутниках устанавливаются атомные часы с точностью около 1 наносекунды. На приёмнике установка таких часов экономически не целесообразна, поэтому для устранения ошибок хода часов приёмника используются дополнительные спутники. Чем больше спутников в зоне видимости - тем выше точность коррекции и точек пересечения сфер. Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, которые возникают при десинхронизации часов приёмника и НС соответственно. Если часы на спутнике и в приёмнике имеют одинаковую точность хода, то точное местоположение может быть найдено по измерениям расстояния от двух спутников. Когда часы в приёмнике спешат на 1 секунду при замерах до 3-го спутника, полученный радиус-вектор не пересечётся с двумя другими, как показано на рисунке (которого у меня, разумеется, нет). Когда приёмник получает серию измерений, которые не пересекаются в одной точке, в таком случае он начнёт высчитывать измерения до тех пор, пока не сведёт все измерения к одной точке.
Таким образом, для определения местоположения на плоскости достаточно трёх видимых спутников (2 для координат, один для поправки по времени), при определении местоположения в трёхмерном пространстве - необходимы 4 видимых спутника, 3 для местоположения, 4-й для синхронизации по времени.

Источники ошибок:
1) Неточное определение времени - не смотря на точность временных эталонов, установленных на навигационных спутниках, существует погрешность шкалы времени, приводящая к возникновению систематической ошибки определения координат. Типичное значение 0,6 метров (спорный момент).
2) Ошибки вычисления орбит - появляется в следствие неточности прогноза и расчёта орбит спутников (эфемерид), данная ошибка так же носит систематический характер.
3) Инструментальная ошибка приёмника. Обусловлена наличием шумов в электронном тракте приёмника, чувствительностью приёмника. Отношение сигна-шум приёмника определяет точность процедуры сравнения принятого со спутника и опорного сигнала, что приводит к погрешности в вычислении расстояний.
4) Отражение сигнала - появляется в результате вторичных отражений сигнала спутника от крупных препятствий (в некоторых случаях решается сменой расположения антенны, когда работа ведётся на одной частоте, иначе погрешность можно ликвидировать используя особенности отражений сигналов разных частот). Данный эффект может присутствовать в случаях нахождения больших объектов рядом с антенной приёмника (характерно для горной местности).
5) Ионосферная погрешность - слой высотой в 50-500км, который содержит свободные электроны, наличие которых вызывает задержку в распространении сигнала спутника прямо пропорциональную концентрации электронов. Частично компенсировать эту погрешность можно использованием аналитических моделей. 
6) Тропосферная задержка сигнала - самый низкий от земной поверхности слой атмосферы, высота 8-13 км. Обуславливает задержку распространения сигнала от спутника в зависимости от давления, температуры, влажности, а так же высоты спутника над горизонтом. Компенсация данных погрешностей производится путём рассчёта математической модели состояния атмосферы, которая учитывается в навигационном сообщении.
7) Геометрическое расположение спутников. PDOP (Position Dilution of Precession). Необходимо учитывать взаимное положение приёмника и спутников рабочего созвездия. Для этого вводится специальный коэффициент геометрического ухудшения точности. Самым неблагоприятным будет считаться такое расположение, когда спутники выстраиваются в одну линию или расположены очень близко друг к другу. Наилучшим считается расположение, когда спутники расположены равномерно по всей видимой небесной сфере.
Определение скорости для движущихся объектов происходит по допплеровскому сдвигу частот.
Так же следует учитывать то, что форма земли как геоида не идеальна и её форма учитывается с использованием картографических систем (ГЛОНАСС - ПЗ-90, GPS - W65-84).
Кроме того дополнительную погрешность может вносить селективный доступ, позволяющий владельцу спутниковых систем самостоятельно вводить погрешность в показания спутников.
Для увеличения точности местоопределения запускаются спутники, в частности GPS, которые будут генерировать несколько частот, тем самым повышая точность местоопределения, уменьшая такие ошибки как неточное определение времени, отражающую погрешность и ионосферные задержки. Разумеется для использования подобных нововведений понадобится дополнительная аппаратура.



Дифференциальный режим
В основе метода дифференциальной навигации лежит относительное постоянство относительной части погрешности СРНС во времени и пространстве, использование дифференциального режима удовлетворяет наиболее жестким требованиям навигационного обеспечения. Диф. режим СРНС предполагает наличие как минимум 2х спутниковых приёмников, из них один контрольно-корректирующая станция (ККС), второй - приёмный индикатор (ПИ). ПИ геодезически точно привязан к принятой системе координат.
Диф поправка - разница поправок
Разности между ПИ1 и рассчитанными в нём значениями дальности видимых спутников, а так же разности измеренных ПИ2. Данные поправки ККС передаются в формате RTCM SC-104. Такой формат передаёт как на СВ диапазоне для морских районов, так же в УКВ диапазоне, для речных. В СВ диапазоне дальность действия диф. поправки около 500км. ККС передаётт поправки для каждого видимого спутника. Поправки будут точнее, чем ближе вы находитесь к ККС.
Различают следующие диф. системы:
1. Широкополосные
2. Региональные
3. Локальные

Широкозонные
WAAS (Wide Area ??? System)
Система WAAS служит для повышения точности позиционирования навигационных GPS-систем. Отличается от обычного DGPS/DГЛОНАСС режима, в котором используются корректирующие поправки с наземных базовых станций, передаваемых в СВ и УКВ диапазоне. В случае с WAAS сигнал с поправками ретранслируется с геостационарных спутников и обрабатываются ПИ (приёмным индикатором) с помощью одного из GPS-каналов. Это возможно благодаря тому, что сигнал WAAS передаётся на той же частоте, что и сигнал SA(selective access) L1 системы GPS и имеет схожую структуру кодирования. Система WAAS содержит более 20 наземных базовых станций, расположенных по всей территории США, покрывая территорию США и прибрежный район. Каждая станция оборудована GPS-аппаратурой, специальным ПО, предназначенным для анализа полученных измерений, вычислений ошибок ионосферы, отклонение траекторий и часов спутников. Эти данные передаются на центральную станцию, где повторно обрабатываются и анализируются с учётом измерений всех наземных станций. Затем, корректирующая информация передаётся на геостационарные спутники и оттуда ретранслируется пользователям. 
С учётом модернизации космических аппаратов и наземных сегментов GPS, так называемая "системная ошибка" сильно снизилась, поэтому основная доля ошибки позиционирования вносится атмосферой, а именно ошибки связанные с задержкой сигнала при прохождении тропосферных и ионосферных слоёв. Береговые станции расположены таким образом, при котором максимально точно моделируются модели ионосферных задержек. Поверхность земли поделена на 9 зон, для которых моделируются и вычисляются ионосферные задержки.
Геостационарный спутник покрывает ограниченную территорию, соответственно, он может передавать информацию только для 3-4 зон. Считается, что каждая станция эффективно покрывает окружающую территорию радиусом в 400-500 км. Время передачи данных c базовых станций на геостационарные спутники составляет несколько секунд. В рабочем режиме обновление данных, связанных с ошибками часов и эфемерид осуществляется с периодом 2 минуты. Для вычисления значений ионосферной ошибки используют данные 4-х соседних станций (зон).
Для целостности и работоспособности GPS, WAAS выявляет спутник, который стал передавать неверную информацию. Такому спутнику присваивается статус "больной" и его данные исключаются из алгоритмов вычисления позиции. Все GPS-приёмники используют информацию о "здоровых" спутниках из специальных полей альманаха и эфемерид, данные которых корректируются с управляющих наземных GPS станций раз в несколько часов, поэтому наземный сегмент системы GPS не может оперативно отреагировать на проблему в работе спутника и донести эту информацию до пользователей. Соответственно вспомогательная система WAAS передаёт эту информацию в течение нескольких минут. ПИ идентифицируют геостационарные спутники WAAS по номерам, значения которых больше 32. Номера с 1 по 32 строго закреплены за спутниками GPS. В ближайших планах увеличение геостационарных спутников с 9 до 19.

EGNOS
Европейская широкозонная система, аналог WAAS. Включает в себя 3 геостационарных спутника, каждый из которых имеет свою независимую сеть наземных станций. Все спутники EGNOS видны в западной части РФ. Т.к. высота их небольшая, применение их в РФ сильно ограничено. Для РФ в данный момент развёртывается широкозонная спутниковая система ЛУЧ. На первом этапе будет состоять из 3-х геостационарных спутников, позволяющих работать в режиме DГЛОНАСС.

ЛР Исследование приёмо-передающей аппаратуры спутниковой системы связи INMARSAT.
Состав телексного терминала INMARSAT-C:
1) Блок питания
2) Приёмо-передатчик
3) Монитор
4) Приёмо-передающая антенна

2 режима кодировки:
1) Телекс
2) New American Code

В телексной кодировке сообщения более лёгкие, простые (около 5 бит на символ)
В New American Code большее количество допустимых исользуемых символов (около 8 бит на символ)

00 - код авторизации 871 - телефония 581 - телекс
В качестве отчёта - зарисовать дерево меню.

ЛУЧ
Запускается отечественная спутниковая широкозонная система для передачи дифференциальных поправокж на территории РФ (геостационарные). Специальные ретрансляторы, системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ). Через эти ретрансляторы с комплексов закладки и контроля СДКМ передаётся корректирующая информация и данные о целостности радионавигационных полей ГЛОНАСС и GPS. Это позволяет увеличить точность навигационных определений с погрешностью не более 5-10 метров на территории РФ. Кроме функции местоопределения, так же подразумевается функция мониторинга, производя автоматическую ретрансляцию сигналов автоматических радиобуёв (АРБ) международной спутниковой системы спасания КАСПАССАРСАТ и корректирующих сигналов СДКМ для ГЛОНАСС. Трансляция сигналов, в частности для GPS проходит на частоте L1. Данная система сейчас находится в режиме тестирования, летом был запущен последний (3-й) спутник. Рассчётный срок службы на орбите 10 лет (стандартные немодифицированные спутники ГЛОНАСС 3-5 лет).


Помехозащищённость и ЭМ-совместимость спутниковых РНС

Источники помех
Канал GPS
Частота L1 1575,42 +-12 МГц, L2 1215-1240 МГц. На приёмник GPS может воздействовать и нарушать его работоспособность несколько видов помех. Прежде всего это помехи, лежащие в диапазоне частот сигналов GPS. Ширина полосы сигнала (в общем доступе, гражданская) составляет +- 1 МГц, относительно центральной частоты, однако мощность распределяется в более широкой полосе. Посторонний сигнал достаточной мощности внутри этих полос уменьшает соотношение сигнал/шум, снижая тем самым точность измерений, что может привести к срыву слежения за кодом и несущей частотой сигнала GPS. Помехи по основному каналу  возникают когда какое-либо стороннее средство излучает по разрешению сигналы на частоте GPS. Наибольшее влияние оказывают системы аэронавигационной службы. Многие мешающие сигналы образуются как гармоники основной частоты. Они могут быть достаточно сильными, чтобы мешать приёму, особенно если передатчик находится в непосредственной близости от приёмника, например, приёмник сигнала GPS на частоте L1 восприимчив к гармоникам передатчиков, работающих в диапазоне 500 МГц, а так же к каналам УКВ-связи в диапазоне 156,3 до 157,9 МГц. Так же источниками помех могут быть гармоники сигналов от систем запроса дальности и обнаружения, работающие на частотах 525 МГц. Соответственно, для улучшения точности местоопределений в районах действия данных средств, предлагается использовать дифференциальные подсистемы, однако, при этом помехи могут быть поставлены как бортовой аппаратуре GPS, так и аппаратуре GPS ККС (контрольно корректирующей станции).
Поскольку все НС GPS работают на одной частоте, то воздействие немодулированных несущих (НН) в диапазоне частот СРНС (системы радионавигационных спутников) GPS будут вызывать срыв слежения за сигналами НС.

Канал ГЛОНАСС
Сигналы ГЛОНАСС L1-диапазона с полосой +-0,51 МГц имеют центральные частоты в полосе частот 1598-1604,25 МГц соответственно с номинальным уровнем сигнала для L1 161 Дб. В качестве основного возможного источника неорганизованных помех ГЛОНАСС являетются средства низкоорбитальных систем подвижной спутниковой службы связи (ПССС), занимающих полосу выше 1610 МГц, такие системы как Iridium, Global Star. Iridium - система обеспечения спутниковой связи, но не входит в ГМССБ, чисто коммерческая система. Другие источники помех будут в основном аналогичны тем, которые рассмотрены для GPS. Т.к. ГЛОНАСС работает на различных частотах, система будет более устойчива к воздействию НН, а так же узкополосного сигнала. С другой стороны, помеха со случайно и медленно меняющейся НН, больше будет влиять на приём сигнала в ГЛОНАСС, чем в GPS.

Защита от помех
Существует ряд направлений для борьбы с помехами:
1) Защита диапазона сигнала СРНС от вторжения в него других систем. Регулирование всего спектра частот, ликвидация противоречий и достижение определённых компромиссов на основе МСЭ (Международная Служба Электросвязи). МСЭ рассматривает системы GPS и ГЛОНАСС как сигналы РНСС, использующих радиоизлучение передатчиков НС для целеопределения положения, скорости и других параметров в интересах навигации. РСС занимает все эти диапазоны на первичной основе(?). Этот статус обеспечивает защиту диапазона от посягательств других служб. Однако, уже существует ряд конфликтов, требующих более тщательно учитывать интересы как существующих, так и создаваемых радиосредств для избежания помех друг другу.
2) Распознавание помех. Имеются различные рекомендации по распознаванию помех. При этом учитывается, что различные приёмники на помехи реагируют по-разному (перестают выдавать информацию, "виснут"). Вопрос распознавания помех требует определённый уровень возможностей приёмных устройств. Ведётся разработка алгоритмов, позволяющих распознать и отфильтровать помехи. Возможна индикация отношения сигнал/шум, показывающая ухудшение надёжности при увеличении интенсивности помехи. Так же информирование о числе НС, за сигналами которых осуществляется слежение. Так же указывается начало ухудшения навигационных определений. Соответственно к приёмной аппаратуре возникает ряд требований, в частности:
1. Использование внешних или внутренних обнаружителей помех.
2. Создание схем подавления помех (фильтров). Создание приёмников совместного использования различных СРНС.
3. Помехозащищённость.
4. Использование алгоритмов сглаживания кодовых измерений.
и т.д.
3) Создание многоуровневой модели ЭМ-защищённости информационных каналов.


Классификация сигналов в телекоммуникационных комплексах и источники радиопомех
Информационные потоки в глобальных и региональных сетях связи и местоопределение подвижных объектов предполагают использование как простых (узкополосных), так и сложных (широкополосных) сигналов. Сложные сигналы классифицируются как сигналы с аналоговой модуляцией (амплитудной, частотной, фазовой) и сигналы с дискретной модуляцией или дискретно-кодированные сигналы, которые, в свою очередь, подразделяются на: амплитудно,фазово,частотно-манипулированные сигналы, а так же сигналы комбинированной манипуляции. Под воздействием дискретных манипулирующих кодов, параметры сигнала изменяются по закону, удовлетворяющему ряду специальных тестов на случайность.
Разложение сложного сигнала по более простым функциям, называемым элементарными сигналами или элементами, можно использовать при создании устройств формирования и демодуляции сложных сигналов, а так же для рассмотрения принципов функционирования этих устройств. Когда элементы сигнала манипулированы по амплитуде и/или фазе, соответственно они называются амплитудно и/или фазо-манипулированные. Сигналы, входящие в состав сложных сигналов называются дискретно-составными частотными сигналами (ДСЧ-сигналы). ДСЧ-сигналы иногда состоят из различных по своей сложной структуре элементов. Так же сложные сигналы различаются на последовательные сложные сигналы, параллельные и последовательно-параллельные. Кроме того, те последовательно-параллельные сложные сигналы, у которых каждый элемент представляет собой сложный сигнал той или иной структуры, носит название последовательно-параллельный сигнал "с подкраской".
Качественная оценка и оптимизация структуры сложных сигналов в каналах с одновременным воздействием замираний, шумов и сосредоточенных по спектру помех, уже на этапе проектирования систем связи и местоопределения, является превоочередной задачей. При выборе сигналов необходим комплексный учёт таких факторов, как взаимное различие в частотно-временной структуре (ЧВС) сигналов и помех, а так же статистические параметры в каналах связи и радонавигации, тип применяемого демодулятора и др.
Классификация сложных сигналов (запорол, переделать):
1)Параллельные
	
2)Последовательные
	
3)Последовательно-параллельные
	а) Сигналы ДЧМ ФМ
	б) Сигналы ДЧМ АМ
	в) Сигналы ДЧМ с разрывом во времени
	г) Сигналы ДЧМ с "подкраской"
		1. Последовательные субэлементы
		2. Параллельные субэлементы
		3. Последовательно-параллельные субэлементы
			а. субэлементы ступенчатой структуры
			б. субэлементы двухступенчатые
			в. И др...

Источники радиопомех 
Электромагнитные радиоколебания, которые оказывают мешающее действие работе радиосистем, называют радиопомехами. Все радиопомехи, в зависимости от источников их возникновения, можно разделить на следующие группы:
1) Атмосферные помехи - обусловлены грозовыми разрядами. Каждый разряд представляет собой  непрерывный спектр частот, спектральная плотность которого убывает с увеличением частоты. Атмосферные помехи могут распространяться ионосферной волной на довольно большие расстояния. Значительные уровни этих помех наблюдаются на частотах ниже одного мегагерца. На частотах выше 20-30 мегагерц помехи не, практически, воздействуют на сигналы. В мире происходит около 100 грозовых разрядов в секунду.
2) Индустриальные помехи - возникают от различного рода электроустановок. Спектральная плотность и уровень индустриальных помех изменяется в зависимости от насыщения района электрооборудованием. Значительные уровни данные помехи имеют на подвижных объекта (кораблях, поездах, летательных аппаратах и т.д.)
3) Флуктуационные (шумовые помехи) - возникают в результате флуктуаций токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах. Как правило, классифицируются как тепловые шумы (от собственной температуры работающего устройства. Тепловые шумы возникают в результате хаотического теплового движения электронов в проводнике. При этом на концах любого сопротивления возникает флуктуационная ЭДС (то же самое возникает и в проводящем канале полевых транзисторов). Флуктуационные помехи, пересчитанные ко входу приёмного устройства радиолинии, составляют единицы, десятки микровольт. Шумовые помехи в основном имеют практическое значение в диапазоне УКВ частот.
4) Космические помехи. В наибольшей степени создаются излучением Солнца и Луны. как правило, наблюдаются в сантиметровом и дециметровом диапазоне частот. На входе приёмников составляет значение порядка единиц, реже десятков микровольт. 
5) Контактные помехи. В основном возникают при размещении радиоаппаратуры на подвижных объектах. Передающие элементы радиолиний в непосредственной близости возле их антенных устройств. При этом на различных металлических конструкциях подвижных объектов наводится напряжение порядка единиц и даже до сотен волт. Спектр частот контактных помех группируется вокруг основнхы и побочных излучений, передающщих элементов радиолиний. Эффективное значение напряжения эих помех на выходах приёмных устройств радиолиний может составлять величины порядка десятков и даже сотен микровольт.
6) Взаимные помехи.
Возникают между радиосистемами и радиолиниями в результате совпадения спектров частот основных или побочных излучений одних радиолиний с полосами частот основных или побочных каналов приёма других радиолиний. Могут возникать между любыми радиосистемами. Эти помехи присущи всему радиочастотному диапазону. Уровни взаимных помех зависят от мощности передающих и чувствительности приёмных элементов радиолинй, схемного и конструктивного их построения, взаимного удаления, класса помех и др.
Величины напряжений помех на входах приёмных устройств от единицы до сотен вольт. Определяющая роль взаимных помех и решение проблемы ЭМ-совместимости объясняется следующим:
1. Наблюдается прогрессирующий рост количества одновременно работающих радиосистем и радиолиний различного назначения.
2. Возрастает концентрация аппаратуры и плотность радиосистем и радиолиний.
3. Увеличиваются мощности пердающих и повышаются чувствительности приёмных элементов радиосистемы.
4. Работа радиосистем осуществляется неоптимальными мощностями.
5. Радиосистемы занимают интервалы радиочастот значительно превосходящие минимально необходимые для передачи и приёма сигналов.
6. Диапазон частот, которые могут использовать различного рода радиосистемы физически ограничен.

Возрастание концентрации передающих и приёмных элементов радиолиний обуславливает увеличение взаимного влияния между ними, соответственно рост количества и уровня взаимных помех. Насыщенность пространства радиосистемами неравномерна. Они группируются в отдельных районах. Неравномерность размещения радиосистем при всё возрастающем их количестве приводит к росту плотности радиоинформационного поля. С развитием миниатюризации радиоэлектронных средств, будут создаваться технические предпосылки для еще большей концентрации.
Повышение мощности передающих элементов радиосистем увеличивают уровни источников взаимных помех. При этом возрастает и количество частот "пораженных" взаимными помехами.
Увеличение чувствительности приёмных элементов радиосистем обеспечивает повышение восприимчивости радиолиний к взаимным радиопомехам. Помехи меньшего уровня могут оказывать мешающее воздействие, при этом возрастает спектр частот, пораженных взаимными помехами. Чувствительность приёмных элементов радиосистем сильно возросла, при этом имеется тенденция к её последующему росту.
Работа радиосистем и радиолиний с неоптимальной мощностью, то есть мощностью превышающей минимальную необходимую для передачи сигналов с заданным качеством, обуславливает расширение зоны "мешания", увеличевая спектр уровня помех. Работа с избыточными мощностями связана с тем, что мощность передающего элемента радиосистемы рассчитывается на обеспечение максимальной (предельной) дальности. Практически, в большинстве случаев, работа происходит на дальности меньше максимальной, при этом радиосистемы будут работать с превышением необходимой мощности.
Использование радиосистемами участков диапазонов частот шире необходимых для передачи сигналов приводит к расширению спектров взаимных помех между радиолиниями. Существенное расширение полос, занимаемых радиосистемами обусловлено наличием побочных излучений и побочных каналов приёма. Реальная ширина интервалов частот, занимаемых каждой радиосистемой, является переменной величиной и зависит от взаимного удаления приёмных и передающих элементов. При сближении передающих и приёмных элементов различных радиолиний, интервалы частот, занимаемых каждой радиосистемой увеличиваюся. Занимаемый каждой радиосистемой участок частот не сплошной, а рассредоточен в широком диапазоне частот.


Математическая модель сигналов и помех на физическом уровне и учёт взаимного влияния их ЧВС (частотно-временных структур) при помощи КВР (коэффициент временного различия).
Анализ обстановки, возникающей в процессе функционирования сети УКВ-связи в условиях помех показывает, что она характеризуется сложной ситуацией. Помехи воздействуют особенно сильно на физическом, канальном и сетевом уровнях. Приём сигналов осуществляется всегда в условиях помех. В данном случае рассмотрим узкополосные и широкополосные сигналы в условиях воздействия взаимных помех. Различные ЧВС сигналов, испытывая кроме того искажения в каналах связи, имеют различную вероятность правильного приёма. Эта вероятность характеризует помехозащищённость и ЭМ-совместимость радиолиний. Соответственно помехозащищённость и ЭМ-совместимость радиолиний непосредственно зависят от решения задачи выбора наилучших сигналов. В основе выбранной модели полезных сигналов и воздействующих взаимных помех лежит концепция представления каждой воздействующей взаимной помехи, как и каждого варианта полезного сигнала в виде некоторого случайного процесса. Взаимные помехи, как и полезные сигналы, с точки зрения математического описания, являются узкополосными процессами.
Fri<=f(ср.ri)
Fr<=f(ср. r)
Fri, Fr - условные полосы частот, в которых сосредоточены основные энергии помех и сигналов.
f(ср.ri),f(ср. r) - средние несущие частоты помехи и сигнала. Так же имеет место ограниченность энергии взаимной помехи полезного сигнала.
Интеграл от 0 до T ((Zri)^2)(t)dt<0
Интеграл от 0 до T ((Zn)^2)(t)dt<0
Zri и Zn - некоторые функции, характеризующие, соответственно, структуру i-й помехи и r-ого сигнала.
Учёт указанных условий позволяет с единых позиций рассматривать воздействия как узкополосных, так и ретранслированных, сложной структуры, взаимных помех, использующих как простые, так и сложные сигналы.
Zrg(t,Oq)=Zrg(t,{Oq(i)}, j=1,2...L
0<=t<T; r-1,...,m
Zrq(t,Oni)=Сумма от i=1 до N Znqi(t,{Onqi(s)} s=1,2,...,S
Полезный сигнал и взаимная помеха
L,S - множества случайных параметров сигнала и помехи, заданных своими законами распределения, либо вообще неизвестных при приёме. Такими параметрами могут быть амплитудный коэффициент передачи, начальная фаза, а так же время запаздывания элемента помехи относительно начала элемента полезного сигнала.
Воздействуя на приёмные устройства, флуктуационная помеха может быть аппроксимирована белым гауссовским шумом со средним значением Л(t)=0 и спектральной плотностью (Гамма^2) с индексом q. Соответственно, смесь полезного сигнала взаимных и флуктуационных помех можно представить в следующем виде:
Z'q(t)=Zrg(t,Oq)+Znp(t,Onq)+Лq(t)
0<=t<=T; r=1,2,...,n
Такая форма представления принимаемой смеси сигналов и помех охватывает широкий круг ситуаций, возникающих в процессе передачи информации в условиях воздействия взаимных помех. 
Взаимные помехи - результат совпадения спектров частот основных или побочных излучений одних радиолиний с полосами частот основных или побочных каналов приёма. Воздействие помех на физическом, канальном и сетевом уровнях это квазидетерминированный случайный процесс. 

С учётом выбранной модели сигналов и помех, при решении задач синтеза и анализа структуры сигналов, оптимальный в условиях взаимодействия взаимных помех, используется качественная оценка структурного различия сигналов и помех. Это представляется коэффициентом взаимного различия сигналов (КВР). КВР структур полезных сигналов и ВП (взаимные помехи) в ЧВО (частотно-временной области), называется нормированная величина, пропорциональная мощности процесса на выходе фильтра или схемы. КВР измеряет относительную величину перекрытия в ЧВР или ЧВО полезного сигнала и взаимной помехи. КВР сигналов и ВП указывает на качественное ухудшение ЭМС (электромагнитной совместимости) радиолиний и не даёт количественной оценке их электромагнитной защищённости.
Конструктивным показателем ЭМЗИК (электромагнитной защищённости информационных каналов) является поле "поражения" сигнала, позволяющее объединить в одном критерии структурные различия полезных сигналов и взаимных помех, статистические параметры канала связи и оценку решающей схемы приёмника. В отличии от ЭМС, электромагнитная защищённость линии радиосвязи и местоопределения базируются на топологических вариациях проекций сечений КВР (коэффициентов взаимного различия) полезных сигналов и взаимных помех.

	Площадь поля поражения сигнала (ПППС) является мерой суждения о качестве не только используемой радиолинии, но и о качестве её электромагнитной защищённости. При оптимизации системы связи по критерию минимума полной вероятности ошибок при поэлементном приёме дискретных сообщений. Оптимизация включает в себя 2 этапа:
1) Оптимизация демодулятора приёмного устройства
2) Оптимизация структуры сигналов, формируемых передающим устройством

	Соответственно решаются 2 задачи:
1) Повышение помехоустойчивости радиолинии в условиях взаимных помех при использовании оптимального алгоритма приёма.
2) ПППС как обобщённый показатель качества сигналов и оценки эффективности системы по одному показателю
ПППС вычисляется по методу механических квадратур (метод Гомори), который заключается в том, что в частотно-временной области разбитой на 400 квадратиков шаг по х и по у равен 0.1, а х и у распространяются от -1 до 1. Или на 441 точку. Определяется количество точек, где C>=(Gor)^2
Соответственно для первого случая когда шаг равен 1 см Sr max = 400 квадратных сантиметров. Если по точкам, то Sr max = 441 точка (условная единица).
Форма полей поражения и их площади в основном совпадают при проецировании определённых сечений на ЧВО.
	Обострение проблем электромагнитной  совместимости радиоэлектронных средств вследствие увеличения их числа в ограниченном пространстве заставляет искать резервы для обеспечения ЭМС (электромагнитной совместимости) одновременно работающих РС (радиоэлектронных средств). Сложность и разнообразие задач приводят к использования различных математических методов. Более предпочтительным в задачах ЭМС может оказаться подход не требующий полного описания системы. Он основан на понятии "управляемые случайные процессы". Принцип множественности моделей позволяет анализировать ЭМС на различных моделях и повышать достоверность результатов.

	Алгоритм оценки ЭМЗИК с помощью коэффициента электромагнитной защищённости (КМЗ).

... пару сию пропустил я ...

	Классификация моделей электромагнитной защищённости информационных каналов АСУДС.
	Решение задачи анализа и обеспечения ЭМЗИК судовых и береговых радиоэлектронных средств (РС) предусматривает совместное использование нескольких моделей различных типов. Целесообразно выделить 3 основных фактора:
1) Соответствие модели группе радиоэлектронных средств (РС) источникам помех.
2) Механизм введения случайности в модель.
3) Характер воздействия помех (индивидуальный или коллективный).
Перечисленные факторы образуют иерархию моделей ЭМЗИК.
	При создании моделей приходится сталкиваться с отсутствием важной иформации о моделируемой сложной системе. Обычно неизвестны характеристики радиоэлектронных средств (РС), находящихся в интересующей нас области, недостаточно информации об основных задачах, решаемых группой РС (радиоэлектронных средств). Ввиду этого используют критерий, учитывающий насыщенность некоторой области пространства РС различных типов. 
	Классификация моделей ЭМЗИК
1. Малые группы
2. Средние группы
	2.1. Детерминированные
	2.2. Среднестатистические
		2.2.1. Дифференциальный вклад
			2.2.1.1. Полные
				2.2.1.1.1. Математические
					2.2.1.1.1. Аналитические
					2.2.1.1.2. Цифровые
					2.2.1.1.3. Комбинированные 
					2.2.1.1.4. Аналоговые
				2.2.1.1.2. Физические
				2.2.1.1.3. Смешанные
			2.2.1.2. Отборочные
		2.2.2. Интегральный вклад
			2.2.2.1. Низшего уровня
			2.2.2.2. Высшего уровня
	2.3. Непредвиденные
3. Большие группы

Имеют место модели ЭМЗИК, соответствующие большим, средним и малым группам РС. Среди модели можно выделить детерминированные, статистические и модели неопределённых ситуаций. Если характеристики источников помех, их географическое положение, характеристики излучения, распространения и приёма сигнала представляют собой детерминированные величины, а процессы, отражаемые моделью также детерминированны, то соответствующие модели называют детерминированными. Если какие-либо из указанных характеристик или процессов являются случайными, то соответствующие модели называют статистическими. Если какую-либо характеристику источников помех нельзя отнести к детерминированным или случайным, то такой тип моделей при их анализе относят к моделям неопределённой или непредвиденной ситуации. В соответствии с механизмами образования совокупного сигнала помехи, его воздействие на поражаемое РС, его модели могут быть разделены на модели дифференциального вклада и интегрального вклада. 
	Модели дифференциального вклада (МДВ) строят в соответствии с гипотезой о том, что каждый РС группы вносит свой независимый от других вклад в совокупный сигнал взаимных помех. Характеристики сигнала или результатов воздействия РС определяются по результатам моделирования всех отдельных вкладов. Соответственно МДВ делятся на ОМДВ (отборные МДВ) и ПМДВ (полные МДВ). В ОМВД вклады, не превышающие некоторый порог считаются незначащими и в дальнейших операциях не участвуют. В ПМВД преобразовании совокупного сигнала помех и воздействие на РС принимают участие сигналы всех источников помех.
	При анализе ЭМЗИК преобалдают модели интегрального вклада (МИВ), которые строятся на основе совокупных или коллективных характеристик РС, создающих совокупный сигнал помехи. МИВ (модели интегрального вклада) рассматривают 2 уровня интеграции:
1) На уровне характеристик группы РС (Интеграция низшего уровня).
2) На уровне сигнала, порождаемого группой РС (Интеграция высшего уровня).
	На низшем уровне интеграции группы РС может быть задан законами распределения следующих величин: расстояние до систем в группе, частот излучения, мощностей сигналов, видов модуляции и типов излучаемых сигналов, потерь распространения, взаимодействия сигналов группы РС и т.д. 
	Интеграция высшего уровня подразумевает, что группа РС непосредственно определяется как коллектив, создающий интегральный сигнал помех. МИВ (модели интегрального вклада) являются, как правило, статистическими моделями, т.к. в их основе лежит статистическое описание группы РС или интегрального сигнала.
	В рассматриваемой классификации типы моделей определяются способами их реализации: математическим, физическим или смешанным. 
	При разработке модели многослойной структуры АСУДС как информационно-технической системы и эффективность функционирования которой вцелом может определяться качеством организации информационных процессов в подсистемах из которых ни одна не является второстепенной. Эффективность функционирования АСУДС зависит от структурной эффективности в условиях воздействия взаимных и индустриальных помех. На этапе проектирования АСУДС может формироваться лингвистическая модель, которая носит описатльный характер. Систематические аспекты построения АСУДС на ВВП учитывают функции преобразования информации, обусловленные целью создания АСУДС, её местом в метасистеме или суперсистеме (например  КРИС). Каждый элемент АСУДС находится в динамическом развитии, подвергаясь количественным и качественным изменениям. Для оценки эффективности АСУДС должны использоваться наиболее общие и объективные комплексные критерии, отражающие информационно-технические аспекты функционирования сложной ИТС. Классификация моделей ЭМЗИК позволяет выбрать необходимую математическую реализацию модели, адекватно отражающую ЭМ-обстановку на УКВ-радиолиниях в АСУДС.

	Многоуровневая модель взаимодействия открытых АС радиосвязи.
	Сети УКВ радиосвязи являются частями взаимоувязанной сети, представляющие собой один из основных компонентов АСУДС(?). АСРС предназначена для своевременной и достоверной доставки сообщений по информационным каналам в условиях воздействия всего комплекса неблагоприятных факторов. Построение современных радиолиний базируется на совокупности принципов и предъявляемых к ним требований. Возникает потребность в обеспечении УКВ радиосвязи между судами и берегом, АИС, а так же между управляемыми радиотехническими постами в составе АСУДС. Уже используются пакетные сети радиосвязи для организации связи с подвижными объектами.
	Узкополосная сеть радиосвязи, скорость до 16 к/бит, широкополосная до 400 к/бит. Базовыми каналами при передаче пакетов будут являться среднескоростные каналы до 2400 бит/с, планируется до 4800 бит/с. При этом должна применяться разработанная международной организацией по стандартизации (МОС) рекомендация X.200, "Эталонная модель взаимодействия открытых систем". Эта модель используется в качестве базовой при разработке и определении правил функционирования различных систем, служб и сетей связи. В ней предусмотрен определённый перечень услуг по защите от помех и НСД. В МВОС принята семиуровневая иерархие взаимодействия. Свод правил (процедур) взаимодействия одинаковых уровней различных систем является протоколом. Реализуется на физическом, канальном и сетевом уровне системы.
1) Физический уровень
	1. Преобразование первичных электрических сигналов в радиосигналы, согласованные с параметрами среды распространения радиоволн.
	2. Усиление сигналов, излучение их в окружающее пространство (в виде ЭМ-волн).
	3. Приём, усиление и обратное преобразование радиосигналов в первичные электрические сигналы.
2) Канальный уровень. В линии происхоидит установление, поддержание и разъединение физических соединений, связывающих систему друг с другом, селекция информации. Обеспечивает следующие функции:
	1. Установление соединений между объектами
	2. Контроль состояния рабочих каналов
	3. Восстановление радиоканала
	4. Кодирование/декодирование
	5. Обмен служебными командами
3) Сетевой уровень. Реализуется маршрутизация информации, управление потоками массивов информации, которыми обменивается системы, не связанные друг с другом физическими соединениями.
Многоуровневая МВОЗ