Антенна с управляемой диаграммой направленности (CRPA): как она защищает GPS от помех
Антенна CRPA (антенна с управляемой диаграммой направленности) — это решётка элементов, которая формирует глубокие нули в направлении источников помех и при этом продолжает принимать спутники. Разбираем, как она работает, что даёт число элементов и как её выбрать.
Что такое антенна с управляемой диаграммой направленности?
Антенна с управляемой диаграммой направленности (антенна CRPA) — это антенна ГНСС из нескольких элементов, сигналы которых объединяются электронно. Обычная патч-антенна слышит всё небо одинаково, а антенна CRPA формирует свою диаграмму направленности в реальном времени: сохраняет усиление в сторону спутников и почти полностью убирает его в направлении источника помех.
В этом вся суть. Сигналы ГНСС приходят к земле с уровнем около −130 дБм — ниже теплового шума, поэтому передатчик мощностью в несколько ватт поблизости легко их заглушает. Антенна CRPA не пытается перекричать помеху: она просто перестаёт слушать направление, откуда та приходит.
Как антенна CRPA формирует нуль
Каждый элемент решётки принимает одну и ту же помеху с небольшой задержкой, потому что стоит в своей точке. Модуль подавления помех измеряет эти различия и задаёт каждому элементу весовой коэффициент так, чтобы при сложении выходов энергия помехи взаимно гасилась. В результате в диаграмме направленности появляется глубокий провал — нуль, направленный на источник помех.
Спутники эту операцию переживают: они разбросаны по небу и приходят одновременно со многих направлений. Подавление одного направления убирает помеху и почти не затрагивает спутниковый сигнал. Когда помеха или сама платформа движется, веса непрерывно пересчитываются, и нуль следует за источником.
Почему важно число элементов
Решётка из N элементов формирует не более N−1 независимых нулей. Это геометрия, а не прошивка, и именно она определяет, сколько независимых источников помех антенна CRPA подавляет одновременно. Четырёхэлементная антенна CRPA справляется с тремя помехами, семиэлементная — с шестью, восьмиэлементная — с семью, шестнадцатиэлементная — с пятнадцатью.
Больше элементов — это ещё и бóльшая апертура, масса и энергопотребление. Подробно об этом компромиссе — в статье сколько элементов CRPA вам нужно.
| Элементов | Макс. помех | Пример infoX | Масса | Подавление, 1 помеха |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 3 | TX-S65-4CH-SNB | ≤130 г | ≥95 dBc |
| 7 | 6 | TX2504-3T7A21C-WG-DT | ≤1200 г | ≥120 dBc |
| 8 | 7 | TX-8AT-FULL-KGR-34V | ≤720 г | ≥110 dBc |
| 16 | 15 | TX2511-16A-SNB | ≤1250 г | ≥100 dBc |
Антенна CRPA и обычная GPS-антенна
Обычная GPS-антенна — её ещё называют антенной с фиксированной диаграммой направленности (FRPA) — имеет одну неизменную диаграмму. Она не отличает спутник от помехи, поэтому, как только помеха становится сильнее спутников, приёмник теряет захват.
Антенна CRPA сохраняет работу приёмника в тех же условиях. Платить за это приходится габаритами, массой, энергопотреблением и ценой, поэтому антенны CRPA выбирают для платформ, где потеря навигации недопустима: БПЛА, eVTOL, наземных беспилотных машин, станций синхронизации времени и опорных станций.
Защищает ли антенна CRPA от спуфинга?
Спуфер — тоже передатчик в одной точке, поэтому вся его ложная группировка приходит с одного направления, чего не бывает с настоящими спутниками. Решётка, которая различает направления, способна подавить и спуфер. В линейке infoX защиту от спуфинга добавляют TX2501-AJS-4CH-DPA и TX2512-AJS-16CH-DPA: остаточное отношение C/N₀ ложного сигнала не превышает 20 дБ. Подробнее — в статье как работает защита от спуфинга.
Как выбрать антенну CRPA
Начинайте с платформы, а не со спецификации: масса полезной нагрузки, доступная мощность и место для установки отсекают большинство вариантов ещё до разговора о помехах. Затем подберите число элементов под ожидаемое число помех, проверьте нужные системы и диапазоны и решите, нужна ли защита от спуфинга.
Все восемь моделей infoX сравниваются в одной таблице на странице линейки антенн CRPA. Если сомневаетесь — пришлите описание платформы, и мы назовём модель.