Использование GNSS-приемника в местах глушения сигнала: практические рекомендации для геодезистов

Почему сегодня всё чаще возникают проблемы с приёмом GNSS

Использование GNSS-приёмника в условиях глушения сигнала: как сохранить точность измерений

В последние годы геодезисты, кадастровые инженеры, строители и специалисты по инженерным изысканиям всё чаще сталкиваются с ситуацией, когда GNSS-приёмник внезапно теряет спутники, перестаёт получать RTK-поправки или показывает нестабильные координаты. Особенно часто подобные случаи наблюдаются в крупных городах, возле стратегических объектов, аэропортов, промышленных предприятий и других территорий, где могут использоваться средства радиоэлектронного подавления.

При этом причины ухудшения работы навигационного оборудования могут быть различными:

• радиоэлектронное подавление (джамминг);
• имитация спутниковых сигналов (спуфинг);
• многолучевость в городской застройке;
• сильные радиопомехи от оборудования;
• неблагоприятная геометрия расположения спутников.

Для геодезических работ подобные условия становятся серьёзной проблемой, поскольку даже кратковременная потеря сигнала может привести к снижению точности или полной остановке измерений.

В этой статье рассмотрим основные признаки воздействия помех и наиболее эффективные способы продолжения работы.

Как понять, что приёмник работает в условиях помех

Наиболее распространёнными признаками являются:

• количество спутников резко уменьшается;
• число спутников постоянно меняется («скачет»);
• приёмник теряет фиксированное RTK-решение;
• координаты начинают смещаться без видимой причины;
• увеличивается показатель PDOP;
• появляются постоянные переходы между режимами Float и Fix;
• спутники полностью исчезают.

Если одновременно наблюдаются сразу несколько признаков, велика вероятность воздействия радиоэлектронных помех.

Что происходит при полном исчезновении спутников

Если приёмник показывает 0 спутников, это означает, что приём навигационных сигналов полностью прекращён. Причинами могут быть:

• мощное радиоэлектронное подавление;
• перекрытие обзора неба;
• неисправность антенны или кабеля;
• сильные электромагнитные помехи.

В подобных условиях получить RTK-решение невозможно независимо от качества базовой станции или интернет-соединения.

Использование инерциальной навигации (IMU)

Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости является использование приёмников с интегрированной инерциальной системой. Такие технологии применяются, например, в решениях NovAtel SPAN, Trimble Maxwell, Leica IMU, Topcon TILT и других профессиональных GNSS-приёмниках.

При кратковременной потере спутников система продолжает вычислять положение по данным датчиков движения — режим Dead Reckoning. Преимущества использования IMU:

• сохранение траектории движения;
• сглаживание кратковременных пропаданий сигнала;
• снижение влияния скачков координат;
• возможность продолжения работ при временном отсутствии GNSS.

Современные алгоритмы фильтра Калмана постоянно сравнивают данные спутниковой навигации и инерциальной системы, автоматически отбрасывая подозрительные измерения.

Использование нескольких спутниковых систем

Современный геодезический приёмник способен одновременно работать с несколькими навигационными системами: GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, QZSS (в отдельных регионах). Чем больше спутниковых созвездий используется одновременно, тем выше вероятность сохранить устойчивое решение.

Во многих случаях средства радиоэлектронной борьбы ориентированы преимущественно на диапазоны GPS L1. Поэтому использование нескольких систем значительно повышает устойчивость оборудования.

Почему BeiDou иногда работает лучше

Практика показывает, что при сильном подавлении GPS и ГЛОНАСС приёмник может продолжать получать стабильный сигнал от китайской системы BeiDou. Особенно это касается частоты B3I (1268,52 МГц), которая отличается от наиболее часто подавляемых гражданских диапазонов.

Если оборудование поддерживает выбор отдельных систем и частот, имеет смысл проверить работу именно по BeiDou. Однако эффективность такого решения всегда зависит от конкретной обстановки и характера помех.

Настройка приёмника для работы в сложных условиях

Увеличение угла отсечки спутников

Спутники, находящиеся низко над горизонтом, сильнее подвержены наземным помехам, многолучевости, отражениям и экранированию зданиями. Поэтому рекомендуется увеличить Elevation Mask до 20–30°.

Приёмник перестанет использовать наиболее проблемные сигналы, что часто делает решение значительно стабильнее.

Контроль значения PDOP

PDOP показывает качество пространственного расположения спутников.

Если одновременно увеличивается PDOP и уменьшается количество спутников, вероятность влияния помех значительно возрастает.

Использование встроенной защиты современных приёмников

Современные профессиональные платы GNSS содержат большое количество средств защиты:

• адаптивные режекторные фильтры (Notch Filters);
• импульсные фильтры (Pulse Blanking);
• полосовые фильтры;
• режим HDR (High Dynamic Range);
• спектральный анализ радиопомех.

Некоторые производители позволяют в режиме реального времени определить источник помех и программно исключить его влияние. Такие технологии используются в оборудовании Septentrio, NovAtel и ряде других профессиональных решений.

Помогает ли физическое экранирование?

Да, если источник помех расположен на поверхности земли. Полезные сигналы спутников приходят сверху, тогда как большинство джаммеров находятся рядом с землёй. Поэтому эффективными могут оказаться:

• бетонные стены;
• кирпичные здания;
• земляные насыпи;
• высокие ограждения;
• естественный рельеф.

Если разместить антенну так, чтобы преграда находилась между ней и предполагаемым источником помех, мощность нежелательного сигнала может значительно уменьшиться.

Использование Ground Plane

Ground Plane представляет собой металлический экран под антенной. Он позволяет уменьшить влияние отражённых сигналов, ослабить помехи, приходящие снизу, и повысить качество приёма спутников.

Для профессиональных измерений использование качественной геодезической антенны с большим Ground Plane остаётся одним из наиболее эффективных способов борьбы с многолучевостью.

Можно ли использовать металлическое экранирование?

Полностью закрывать антенну металлической ёмкостью или оборачивать её фольгой нельзя. Такое экранирование создаст эффект клетки Фарадея и заблокирует не только помехи, но и полезные спутниковые сигналы.

Допустимо лишь частичное экранирование боковой части антенны в отдельных экспериментальных случаях, однако подобные решения не являются штатным способом эксплуатации оборудования и не гарантируют положительного результата.

Помогает ли размещение приёмника в углублении?

Иногда использование естественного рельефа действительно уменьшает влияние наземных источников помех — овраги, карьеры, выемки, траншеи, естественные понижения местности.

При этом необходимо учитывать, что одновременно уменьшается обзор небосвода. Следовательно:

• ухудшается геометрия спутников;
• увеличивается PDOP;
• снижается количество доступных спутников.

Поэтому данный метод следует рассматривать только как вынужденную меру.

Антенны с подавлением помех

Для работы в сложной радиообстановке существуют специализированные GNSS-антенны. Наиболее эффективными считаются антенны с управляемой диаграммой направленности (CRPA). Их особенности:

• определение направления источника помех;
• формирование «нулей» диаграммы в сторону помехи;
• сохранение приёма спутниковых сигналов.

Подобные решения широко применяются в авиации, морской навигации и специальных комплексах, однако постепенно становятся доступны и в профессиональной геодезии.

Защита от спуфинга

Не менее опасной проблемой является не глушение, а подмена навигационных сигналов. При спуфинге приёмник продолжает видеть спутники, но вычисляет неправильные координаты. Для повышения надёжности используются:

• сравнение данных GNSS и IMU;
• контроль скачков координат;
• анализ скорости движения;
• аутентификация навигационных сообщений.

Одним из наиболее перспективных решений считается технология Galileo OSNMA, позволяющая проверять подлинность навигационных сообщений с помощью криптографической защиты.

Когда лучше отказаться от использования GNSS

Если приёмник длительное время не получает фиксированное RTK-решение, количество спутников остаётся нестабильным или полностью отсутствует, а координаты постоянно изменяются без объективных причин, выполнение высокоточных измерений становится нецелесообразным. В подобных условиях рекомендуется перейти к классическим геодезическим методам — использовать электронный тахеометр, выполнять тахеометрические ходы или производить привязку от существующих геодезических пунктов. Такой подход позволит сохранить требуемую точность и избежать ошибок при выполнении работ.

Практические рекомендации

Заключение

Воздействие радиоэлектронных помех становится всё более актуальной проблемой для геодезии, строительства и кадастровых работ. Современные GNSS-приёмники способны значительно повысить устойчивость измерений благодаря поддержке нескольких спутниковых систем, инерциальной навигации, адаптивным фильтрам и интеллектуальным алгоритмам обработки сигналов. Однако универсального способа полностью устранить влияние сильного глушения не существует.

Грамотная настройка оборудования, использование современных технологий и правильная организация полевых работ позволяют существенно снизить влияние помех и сохранить необходимую точность измерений. В случаях, когда получить надёжное спутниковое решение невозможно, наиболее правильным решением остаётся переход к классическим геодезическим методам, не зависящим от сигналов глобальных навигационных спутниковых систем.