7 research outputs found

    Avionics-based GNSS integrity augmentation performance in a jamming environment

    Get PDF
    Intentional and unintentional radiofrequency interference (i.e., jamming) can result in degraded navigation accuracy or complete loss of the GNSS signal tracking. Jammers can be classified into three broad categories: Narrowband Jammers (NBJ), Spread Spectrum Jammers(SSJ) and Wideband Gaussian Jammers (WGJ). In recent years, a number of effective jamming detection and anti-jamming (filtering and suppression) techniques have been developed for military GNSS applications and some of them are envisaged to be used for civil purposes (e.g., terrorist attacks). The synergies between these jamming detection techniques and our newly developed Avionics-Based Integrity Augmentation (ABIA) system are investigated in this paper. In particular, GNSS vulnerability to NBJ, SSJ and WGJ types of jamming is analytically described in terms of Jamming to Signal (J/S) tracking thresholds and the models for calculating the minimum acceptable aircraft-to-jammer ranges are presented. Simulation results demonstrate that the proposed ABIA architecture is capable of performing jamming detection and avoidance when GNSS is considered as the primary source of navigation data

    Development and application of devices for GNSS signal jamming

    Get PDF
    Uz razvoj tehnologija pozicioniranja putem globalnih navigacijskih satelitskih sustava (GNSS), razvijale su se i tehnologije ometanja prijema signala odaslanih sa satelita. Tako su nastali ometači (eng. jammer) GNSS signala – radio-frekvencijski odašiljači dizajnirani tako da blokiranjem, prigušivanjem ili drugim načinima ometanja signala djelomično ili u potpunosti onemogućavaju određivanje položaja u prostoru. Iako je u velikom dijelu svijeta ometanje radijskih signala ilegalno, korištenje ometača sve je češće u civilnim i vojnim djelatnostima. U ovom radu prikazana je teorijska osnova tehnologija za ometanje signala te primjena jednostavnog uređaja kratkog dometa za ometanje signala GPS (Global Positioning System) satelita na više različitih GPS prijamnika. Dobiveni rezultati međusobno su uspoređeni te analizirani.Besides the development of the positioning technologies that use the Global Navigation Satellite Systems (GNSS), the GNSS jamming technologies were developed. Thus, the GNSS signal jammers were invented - RF transmitters designed to block, reduce or otherwise interfere signals and partially or completely disable GNSS positioning. Although, in many countries around the world RF jamming is illegal, the use of the jamming devices is not very rare in the civilian and military activities. This paper presents the theoretical basis of the signal jamming technology and the application of the simple short range GPS (Global Positioning System) jammer on several different GPS receivers. The results were compared and analyzed

    A review of RFI mitigation techniques in microwave radiometry

    Get PDF
    Radio frequency interference (RFI) is a well-known problem in microwave radiometry (MWR). Any undesired signal overlapping the MWR protected frequency bands introduces a bias in the measurements, which can corrupt the retrieved geophysical parameters. This paper presents a literature review of RFI detection and mitigation techniques for microwave radiometry from space. The reviewed techniques are divided between real aperture and aperture synthesis. A discussion and assessment of the application of RFI mitigation techniques is presented for each type of radiometer.Peer ReviewedPostprint (published version

    Radio frequency interference detection and mitigation techniques for navigation and Earth observation

    Get PDF
    Radio-Frequency Interference (RFI) signals are undesired signals that degrade or disrupt the performance of a wireless receiver. RFI signals can be troublesome for any receiver, but they are especially threatening for applications that use very low power signals. This is the case of applications that rely on the Global Navigation Satellite Systems (GNSS), or passive microwave remote sensing applications such as Microwave Radiometry (MWR) and GNSS-Reflectometry (GNSS-R). In order to solve the problem of RFI, RFI-countermeasures are under development. This PhD thesis is devoted to the design, implementation and test of innovative RFI-countermeasures in the fields of MWR and GNSS. In the part devoted to RFI-countermeasures for MWR applications, first, this PhD thesis completes the development of the MERITXELL instrument. The MERITXELL is a multi-frequency total-power radiometer conceived to be an outstanding platform to perform detection, characterization, and localization of RFI signals at the most common MWR imaging bands up to 92 GHz. Moreover, a novel RFI mitigation technique is proposed for MWR: the Multiresolution Fourier Transform (MFT). An assessment of the performance of the MFT has been carried out by comparison with other time-frequency mitigation techniques. According to the results, the MFT technique is a good trade-off solution among all other techniques since it can mitigate efficiently all kinds of RFI signals under evaluation. In the part devoted to RFI-countermeasures for GNSS and GNSS-R applications, first, a system for RFI detection and localization at GNSS bands is proposed. This system is able to detect RFI signals at the L1 band with a sensitivity of -108 dBm at full-band, and of -135 dBm for continuous wave and chirp-like signals when using the averaged spectrum technique. Besides, the Generalized Spectral Separation Coefficient (GSSC) is proposed as a figure of merit to evaluate the Signal-to-Noise Ratio (SNR) degradation in the Delay-Doppler Maps (DDMs) due to the external RFI effect. Furthermore, the FENIX system has been conceived as an innovative system for RFI detection and mitigation and anti-jamming for GNSS and GNSS-R applications. FENIX uses the MFT blanking as a pre-correlation excision tool to perform the mitigation. In addition, FENIX has been designed to be cross-GNSS compatible and RFI-independent. The principles of operation of the MFT blanking algorithm are assessed and compared with other techniques for GNSS signals. Its performance as a mitigation tool is proven using GNSS-R data samples from a real airborne campaign. After that, the main building blocks of the patented architecture of FENIX have been described. The FENIX architecture has been implemented in three real-time prototypes. Moreover, a simulator named FENIX-Sim allows for testing its performance under different jamming scenarios. The real-time performance of FENIX prototype has been tested using different setups. First, a customized VNA has been built in order to measure the transfer function of FENIX in the presence of several representative RFI/jamming signals. The results show how the power transfer function adapts itself to mitigate the RFI/jamming signal. Moreover, several real-time tests with GNSS receivers have been performed using GPS L1 C/A, GPS L2C, and Galileo E1OS. The results show that FENIX provides an extra resilience against RFI and jamming signals up to 30 dB. Furthermore, FENIX is tested using a real GNSS timing setup. Under nominal conditions, when no RFI/jamming signal is present, a small additional jitter on the order of 2-4 ns is introduced in the system. Besides, a maximum bias of 45 ns has been measured under strong jamming conditions (-30 dBm), which is acceptable for current timing systems requiring accuracy levels of 100 ns. Finally, the design of a backup system for GNSS in tracking applications that require high reliability against RFI and jamming attacks is proposed.Les interferències de radiofreqüència (RFI) són senyals no desitjades que degraden o interrompen el funcionament dels receptors sense fils. Les RFI poden suposar un problema per qualsevol receptor, però són especialment amenaçadores per les a aplicacions que fan servir senyals de molt baixa potència. Aquest és el cas de les aplicacions que depenen dels sistemes mundials de navegació per satèl·lit (GNSS) o de les aplicacions de teledetecció passiva de microones, com la radiometria de microones (MWR) i la reflectometria GNSS (GNSS-R). Per combatre aquest problema, sistemes anti-RFI s'estan desenvolupament actualment. Aquesta tesi doctoral està dedicada al disseny, la implementació i el test de sistemes anti-RFI innovadors en els camps de MWR i GNSS. A la part dedicada als sistemes anti-RFI en MWR, aquesta tesi doctoral completa el desenvolupament de l'instrument MERITXELL. El MERITXELL és un radiòmetre multifreqüència concebut com una plataforma excepcional per la detecció, caracterització i localització de RFI a les bandes de MWR més utilitzades per sota dels 92 GHz. A més a més, es proposa una nova tècnica de mitigació de RFI per MWR: la Transformada de Fourier amb Multiresolució (MFT). El funcionament de la MFT s'ha comparat amb el d'altres tècniques de mitigació en els dominis del temps i la freqüència. D'acord amb els resultats obtinguts, la MFT és una bona solució de compromís entre les altres tècniques, ja que pot mitigar de manera eficient tots els tipus de senyals RFI considerats. A la part dedicada als sistemes anti-RFI en GNSS i GNSS-R, primer es proposa un sistema per a la detecció i localització de RFI a les bandes GNSS. Aquest sistema és capaç de detectar senyals RFI a la banda L1 amb una sensibilitat de -108 dBm a tota la banda, i de -135 dBm per a senyals d'ona contínua i chirp fen un mitjana de l'espectre. A més a més, el Coeficient de Separació Espectral Generalitzada (GSSC) es proposa com una mesura per avaluar la degradació de la relació senyal a soroll (SNR) en els Mapes de Delay-Doppler (DDM) a causa del impacte de les RFI. La major contribució d'aquesta tesi doctoral és el sistema FENIX. FENIX és un sistema innovador de detecció i mitigació de RFI i inhibidors de freqüència per aplicacions GNSS i GNSS-R. FENIX utilitza la MFT per eliminar la interferència abans del procés de correlació amb el codi GNSS independentment del tipus de RFI. L'algoritme de mitigació de FENIX s'ha avaluat i comparat amb altres tècniques i els principals components de la seva arquitectura patentada es descriuen. Finalment, un simulador anomenat FENIX-Sim permet avaluar el seu rendiment en diferents escenaris d'interferència. El funcionament en temps real del prototip FENIX ha estat provat utilitzant diferents mètodes. En primer lloc, s'ha creat un analitzador de xarxes per a mesurar la funció de transferència del FENIX en presència de diverses RFI representatives. Els resultats mostren com la funció de transferència s'adapta per mitigar el senyal interferent. A més a més, s'han realitzat diferents proves en temps real amb receptors GNSS compatibles amb els senyals GPS L1 C/A, GPS L2C i Galileo E1OS. Els resultats mostren que FENIX proporciona una resistència addicional contra les RFI i els senyals dels inhibidors de freqüència de fins a 30 dB. A més a més, FENIX s'ha provat amb un sistema comercial de temporització basat en GNSS. En condicions nominals, sense RFI, FENIX introdueix un petit error addicional de tan sols 2-4 ns. Per contra, el biaix màxim mesurat en condicions d'alta interferència (-30 dBm) és de 45 ns, el qual és acceptable per als sistemes de temporització actuals que requereixen nivells de precisió d'uns 100 ns. Finalment, es proposa el disseny d'un sistema robust de seguiment, complementari als GNSS, per a aplicacions que requereixen alta fiabilitat contra RFI.Postprint (published version

    Performance assessment of time–frequency RFI mitigation techniques in microwave radiometry

    Get PDF
    ©2017 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.Radio–frequency interference (RFI) signals are a well-known threat for microwave radiometry (MWR) applications. In order to alleviate this problem, different approaches for RFI detection and mitigation are currently under development. Since RFI signals are man made, they tend to have their power more concentrated in the time–frequency (TF) space as compared to naturally emitted noise. The aim of this paper is to perform an assessment of different TF RFI mitigation techniques in terms of probability of detection, resolution loss (RL), and mitigation performance. In this assessment, six different kinds of RFI signals have been considered: a glitch, a burst of pulses, a wide-band chirp, a narrow-band chirp, a continuous wave, and a wide-band modulation. The results show that the best performance occurs when the transform basis has a similar shape as compared to the RFI signal. For the best case performance, the maximum residual RFI temperature is 14.8 K, and the worst RL is 8.4%. Moreover, the multiresolution Fourier transform technique appears as a good tradeoff solution among all other techniques since it can mitigate all RFI signals under evaluation with a maximum residual RFI temperature of 21 K, and a worst RL of 26.3%. Although the obtained results are still far from an acceptable bias Misplaced < 1 K for MWR applications, there is still work to do in a combined test using the information gathered simultaneously by all mitigation techniques, which could improve the overall performance of RFI mitigation.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

    Kulkutavanpäättelyalgoritmit GPS-aineistossa

    Get PDF
    The purpose of this study was to find out what kinds of possibilities GPS has to offer for travel surveys. The study focused mainly on household travel surveys and, more specifically, the detection of mode of transport from GPS data. The results can also be applied to other kinds of traffic and travel surveys where the reasons behind travel, methods of transport and characteristics of trips are studied. Traditional methods, such as interviews and travel diaries, have their limitations. Answering all the questions is often a time-consuming task for respondents, response rates are falling, some trips are forgotten altogether, and estimates about travel distances and durations are inaccurate. Because of these weaknesses, new methods have been developed. Their goal is to automatize the data collection and thus facilitate participation in studies, enhanee data quality and, if possibie, also to reduce costs. Using GPS devices is but one of these new methods. First, relevant literature was examined to find out what kinds of possibilities GPS offers to travel surveys, what limitations there are to the technique and what kinds of surveys have already been carried out. In addition, automatized processes for detecting information needed in travel surveys - mode, purpose of trip, route - from GPS data were examined. The focus was especially on algorithms for detecting the mode of transport from GPS data. The study included a pilot study of 50 persons carrying a GPS device to gather travel data. They also kept an extensive travel diary including times and modes of transport used. Based on this data, a mode detection algorithm was developed. The quality of a mode detection algorithm depends on what modes need to be distinguished and the information available on the traffic system. The best algorithms can detect the mode correctly in 95 percent of trips. In this study, the result was around 80 percent. The modes detected were walking, bike, ear, bus, tram, metro and train, and geographic information about public transport stops was used in addition to the GPS data. It is possible to improve the results, for example by using more geographic information such as public transport routes. Using GPS is a promising method, but it cannot he used to gather all the information that is nowadays gathered in household travel surveys. Thus GPS cannot fully replace the methods currently in use, but can only complement them. Using GPS also brings new risks to the surveys. The costs and the quality of data have to he assessed beforehand.Tämän työn tarkoituksena oli selvittää, millaisia mahdollisuuksia GPS-paikannus tuo liikkumisen tutkimiseen. Työssä keskityttiin lähinnä henkilöliikennetutkimuksiin, ja niissä tarkemmin kulkutavan päättelemiseen GPS-aineistosta. Tuloksia voidaan kuitenkin soveltaa myös muunlaisissa liikenne- ja liikkumistutkimuksissa, joissa kerätään tietoa muun muassa liikkumisen syistä, käytetyistä kulkutavoista ja matkojen ominaisuuksista. Perinteisten tutkimusmenetelmien, kuten haastattelujen ja matkapäiväkirjojen, käytössä on omat rajoituksensa. Vastaaminen on usein työlästä, joten vastausprosentit pienenevät, osa matkoista unohdetaan ja arviot matkojen kestoista ja pituuksista ovat epätarkkoja. Tutkimusten avuksi on siksi kehitetty uusia menetelmiä. Niiden tarkoituksena on automatisoida tiedonkeruuta ja siten helpottaa tutkimuksiin osallistumista, parantaa kerätyn aineiston laatua ja parhaassa tapauksessa myös pienentää kustannuksia. GPS-laitteiden käyttö on yksi tällainen menetelmä. Aluksi selvitettiin kirjallisuudesta, millaisia mahdollisuuksia ja toisaalta rajoituksia GPS-paikannus tuo liikkumistutkimuksiin ja millaisia tutkimuksia on jo toteutettu. Lisäksi selvitettiin, millaisia automatisoituja prosesseja tarvitaan, jotta GPS-aineistosta voidaan päätellä liikkumistutkimuksissa tarvittava tietoja, kuten kulkutapa, matkan tarkoitus ja reitti. Erityisesti tutkittiin algoritmeja, joilla GPS-aineistosta voidaan päätellä käytetty kulkutapa. Työssä toteutettiin 50 hengen pilottitutkimus, jonka osallistujat keräsivät GPS-laitteilla aineistoa liikkumisestaan ja pitivät samalla tarkkaa matkapäiväkirjaa. Kerätyn aineiston perusteella toteutettiin kulkutavanpäättelyalgoritmi. Kulkutavanpäättelyalgoritmien hyvyys riippuu siitä, mitä kulkutapoja on tarpeen erottaa ja mitä lähtötietoja on käytettävissä. Kirjallisuudessa esiintyvät parhaat algoritmin tunnistavat kulkutavan oikein jopa 95 prosentissa matkoista. Tässä työssä kehitetty algoritmi tunnisti kulkutavan oikein noin 80 prosentissa matkoista pääkaupunkiseudun oloissa. Tunnistettavat kulkutavat olivat kävely, pyöräily, auto, bussi, raitiovaunu, juna ja metro ja lähtötietoina käytettiin GPS-aineiston lisäksi joukkoliikenteen pysäkkien paikkoja. Päättelytulosta on mahdollista parantaa esimerkiksi käyttämällä muitakin paikkatietoja, kuten joukkoliikenteen reittejä. GPS on lupaava menetelmä, mutta sillä ei pystytä keräämään kaikkia niitä tietoja, joita esimerkiksi henkilöliikennetutkimuksissa nykyisin kerätään. Siksi GPS ei voi täysin korvata nykyisiä tutkimusmenetelmiä, vaan täydentää niitä. GPS:n käyttö tuo tutkimuksiin myös uudenlaisia riskejä. On pystyttävä etukäteen arvioimaan kustannuksia ja kerättävän tiedon laatua

    Autonomisen ja konventionaalisen irtolastialuksen elinkaarikustannukset

    Get PDF
    Merikuljetusmarkkinat ovat viime vuosina olleet kovien kustannuspaineiden alla ja nyt ratkaisuja ongelmaan on alettu hakea digitalisaatiosta. Autonomisten lastialusten on ehdotettu olevan keskeisessä asemassa meriliikenteen digitalisaatiossa. Tässä tutkielmassa arvioidaan autonomisen ja konventionaalisen irtolastialuksen elinkaarikustannuksia lyhyissä merikuljetuksissa Itämeren olosuhteissa aikavälillä 2020–2040. Keskeinen rajaus on alustyypin rajoittaminen noin 20 000 DWT:n niin sanottuun handysize-kokoiseen irtolastialukseen. Tässä tutkielmassa tehdään myös se rajaus, että varustamo hankkii rahoituksen ja ostaa aluksen ja operoi sillä itse. Autonomisiin aluksiin siirtymisen edellyttämät muutokset merenkulun kansainvälisessä ja kansallisessa sääntelyssä esim. IMO:n ja kansallisen sääntelyn osalta on rajattu tarkastelun ulkopuolelle. Tämä on – ja tulee olemaan – merkittävä hidaste siirtymään, vaikka teknologiset ratkaisut olisivatkin olemassa. Tutkielma on toteutettu Liikenteen turvallisuusvirasto Trafin toimeksiantona. Tutkielman metodologia on pääosin abduktiivista ja työssä on käytetty sekä kvantitatiivisia että kvalitatiivisia menetelmiä. Tutkielma on toteutettu siten, että aluksi on luotu kirjallisuuskatsauksen pohjalta kolme taloudellisesti ja poliittisesti erilaista tulevaisuuden skenaariota Itämeren alueelle, ja tämän jälkeen on kehitetty laskentamalli, jonka avulla autonomisen aluksen kustannuksia on verrattu konventionaalisen aluksen kustannuksiin eri tulevaisuudenskenaarioissa. Laskentamalli on rakennettu teorian ja testaamisen avulla vaiheittain. Tuloksista on nähtävissä, että tietyissä olosuhteissa autonomisella aluksella on selkeitä etuja konventionaaliseen alukseen verrattuna. Etenkin pitkillä matkoilla ja hitailla nopeuksilla autonominen alus on konventionaalista alusta kustannustehokkaampi alempien toimintakustannusten johdosta. Tämä on mahdollista kuitenkin vain, jos autonomiaan liittyvä teknologia onnistutaan kehittämään niin luotettavaksi, että alus saadaan mahdollisimman varhaisessa vaiheessa täysin miehittämättömäksi. Autonomisen aluksen kustannussäästöt perustuvat lähes kokonaan alempiin miehityskustannuksiin. Satamakustannusten osuus kokonaiskustannuksista tyypillisesti kasvaa mitä lyhemmästä merimatkasta on kyse, jolloin aluksen satamassa kuluttaman ajan osuus suhteessa merellä käytettyyn aikaan kasvaa. Mikäli autonomisiin aluksiin kohdistuisi yllättäviä korkeita satamakustannuksia, saattaisivat nämä kustannukset tehdä autonomisen aluksen monessa tilanteessa kannattamattomaksi. Tutkielman johtopäätös on, että autonomisilla aluksilla on potentiaalia erityisesti teollisuuden ns. systeemiliikenteessä, koska tälle liikenteelle tyypillisissä olosuhteissa autonomisen irtolastialuksen etuja päästään hyödyntämään parhaiten. On kuitenkin hyvin epätodennäköistä, että autonomiset irtolastialukset tulisivat kovin nopeasti korvaamaan konventionaalisia irtolastialuksia kaikissa kuljetuksissa suurten investointikustannusten ja vain hyvin pitkällä aikavälillä realisoituvien kustannussäästöjen takia
    corecore