CRPA

Antena CRPA (ang. controlled reception pattern antenna, dosł. „antena o kontrolowanej charakterystyce odbiorczej”) – adaptacyjny, wieloelementowy szyk antenowy współpracujący z układem przetwarzania sygnałów, stosowany przede wszystkim do zwiększania odporności odbiorników GNSS, w tym GPS, na celowe zakłócanie (ang. jamming). W polskiej praktyce technicznej stosowane jest określenie „antena typu CRPA”. CRPA wykorzystuje przestrzenne przetwarzanie sygnałów do adaptacyjnego kształtowania charakterystyki odbiorczej szyku, w szczególności do tworzenia minimów charakterystyki w kierunkach źródeł sygnałów zakłócających. Metody przestrzennego przetwarzania sygnałów mogą być również wykorzystywane do wykrywania i eliminacji fałszywych sygnałów GNSS podczas spoofingu.

Zasada działania

CRPA składa się z kilku elementów antenowych rozmieszczonych w określonej konfiguracji przestrzennej. Sygnał docierający do poszczególnych elementów szyku ma różne przesunięcia fazowe, zależne od kierunku nadejścia fali i geometrii szyku. Na podstawie tych różnic układ przetwarzania może rozróżniać przestrzenne kierunki nadejścia sygnałów i odpowiednio dobierać zespolone współczynniki wagowe sygnałów z poszczególnych elementów antenowych.

Odpowiedni dobór współczynników wagowych pozwala na adaptacyjne kształtowanie charakterystyki odbiorczej szyku antenowego. W polskiej literaturze radiokomunikacyjnej proces ten jest opisywany m.in. jako przestrzenne przetwarzanie sygnałów (ang. spatial signal processing) lub filtracja przestrzenna (ang. spatial filtering). Dzięki temu możliwe jest zwiększenie czułości w wybranych kierunkach oraz silne tłumienie sygnałów dochodzących z innych kierunków.

W przypadku GNSS sygnały użyteczne są odbierane z różnych kierunków, odpowiadających położeniu poszczególnych satelitów nawigacyjnych. Sygnał pojedynczego naziemnego źródła zakłócającego dociera natomiast z określonego kierunku. Pozwala to na przestrzenne rozdzielenie sygnałów użytecznych i zakłócających.

Do celowych oddziaływań na sygnały GNSS zalicza się m.in.:

zakłócanie (ang. jamming) – celową emisję sygnału zakłócającego, której skutkiem może być pogorszenie lub uniemożliwienie odbioru sygnałów GNSS;
fałszowanie (ang. spoofing), w polskiej literaturze określane również bezpośrednio terminem spoofing – transmisję fałszywych sygnałów imitujących sygnały pochodzące z satelitów, której celem jest doprowadzenie do wyznaczenia przez odbiornik nieprawidłowych informacji o położeniu, prędkości lub czasie.

Na jakość odbioru GNSS wpływają ponadto zjawiska niebędące celowym zakłócaniem, w tym przesłonięcie części satelitów przez teren lub zabudowę oraz propagacja wielodrogowa (ang. multipath propagation, multipath), w której do anteny oprócz sygnału bezpośredniego docierają jego składowe odbite od otoczenia. Wielodrogowość może pogarszać zarówno dokładność pomiarów GNSS, jak i skuteczność przestrzennego tłumienia źródła spoofingu, ponieważ jego sygnał może wówczas docierać do szyku antenowego z kilku kierunków.

Budowa

Typowy system CRPA obejmuje:

szyk antenowy (ang. antenna array) – zespół kilku elementów antenowych o znanym wzajemnym położeniu; stosowane są m.in. układy cztero- i siedmioelementowe;
wieloantenowy tor odbiorczy – oddzielne tory sygnałowe dla poszczególnych elementów antenowych, umożliwiające zachowanie informacji o amplitudzie i fazie odbieranych sygnałów; w polskich pracach dotyczących systemów antyspoofingowych stosowane jest określenie przetwarzanie wieloantenowe;
układ przetwarzania sygnałów (ang. signal processing unit) – procesor realizujący estymację parametrów przestrzennych odbieranych sygnałów i wyznaczający współczynniki wagowe służące do kształtowania charakterystyki odbiorczej;
interfejs do odbiornika GNSS – układ przekazujący sygnał po filtracji przestrzennej do właściwego odbiornika nawigacyjnego; niektóre rozwiązania CRPA są projektowane tak, aby mogły współpracować ze standardowym odbiornikiem GNSS bez modyfikacji jego zasadniczego toru przetwarzania.

W badaniach prowadzonych na Politechnice Gdańskiej do przestrzennego wykrywania i eliminowania fałszywych sygnałów GPS zastosowano czteroelementowy szyk antenowy, którego elementy rozmieszczono w wierzchołkach kwadratu. Sygnały z czterech anten były następnie przetwarzane w oddzielnych, zsynchronizowanych torach odbiorczych.

Przetwarzanie przestrzenne

Do podstawowych metod wykorzystywanych w adaptacyjnych szykach antenowych należą:

formowanie wiązki (ang. beamforming) – takie fazowanie i ważenie sygnałów z poszczególnych elementów szyku, aby wiązka główna charakterystyki kierunkowej była skierowana na źródło sygnału użytecznego. Termin „formowanie wiązki” jest stosowany w polskiej literaturze dotyczącej anten adaptacyjnych i odbioru GNSS;

kształtowanie zer lub sterowanie zerami (ang. null steering, także zero forcing) – dobór współczynników wagowych w taki sposób, aby w kierunku źródła sygnału niepożądanego powstało zero, czyli głębokie minimum charakterystyki odbiorczej. W polskich publikacjach dotyczących przeciwdziałania spoofingowi GPS stosowane jest przede wszystkim określenie „kształtowanie zer”;

filtracja przestrzenna (ang. spatial filtering) – selekcja sygnałów na podstawie ich parametrów przestrzennych, przede wszystkim kierunku nadejścia. W rozwiązaniach antyspoofingowych filtracja przestrzenna może służyć do tłumienia sygnałów fałszywych docierających z kierunku spoofera przy zachowaniu możliwości odbioru sygnałów satelitarnych.

W klasycznej metodzie kształtowania zer liczba niezależnych kierunków, z których sygnały mogą być jednocześnie silnie tłumione, zależy od liczby elementów szyku. Dla szyku złożonego z M elementów możliwe jest utworzenie zer dla maksymalnie M − 1 niezależnych kierunków zakłóceń.

W bardziej zaawansowanych systemach stosowane może być adaptacyjne przetwarzanie przestrzenno-czasowe(inne języki) (ang. space-time adaptive processing, STAP), w którym jednocześnie wykorzystywane są informacje przestrzenne pochodzące z wielu elementów szyku oraz informacje wynikające ze zmian sygnału w czasie. Termin „adaptacyjne przetwarzanie przestrzenno-czasowe” jest stosowany w polskiej literaturze radiolokacyjnej. W systemach CRPA spotykane jest również adaptacyjne przetwarzanie przestrzenno-częstotliwościowe (ang. space-frequency adaptive processing, SFAP), wykorzystujące zależności przestrzenne i częstotliwościowe odbieranych sygnałów.

Zobacz też

cross-pol jamming

Przypisy

↑ Dostawa odbiornika GNSS RTK, z obsługą Galileo HAS i OSNMA, wraz z anteną typu Choke-Ring oraz odbiornika GNSS RTK, z obsługą Galileo OSNMA, wraz z anteną typu CRPA [online], Instytut Łączności – Państwowy Instytut Badawczy, 13 kwietnia 2026 [dostęp 2026-09-22] .
1 2 3 4 MichaelM. Jones MichaelM., Anti-jam technology: Demystifying the CRPA [online], GPS World, 12 kwietnia 2017 [dostęp 2026-09-22] (ang.).
1 2 3 4 5 JarosławJ. Magiera JarosławJ., Ryszard J.R.J. Katulski Ryszard J.R.J., Analiza i badania systemu antyspoofingowego GPS, „Przegląd Elektrotechniczny”, 91 (3), 2015, s. 66–69, DOI: 10.15199/48.2015.03.15, ISSN 0033-2097 .
↑ JarosławJ. Magiera JarosławJ., Ryszard J.R.J. Katulski Ryszard J.R.J., Metody ochrony przed spoofingiem w systemach nawigacji satelitarnej GNSS, „Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne” (1), 2015, s. 5–10, DOI: 10.15199/59.2015.1.2, ISSN 1230-3496 .
1 2 3 4 JarosławJ. Magiera JarosławJ., Analiza i badania systemu antyspoofingowego GPS, Gdańsk: Politechnika Gdańska, 2015, s. 29–31 [dostęp 2026-09-22] .
1 2 3 4 JarosławJ. Magiera JarosławJ., Ryszard J.R.J. Katulski Ryszard J.R.J., Efektywność filtracji przestrzennej sygnałów w przeciwdziałaniu spoofingowi GPS, „Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne” (6), 2014, s. 294–297, ISSN 1230-3496 .
1 2 3 DariuszD. Zmysłowski DariuszD., Grzegorz JacekG.J. Stach Grzegorz JacekG.J., Zakłócanie GNSS – idea, aspekty techniczne i uwarunkowania prawne, „Cybersecurity and Law”, 13 (1), 2025, s. 158–177, DOI: 10.35467/cal/214604, ISSN 2658-1493 [dostęp 2026-09-22] .
↑ JarosławJ. Magiera JarosławJ., Analiza i badania systemu antyspoofingowego GPS, Gdańsk: Politechnika Gdańska, 2015, s. 145–148 [dostęp 2026-09-22] .
↑ FredericF. Leveau FredericF., SoleneS. Boucher SoleneS., ErwanE. Goron ErwanE., HerveH. Lattard HerveH., Anti-Jam Protection by Antenna [online], GPS World, 1 lutego 2013 [dostęp 2026-09-22] (ang.).
↑ JarosławJ. Magiera JarosławJ., RyszardR. Katulski RyszardR., Pomiarowa ocena efektywności systemu antyspoofingowego opartego na przetwarzaniu wieloantenowym, „Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne” (6), 2016, s. 245–248, DOI: 10.15199/59.2016.6.17, ISSN 1230-3496 .
↑ JarosławJ. Magiera JarosławJ., Analiza i badania systemu antyspoofingowego GPS, Gdańsk: Politechnika Gdańska, 2015, s. 154–155 [dostęp 2026-09-22] .
↑ AnnaA. Ślesicka AnnaA., AdamA. Kawalec AdamA., Analiza porównawcza algorytmów adaptacyjnego przetwarzania przestrzenno-czasowego w zastosowaniach radiolokacyjnych, „Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej”, 69 (2), 2020, s. 129–147, DOI: 10.5604/01.3001.0014.5649, ISSN 1234-5865 .

[IL_CRPA-1] Dostawa odbiornika GNSS RTK, z obsługą Galileo HAS i OSNMA, wraz z anteną typu Choke-Ring oraz odbiornika GNSS RTK, z obsługą Galileo OSNMA, wraz z anteną typu CRPA [online], Instytut Łączności – Państwowy Instytut Badawczy, 13 kwietnia 2026 [dostęp 2026-09-22] .

[gpsworld-demystify-2] 1 2 3 4 MichaelM. Jones MichaelM., Anti-jam technology: Demystifying the CRPA [online], GPS World, 12 kwietnia 2017 [dostęp 2026-09-22] (ang.).

[Magiera2015PE-3] 1 2 3 4 5 JarosławJ. Magiera JarosławJ., Ryszard J.R.J. Katulski Ryszard J.R.J., Analiza i badania systemu antyspoofingowego GPS, „Przegląd Elektrotechniczny”, 91 (3), 2015, s. 66–69, DOI: 10.15199/48.2015.03.15, ISSN 0033-2097 .

[Magiera2015PT-4] JarosławJ. Magiera JarosławJ., Ryszard J.R.J. Katulski Ryszard J.R.J., Metody ochrony przed spoofingiem w systemach nawigacji satelitarnej GNSS, „Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne” (1), 2015, s. 5–10, DOI: 10.15199/59.2015.1.2, ISSN 1230-3496 .

[MagieraPhD-5] 1 2 3 4 JarosławJ. Magiera JarosławJ., Analiza i badania systemu antyspoofingowego GPS, Gdańsk: Politechnika Gdańska, 2015, s. 29–31 [dostęp 2026-09-22] .

[Magiera2014-6] 1 2 3 4 JarosławJ. Magiera JarosławJ., Ryszard J.R.J. Katulski Ryszard J.R.J., Efektywność filtracji przestrzennej sygnałów w przeciwdziałaniu spoofingowi GPS, „Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne” (6), 2014, s. 294–297, ISSN 1230-3496 .

[Zmyslowski2025-7] 1 2 3 DariuszD. Zmysłowski DariuszD., Grzegorz JacekG.J. Stach Grzegorz JacekG.J., Zakłócanie GNSS – idea, aspekty techniczne i uwarunkowania prawne, „Cybersecurity and Law”, 13 (1), 2025, s. 158–177, DOI: 10.35467/cal/214604, ISSN 2658-1493 [dostęp 2026-09-22] .

[MagieraPhD2-8] JarosławJ. Magiera JarosławJ., Analiza i badania systemu antyspoofingowego GPS, Gdańsk: Politechnika Gdańska, 2015, s. 145–148 [dostęp 2026-09-22] .

[gpsworld2013-9] FredericF. Leveau FredericF., SoleneS. Boucher SoleneS., ErwanE. Goron ErwanE., HerveH. Lattard HerveH., Anti-Jam Protection by Antenna [online], GPS World, 1 lutego 2013 [dostęp 2026-09-22] (ang.).

[Magiera2016-10] JarosławJ. Magiera JarosławJ., RyszardR. Katulski RyszardR., Pomiarowa ocena efektywności systemu antyspoofingowego opartego na przetwarzaniu wieloantenowym, „Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne” (6), 2016, s. 245–248, DOI: 10.15199/59.2016.6.17, ISSN 1230-3496 .

[MagieraPhD3-11] JarosławJ. Magiera JarosławJ., Analiza i badania systemu antyspoofingowego GPS, Gdańsk: Politechnika Gdańska, 2015, s. 154–155 [dostęp 2026-09-22] .

[Slesicka2020-12] AnnaA. Ślesicka AnnaA., AdamA. Kawalec AdamA., Analiza porównawcza algorytmów adaptacyjnego przetwarzania przestrzenno-czasowego w zastosowaniach radiolokacyjnych, „Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej”, 69 (2), 2020, s. 129–147, DOI: 10.5604/01.3001.0014.5649, ISSN 1234-5865 .