Методы геолокации в SIGINT

1. Разница во времени прихода (Time Difference of Arrival, TDOA)

Этот метод предполагает измерение разницы во времени прихода сигнала на несколько приемных станций. Вычисление временной задержки позволяет триангулировать местоположение источника.  Основной принцип TDOA заключается в том, что чем дальше источник сигнала находится от приемной станции, тем больше времени требуется для того, чтобы сигнал достиг этой станции.

Рассмотрим сценарий, в котором имеются три приемные станции, обозначенные A, B и C, и источник сигнала X, который мы хотим обнаружить. Каждая приемная станция оснащена точной временной синхронизацией.

• В определенный момент времени источник сигнала X передает сигнал.
• Сигнал распространяется по воздуху и достигает приемных станций A, B и C в разное время из-за их разной удаленности от источника.
• Каждая приемная станция с высокой точностью фиксирует время приема сигнала.
• Сравнивая времена прихода сигнала на три станции, можно рассчитать разность времен прихода (TDOA), а сравнивая с известными расстояниями между приемными станциями, можно определить местоположение источника. Точность оценки геолокации зависит от точности измерения времени, количества приемных станций и их геометрического расположения.

2. Мультилатерация (Multilateration), также иногда называется гиперболическое позиционирование

Этот метод предполагает использование нескольких приемных станций для измерения временной задержки или разности фаз сигнала. Комбинируя эти измерения, можно определить местоположение источника.

Мультилатерация часто используется в тех случаях, когда прямые измерения прямой видимости или углов прихода сигнала невозможны или неточны.

Гиперболическое позиционирование достаточно похоже на TDOA.

Основное различие между TDOA и гиперболическим позиционированием заключается в алгоритмах, используемых для геолокации. TDOA обычно предполагает триангуляцию на основе измерений времени, а гиперболическое позиционирование использует для оценки местоположения источника гиперболические кривые, сформированные на основе измерений TDOA. Оба метода основаны на измерениях TDOA, но используют различные математические подходы к определению геолокации.

3. Пеленгация (Direction Finding, DF)

Методы DF предполагают использование антенных решеток или вращающихся антенн для определения направления прихода сигнала. Комбинируя измерения из нескольких точек, можно оценить местоположение источника сигнала с помощью триангуляции или других алгоритмов. Здесь используется измерение углов прихода сигнала на нескольких приемных станциях. Методы DF особенно полезны для определения азимута или горизонтального угла источника сигнала.

• В определенный момент времени источник сигнала передает сигнал.
• Каждая приемная станция обнаруживает сигнал и измеряет угол прихода или направление сигнала, используя свои возможности пеленгации. Это может быть сделано путем анализа разности фаз или интенсивности сигнала по всей антенной решетке или путем механического поворота антенны для поиска пикового уровня сигнала.
• Каждая приемная станция регистрирует измеренные углы или направления.
• Комбинируя измеренные углы прихода от нескольких приемных станций, можно оценить местоположение источника сигнала.

Для уточнения геолокации в методику может быть включена дополнительная информация, такая как уровень сигнала, частотный анализ и доплеровский сдвиг.

4. Угол прибытия (Angle of Arrival, AOA)

AOA определяет направление или угол, под которым сигнал поступает на приемную станцию. Этот метод предполагает использование антенных решеток или вращающихся антенн для измерения угла прихода сигнала. Комбинируя результаты измерений с нескольких антенн или антенных решеток, можно определить местоположение источника сигнала с помощью триангуляции или других алгоритмов. AOA особенно полезна для определения пеленга или азимута источника сигнала.

Что-то похожее мы уже видели в третьем пункте, правда?

AOA - это метод геолокации, который предполагает измерение направления или угла, под которым сигнал поступает на приемную станцию. При этом основное внимание уделяется определению азимута или горизонтального угла источника сигнала. Для измерения угла прихода сигнала в методах AOA обычно используются антенные решетки или вращающиеся антенны. Анализируя углы прихода сигнала от нескольких приемных станций, можно оценить местоположение источника сигнала. AOA широко используется в таких приложениях, как радарные системы, беспроводные сети связи и локализация излучателей.

А DF - это более широкий термин, он включает в себя определение азимутального или углового направления, с которого поступает сигнал. В методах DF могут использоваться различные методы, включая антенные решетки, вращающиеся антенны, интерферометрию (интерферометрия — это семейство методов, в которых складываются волны, обычно электромагнитные, вызывая явление интерференции, которое используется для извлечения информации) и другие методы обработки сигналов. Задача DF - определить направление сигнала, и она может использоваться не только для геолокации, но и для мониторинга, перехвата или отслеживания сигналов. DF широко используется в таких приложениях, как коммуникационная разведка (COMINT), радиомониторинг и анализ сигналов.

Поэтому получается, что основное различие между AOA и DF заключается в области их применения. AOA ориентирована на измерение угла прихода сигнала для оценки местоположения источника, а DF включает в себя более широкий набор методов определения направления или пеленга источника сигнала, которые могут напрямую включать или не включать оценку местоположения источника.

5. Частотная разность прихода (Frequency Difference of Arrival, FDOA)

В основе FDOA лежит эффект Доплера, который приводит к изменению частоты сигнала вследствие относительного движения между передатчиком и приемником. Анализируя сдвиг частоты сигнала, принятого в нескольких точках, можно определить местоположение источника.

Эффект Доплера или доплеровский сдвиг возникает при движении наблюдателя относительно источника излучения (или наоборот) и заключается в изменении длины волны или частоты сигнала. Классическим примером данного эффекта является слышимое изменение высоты звука от проезжающей мимо машины скорой помощи.

Алгоритм здесь будет такой же, как и в предыдущих методах, только измеряться будет другая величина.

А точность геолокации FDOA будет зависеть от таких факторов, как точность измерения частоты, количество и распределение приемных станций, стабильность частоты источника сигнала, наличие других факторов, влияющих на измеряемую частоту, например, многолучевое распространение или помехи сигнала.

6. Анализ распространения радиочастот (Radio Frequency Propagation Analysis)

Этот метод включает анализ характеристик распространения радиоволн, таких как уровень сигнала, многолучевое распространение и затухание сигнала для оценки местоположения источника сигнала.

Многолучевое распространение (multipath effects) — это явление, при котором сигнал GPS поступает на антенну приемника более чем по одному пути.

Метод должен учитывать дополнительные факторы: многолучевое распространение, отражения сигнала или ослабление сигнала из-за препятствий или источников помех.

Анализ распространения радиосигнала, помимо sigint, используется в планировании беспроводных сетей, оптимизации сотовых сетей и анализ радиопокрытия. Он позволяет определить зоны покрытия сигнала, выявить участки со слабым или сильным уровнем сигнала, а также обнаружить источники помех.

7. Функция перекрестной неоднозначности (Cross Ambiguity Function, CAF)

CAF - это метод, используемый для анализа характеристик модуляции или формы сигнала. Она предполагает кросс-корреляцию (также называется взаимнокорреляционная функция: стандартный метод оценки степени корреляции двух последовательностей. Она часто используется для поиска в длинной последовательности более короткой заранее известной) принимаемого сигнала с шаблонным сигналом в диапазоне временных задержек или частотных смещений. По полученному графику CAF можно оценить временную задержку или частотное смещение, что может быть использовано для геолокации. CAF особенно полезен при работе с сигналами, имеющими сложную модуляцию или распределенный спектр.

Например, если на графике CAF наблюдается пик при определенной временной задержке, то это говорит о том, что источник сигнала, скорее всего, находится на расстоянии, соответствующем этой временной задержке, умноженной на скорость распространения.