Kuidas mõjutavad signaali häiringud ESTPOSi?

Mis on ESTPOS?

ESTPOS on Eesti riiklik GNSS tugijaamade võrk, mida haldab Maa- ja Ruumiamet. See süsteem koosneb statsionaarsetest vastuvõtjatest ehk tugijaamadest, mis koguvad pidevalt satelliitandmeid. ESTPOS võimaldab pakkuda täppis asukohamäärangu teenuseid, mille kaudu saavad kasutajad määrata oma asukohta sentimeetri täpsusega.

ESTPOS usaldusväärne töö on aga tugevalt sõltuv GNSS-signaalide kvaliteedist. Joonisel 1 on toodud ESTPOS võrgu skeem 2025. aasta aprilli kuu seisuga.

Mis on GNSS-signaali häiring?

GNSS tugineb kosmosepõhisele raadiosignaalides sisalduvale teabele, kuid need raadiosignaalid on maapinna lähedal nii nõrgad, et neid võivad kergesti nii looduslikud kui ka inimtegevustest tingitud häiringud. Signaali häiring tähendab olukorda, kus seadme võime satelliidisignaali vastu võtta või töödelda on halvenenud.

Häiringuid on mitut liiki:

Looduslik häiring – päikesetormid (virmalised), suur õhuniiskuse kõikumine, signaali peegeldumine hoonetelt või veepindadelt.

Tahtmatu häiring – põhjustatud seadmetest, mille eesmärk pole GNSS-signaali mõjutada, kuid mis seda siiski teevad. Elektromagnetiline müra ehitusseadmetelt, raadiosaatjatelt või elektriliinidelt. Vigased GNSS-seadmed või antennid ning sageduslik ülekate teiste raadioside allikatega.

Tahtlik häiring - Selle eesmärk on sihilikult segada GNSS-signaali vastuvõttu. Need jagatakse kaheks:

1. Segamine (ingl. k jamming)

Signaali segamine on teenuse nõrgendamine genereeritud müraga nii, et GNSS-vastuvõtja ei suudaks enam satelliidisignaali eristada (Joonis 2).

2. Võltsimine (ingl. k spoofing)

Signaali võltsimine üritab vastuvõtjat sundida näitama vale asukohta või aega (Joonis 3).

ESTPOS ja häiringud

Magistritöö esimene eesmärk oli tuvastada GNSS-signaali häiringuid ESTPOS tugijaamade andmetes ja andmevoogudes. Selleks koostati tugijaama andmevoogudest erinevaid väljundeid: satelliitide taevakaart, signaali kvaliteedi graafikud ja reaalaja graafikud. Need graafikud võimaldavad visuaalselt hinnata signaali kvaliteeti ning tuvastada võimalikud häiringud ajas ja ruumis. Graafikud on nähtavad Maa- ja Ruumiameti geoportaalist: GNSS tugijaamade graafikud | Geoportaal | Maa- ja Ruumiamet

Kuigi tugijaamade signaali kvaliteedi kohta on koostatud rohkelt graafikuid, on signaali kvaliteedi hindamiseks kõige selgemad ja informatiivsemad just satelliitide arvu ning signaali-müra suhte (SNR) väärtuste põhjal koostatud graafikud. Need näitajad võimaldavad tuvastada võimalikke häiringuid ja üldist signaali vastuvõtu stabiilsust.

Joonis 4 kujutab signaali-müra suhte graafikut tavapärases olukorras, samas kui joonis 5 illustreerib olukorda, kus on esinenud signaali häiringud. SNR graafikutel on toodud ka veapiirid, mis näitavad signaali häiringu esinemist, st kui signaal ulatub veapiiridest üles-või allapoole. Lisaks viitab joonisel 5 nähtav andmete katkendlikkus samuti häiringu esinemisele, kuna see tähendab ajutist signaalikadu või andmevoo katkestust.

Reaalajaandmetest loodi ka reaalaja kaart (Joonis 6). Reaalaja kaardil on neli staatust: roheline, kollane, punane ja must, kus staatuse annab SNR väärtus või andmete puudumine. Häiringuid saab kergelt tuvastada madala SNR väärtusega, mis viitab väga nõrgale signaalile. Tänu sellele oleme avastanud, et häiringud on peamiselt Ida-Eestis.

Lisaks tuvastati ESTPOS tugijaama andmetest ka looduslikke häiringuid, mida põhjustab päikese kõrge aktiivsus, kuna hetkel oleme päikese aktiivsuse tsükli tipus. Selle mõju avaldus eelkõige reaalajas kinemaatilise (RTK) võrguparandi kvaliteedi halvenemises, mille tulemusena suurenes asukohamäärangu viga kuni 5 sentimeetrini. Samuti täheldati virmaliste kõrghetkel signaali mitmeteelisuse suurenemist – signaali teekond pikenes maksimaalselt kuni 25 cm, keskmiselt aga umbes 10 cm. 

Kokkuvõte

Tugijaamade andmete analüüs võimaldab tuvastada võimalikke häiringuid. ESTPOS tuvastab tahtlikest häiringutest eeskätt signaali segamist, kuna tugijaamade koordinaadid on fikseeritud – seetõttu ei ole võltsimine nende puhul tuvastatav tavaliste asukoha-anomaaliate kaudu, nagu see oleks liikuvas vastuvõtjas.

Vaata lähemalt, kuidas prooviti leida signaali segamise vastu leevendusmeetodeid ja kuidas esinevad signaali häiringud Eesti õhuruumis: https://digikogu.taltech.ee/en/Item/f6f0d522-f19f-4b55-b09f-5128e8ff5258

Autor: Berit Järv, Maa- ja Ruumiameti Geodeesia ja aeromõõdistamise osakonna peaspetsialist