Systemy nawigacji satelitarnej są odpowiedzią na potrzebę zapewnienia ciągłej dostępności usługi lokalizacji, która zasięgiem działania obejmuje całą powierzchnię Ziemi. Możliwe jest przy tym określenie położenia punktu odbioru sygnału w trzech wymiarach, tj. długości i szerokości geograficznej oraz wysokości nad powierzchnią Ziemi. Ponadto liczba użytkowników jest nieograniczona, a za odbiór sygnałów nawigacyjnych nie są pobierane żadne opłaty. Pierwotnie systemy te były opracowywane z myślą o zastosowaniu ich w działaniach wojskowych. Dopiero w późniejszej fazie eksploatacji zaczęły być powszechnie dostępne dla zastosowań cywilnych, z ograniczoną dokładnością wyznaczania pozycji. Obecnie liczba użytkowników cywilnych przekracza liczbę użytkowników militarnych i autoryzowanych[...]

  POLARIZATION RECEIVE DIVERSITY IN INDOOR ENVIRONMENT Streszczenie: Niniejszy referat dotyczy oceny efektywności odbioru zbiorczego polaryzacyjnego warunkach propagacji sygnałów wewnątrz budynków. W artykule scharakteryzowano warianty odbioru zbiorczego oraz stosowane w nich metody łączenia sygnałów. Ponadto, zdefiniowano wyrażenia służące szacowaniu zysku odbioru zbiorczego dla tych metod. Przedstawiono również metodykę przeprowadzonych badań pomiarowych oraz dokonano analizy wyników tych badań. Abstract: This paper concerns the effectiveness of polarization receive diversity in conditions of indoor signal propagation. The article includes a brief review of receive diversity schemes and diversity combining techniques. Expressions used to estimate the receive diversity gain for these techniques are defined as well. Moreover, methodology of conducted field research is presented and analysis of obtained results is provided. Słowa kluczowe: łączenie sygnałów, odbiór zbiorczy, polaryzacja, propagacja wewnątrzbudynkowa. Keywords: diversity combining, indoor propagation, polarization, receive diversity. 1. WSTĘP Odbiór zbiorczy jest techniką stosowaną w systemach radiokomunikacyjnych, która umożliwia poprawę jakości odbieranych sygnałów bez konieczności zwiększania mocy nadajnika lub poszerzania pasma transmisji. W rozwiązaniu tym dąży się do maksymalizacji stosunku mocy sygnału do mocy szumu i interferencji poprzez łączenie wielu odbieranych replik sygnału. Głównym celem stosowania odbioru zbiorczego jest ograniczenie degradacji jakości sygnałów spowodowanej występowaniem zaników w kanale radiowym. Efektywność odbioru zbiorczego jest tym większa, im mniejsza jest korelacja pomiędzy zanikami, którym podlegają poszczególne repliki. Znanych jest wiele metod odbioru zbiorczego, w zależności od dziedziny, w której są wyodrębniane repliki sygnału. W przypadku, gdy repliki są rozróżnialne w dziedzinie czasu, stosuje się odbiór zbio[...]

  Jedną z kluczowych kwestii w przeciwdziałaniu działalności terrorystycznej jest efektywna detekcja i neutralizacja improwizowanych ładunków wybuchowych - IED (ang. Improvised Explosive Device). Tego rodzaju ładunki są używane zarówno na terenach objętych działaniami wojskowymi, a także mogą być narzędziem do realizacji zamachów terrorystycznych wymierzonych w ludność cywilną. Istotną grupę ładunków improwizowanych stanowią te detonowane zdalnie drogą radiową, tzw. RCIED. Do ich realizacji zwykle są stosowane ogólnodostępne odbiorniki stanowiące urządzenia elektroniki użytkowej (np. radiotelefon) lub ich elementy. Zapewnienie ochrony przed wybuchem ładunków RC-IED jest możliwe poprzez zakłócanie transmisji wyzwalających detonację, czyli wytworzenie tzw. kurtyny elektromagnetycznej. Do efektywnego zagłuszenia sygnału jest wymagane, aby moc zakłócenia na wejściu odbiornika była znacząco większa od mocy sygnału użytecznego. Wielkość obszaru objętego ochroną przed detonacją ładunku jest zatem zależna m.in. od mocy nadajnika zagłuszającego, a także od charakterystyki kierunkowej anteny nadawczej. W związku z tym, że w ogólności nie jest znane dokładne pasmo częstotliwości sygnału inicjującego wybuch, zagłuszanie powinno być realizowane w możliwie szerokim zakresie częstotliwości, co stanowi jedno z głównych wyzwań dla praktycznej realizacji generatora kurtyny EM. Z drugiej strony, kurtyna nie powinna uniemożliwiać komunikacji radiowej służb uczestniczących w akcji antyterrorystycznej. Zatem jest wymagane, aby w przedziale częstotliwości sygnału zakłócającego można było dynamicznie definiować podpasma chronione, w których moc zakłócenia jest znacząco zredukowana. Niniejszy referat został poświęcony zagadnieniu symulacji działania generatora zakłóceń szerokopasmowych z uwzględnieniem efektów występujących w rzeczywistym urządzeniu i determinujących kształt widma nadawanego sygnału. W kolejnej części referatu zawarto podstawowe[...]

  1. WSTĘP Realizacja systemów umożliwiających lokalizację osób i obiektów we wnętrzach budynków jest istotnie odmienna od systemów lokalizacyjnych używanych w otwartej przestrzeni. W przypadku tych drugich, powszechnie używana jest globalna nawigacja satelitarna GNSS, która nie ma zastosowania w środowiskach zamkniętych z uwagi na zbyt małą wartość mocy sygnału odbieranego, stłumionego przez elementy konstrukcyjne budynku. Dla potrzeb lokalizacji wewnątrzbudynkowej wykorzystuje się dane pochodzące z różnych sensorów, obejmujących m.in. układy radiowe, optyczne i inercyjne. Jednymi z często stosowanych w tym celu układów radiowych są modemy ultraszerokopasmowe (UWB - ultrawideband), które realizują precyzyjny dwukierunkowy pomiar czasu propagacji sygnału pomiędzy urządzeniami. Znajomość tego czasu umożliwia wyznaczenie wzajemnej odległości pomiędzy stacją referencyjną a lokalizowanym obiektem, co stanowi użyteczną informację do określenia jego położenia. Do wad modemów UWB można zaliczyć ich zasięg działania, nieprzekraczający kilkudziesięciu metrów. Ponadto, występuje znaczące pogorszenie dokładności estymacji odległości w warunkach braku bezpośredniej widoczności anten (NLOS). Jest to spowodowane tym, że mierzony jest czas propagacji składowej odbitej, który jest oczywiście dłuższy od czasu propagacji bezpośredniej. W wypadku, gdy warunki NLOS występują tymczasowo (np. chwilowe przesłonięcie trasy propagacji przez przeszkodę), związany z nimi błąd estymacji położenia może zostać zredukowany poprzez zastosowanie algorytmów filtrujących przebieg estymowanej trasy. W praktyce, w systemach radionawigacyjnych, stosuje się filtry Kalmana lub filtrację cząsteczkową. Niniejszy artykuł dotyczy drugiej z wymienionych metod. W kolejnych częściach artykułu opisano algorytm i realizację filtru dla systemu nawigacyjnego wykorzystującego pomiary odległości obiektu od stacji referencyjnych. Następnie przedstawiono porównanie wyników es[...]

  Globalne systemy nawigacji satelitarnej, czyli GNSS (Global Navigation Satellite System), zyskały dużą popularność w ciągu ostatnich kilkunastu lat, głównie w wyniku zaprzestania, w 2000 roku, celowego pogarszania dokładności ogólnodostępnych sygnałów C/A systemu GPS, tzw. Selective Availability. Według raportu Europejskiej Agencji GNSS [1], w roku 2013 na całym świecie funkcjonowały ponad 2 miliardy urządzeń wyposażonych m.in. w odbiorniki systemu GPS, ale także rosyjskiego GLONASS, europejskiego GALILEO i chińskiego Beidou. Pomimo tego przewiduje się, że rynek usług nawigacji satelitarnej nie jest jeszcze nasycony i do roku 2022 będzie w użyciu niemal 7 miliardów odbiorników, czyli statystycznie jeden na każdego mieszkańca Ziemi.[...]

  PERFORMANCE EVALUATION OF GPS ANTI-SPOOFING SYSTEM BASED ON ANTENNA ARRAY PROCESSING Streszczenie: Niniejszy referat dotyczy problemu wykrywania i przeciwdziałania atakom typu spoofing w globalnych systemach nawigacji satelitarnej. Pierwsza część referatu stanowi wprowadzenie w temat spoofingu oraz przegląd sposobów jemu przeciwdziałania. Następnie, przedstawiono autorską koncepcję systemu antyspoofingowego opartego na przetwarzaniu wieloantenowym, a także opisano implementację prototypu tego systemu. Część trzecią poświęcono ocenie efektywności proponowanego rozwiązania, obejmującej: prawdopodobieństwo detekcji spoofingu, działanie procedury eliminacji spoofingu oraz ogólną ocenę działania systemu w warunkach rzeczywistego ataku. Abstract: This paper concerns the problem of detection and mitigation of spoofing attacks in Global Navigation Satellite Systems. First, background information about spoofing and its possible countermeasures is provided. Next, concept of a novel GPS anti-spoofing system based on antenna array processing is presented and implementation of prototype of this system is described. The third section outlines the performance evaluation of proposed solution, which includes: estimation of probability of spoofing detection, performance of spoofing mitigation and general assessment of detection and mitigation in a real scenario of spoofing attack. Słowa kluczowe: GPS, przetwarzanie przestrzenne, spoofing, szyk antenowy. Keywords: antenna-array, GPS, spatial processing, spoofing. 1. WSTĘP W ostatnich latach, celowe zakłócanie sygnałów systemów nawigacji satelitarnej (GNSS) stało się niezwykle istotnym problemem dotyczącym bezpieczeństwa systemów korzystających z tych sygnałów jako źródła informacji o położeniu i czasie. Ma to szczególne znaczenie dla z punktu widzenia właściwego działania elementów infrastruktury krytycznej, takich jak np. sieci energetyczne i telekomunikacyjne. Oprócz zagłuszania (ang. j[...]

Artykuł dotyczy problemu spoofingu w systemie GPS, polegającego na niepowołanej transmisji sygnałów imitujących sygnały odbierane z satelitów GPS. Takie działanie prowadzi do wyznaczenia przez odbiornik nawigacyjny nieprawidłowego położenia, prędkości i czasu. Zostały opisane metody przeciwdziałania spoofingowi, w szczególności poprzez przestrzenne przetwarzanie sygnałów. Przedstawiono wyniki badań symulacyjnych efektywności tych metod. Opisano demonstrator sytemu antyspoofingowego i wybrane wyniki badań pomiarowych. Abstract. The article concerns the problem of spoofing in GPS, which is the unauthorized transmission of signals imitating the ones received from GPS satellites. Such activity is aimed to force the estimation of incorrect position, velocity and time in a target GPS receiver. Authors review the antispoofing methods with the emphasis laid on spatial processing algorithms. Simulation research of the effectiveness of these methods is described. Proof-of-concept of the anti-spoofing system is shown along with the selected results of performed measurements. (Analysis and research on antispoofing system for GPS). Słowa kluczowe: GPS; Walka elektroniczna, Spoofing; Przestrzenne przetwarzanie sygnałów. Keywords: GPS; Electronic warfare; Spoofing; Spatial signal processing. Wstęp Intencją powstania systemu nawigacji satelitarnej GPS było zastosowanie go w działaniach militarnych armii Stanów Zjednoczonych, m. in. do naprowadzania pocisków rakietowych. Ze względu na taki charakter zastosowań, podstawowe sygnały nawigacyjne P, odbierane przez urządzenia wojskowe, podlegają ochronie kryptograficznej. Oprócz sygnałów podstawowych satelity systemu nadają sygnały pomocnicze C/A, które skracają czas dostrojenia się odbiornika do sygnałów P. Wyznaczenie położenia odbiornika jest wprawdzie możliwe w oparciu o same sygnały C/A, jednakże możliwa do uzyskania dokładność położenia jest o rząd wielkości (do 2000 r. o dwa rzędy wielkości) mniej[...]

  Artykuł dotyczy zastosowania algorytmów przestrzennego cyfrowego przetwarzania sygnałów dla potrzeb selektywnej eliminacji sygnałów zakłócających pracę odbiorników nawigacji satelitarnej GNSS. Omówiono podatność tych odbiorników na ataki elektroniczne typu zagłuszanie oraz spoofing. Polegają one na celowej emisji sygnałów niepożądanych w paśmie pracy systemu. Następnie przedstawiono koncepcję przeciwdziałania tego rodzaju zakłóceniom przez adaptacyjne kształtowanie charakterystyki kierunkowej odbiornika wieloantenowego. Scharakteryzowano algorytmy umożliwiające uzyskanie pożądanego kształtu tej charakterystyki, w zależności od zakresu informacji o źródle zakłócenia oraz od kryterium optymalizacji. Zaprezentowano również, obrazujące działanie poszczególnych algorytmów, wyniki symulacji komputerowych. Opisano kwestie wymagające uwzględnienia przy praktycznej implementacji układu eliminacji zakłóceń GNSS opartego na adaptacyjnym przetwarzaniu przestrzennym. Słowa kluczowe: GNSS, zakłócanie, obrona elektroniczna, przestrzenne przetwarzanie sygnałów.Odbiorniki globalnych systemów nawigacji satelitarnej (GNSS - Global Navigation Satellite System) stanowią obecnie najpowszechniejsze źródło informacji o położeniu i prędkości obiektów pozostających w otwartej przestrzeni. Są one również używane jako precyzyjne wzorce czasu, umożliwiające synchronizację taktu zegarów znajdujących się w odległych lokalizacjach. Spektrum zastosowań odbiorników GNSS nieustannie się rozszerza, obejmując również takie aplikacje, które wymagają wysokiego poziomu niezawodności i dostępności informacji przesyłanych przez satelity nawigacyjne. Pochodząca z systemu GPS (Global Positioning System) informacja o czasie jest używana np. do synchronizacji stacji bazowych niektórych sieci komórkowych, zapewnienia poprawnego działania nowoczesnych sieci elektroenergetycznych (tzw. smart grid) czy też ustalania dokładnych chwil transakcji bankowych [1]. Skala uzależnien[...]

  1. WSTĘP Badania i rozwój w dziedzinie nawigacji i systemów lokalizacyjnych aktualnie w dużej mierze skupiają się wokół problemu określania położenia obiektów w środowiskach zamkniętych. Na zewnątrz budynków powszechnie używa się odbiorników satelitarnych systemów nawigacyjnych GNSS, które, za sprawą coraz liczniejszych konstelacji satelitów, umożliwiają ustalenie pozycji z dokładnością nawet rzędu jednego metra. W przypadku systemów działających w środowiskach zamkniętych (budynki, tunele, kopalnie itp.) korzystanie z systemów GNSS jest niemożliwe z uwagi na zbyt silne tłumienie sygnałów pochodzących z satelitów. W związku z tym poszukiwane są alternatywne metody lokalizacji, wykorzystujące dane pomiarowe pochodzące z czujników różnego typu. Jedną z możliwości jest zastosowanie szerokopasmowych modułów radiowych, umożliwiających realizację dokładnych pomiarów czasu propagacji sygnału pomiędzy urządzeniami. W warunkach bezpośredniej widoczności anten, zmierzone czasy propagacji odpowiadają odległościom pomiędzy lokalizowanym obiektem a stacjami referencyjnymi. W oparciu o wyniki pomiarów odległości i znajomość pozycji stacji referencyjnych, określenie położenia obiektu jest możliwe przy użyciu metody trilateracji. Przy bezbłędnych pomiarach odległości, lokalizację obiektu wyznacza punkt przecięcia okręgów lub sfer o środkach określonych współrzędnymi stacji referencyjnych i promieniach równych zmierzonym odległościom. W przypadku lokalizacji dwuwymiarowej, dla każdej z N stacji referencyjnych można zapisać równanie w postaci: (𝑋𝑛 - 𝑥𝑜 )2 + (𝑌𝑛 - 𝑦𝑜 )2 = 𝑑𝑛 2 , (1) gdzie [Xn,Yn] to współrzędne n-tej stacji referencyjnej, [xo,yo] to poszukiwane położenie lokalizowanego węzła, a dn to odległość węzła od n-tej stacji. Określenie pozycji węzła na płaszczyźnie wymaga znajomości odległości od przynajmniej trzech stacji referencyjnych. W takim wypadk[...]

  REMOTE MONITORING SYSTEM OF PERSONS POSITION IN INDOOR ENVIRONMENT Streszczenie: Referat zawiera opis uzyskanych rezultatów projektowych i konstrukcyjnych systemu lokalizacyjnego przeznaczonego do monitoringu i prezentacji położenia osób w obiektach (budynki, budowle), w których proces lokalizacji metodami radiowymi jest utrudniony. Przedstawione zostały elementy składowe systemu oraz uzyskane parametry użytkowe. Abstract: This paper contains a brief description of an indoor positioning system designed to work in closed environments, where navigation based only on radio wave propagation may be inefficient. We present design and construction features, as well as system components and performance characteristics. Słowa kluczowe: lokalizacja wewnątrzbudynkowa, nawigacja inercyjna, radiowe pomiary odległości, technika ultraszerokopasmowa. Keywords: indoor positioning, inertial navigation, radio distance measurements, ultra wideband. 1. WSTĘP Pomimo szerokiej dostępności i uniwersalności zastosowań globalnych systemów nawigacji satelitarnej (GNSS, ang. Global Navigation Satellite System), zapotrzebowanie na dedykowane, lokalne systemy nawigacyjne i lokalizacyjne stale wzrasta. Budowa takich systemów jest ściśle podporządkowana zdefiniowanym warunkom pracy, w tym wielkości obszaru, na którym ma być świadczona usługa lokalizacyjna, własnościom środowiska oraz wymaganiom funkcjonalnym, wpływającym na rodzaj technologii, która może być użyta do pozyskiwania danych pozycyjnych. Nie inaczej było ze zrealizowanym w laboratorium Katedry Systemów i Sieci Radiokomunikacyjnych Politechniki Gdańskiej systemem lokalizacyjnym (nazwa robocza: SALON), dostosowanym pod względem sposobu określania pozycji oraz przesyłanych danych użytkowych do specyfiki pracy operacyjnej wybranych służb porządku publicznego. Poniżej przedstawione zostaną założenia początkowe i narzucone wymogi odnośnie funkcjonalności systemu, jego elementy składowe oraz uz[...]