Технологии

Американские искатели навигационных альтернатив в поисках «серебряной пули»

22 Мая 2024
Американские искатели навигационных альтернатив в поисках «серебряной пули»

Пока Минобороны США обеспокоено растущей способностью противника нарушать сигналы спутников GPS, эксперты предупреждают, что не существует универсальной альтернативы для удовлетворения военных потребностей в возможностях позиционирования, навигации и синхронизации (PNT).

Радиочастотные сигналы, передаваемые со спутников, могут использоваться самыми разными платформами для бесконечного числа военных задач — от помощи солдату в навигации на вездеходе в незнакомом ландшафте до управления летательным аппаратом.

Проблема в том, что радиочастотные сигналы GPS слабы и их легко заглушить – или, что ещё хуже, подделать, чтобы обмануть пользователей, заставив их пойти или посмотреть не в то место. Не далее, как в марте самолёт, перевозивший министра обороны Великобритании из Польши обратно в Великобританию, вдруг потерял GPS недалеко от Калининграда.

Таким образом, Пентагон, Космические силы, армия и другие военные службы изо всех сил пытаются найти альтернативы, чтобы не сесть в лужу, когда (а не если) GPS перестанет работать на поле боя.

Однако трудность заключается в том, что каждая технология, доступная сейчас или в обозримом будущем для того, что часто называют «альтернативным PNT», связана с необходимостью найти компромиссы по размеру, весу, мощности и стоимости в зависимости от типа используемой платформы.

Существует шесть широких «семейств» методологий позиционирования и навигации, основанных на типе используемых данных. Ободряющая новость: альтернативы есть. Плохая новость: каждая из них имеет свои недостатки. Хотя и преимущества тоже.

Сама GPS подпадает под первый и наиболее широко используемый сегодня метод определения того, где вы находитесь и куда направляетесь: радиочастотные сигналы. Другие страны разработали свои собственные радиочастотные спутники, аналогичные GPS. Это означает, что одна из вещей, которые американские военные могут сделать для обеспечения резервного копирования GPS, — это просто сделать свои приёмники совместимыми с этими системами, точно так же, как телефоны.

Вышки сотовой связи и радио/телевышки также предоставляют «сигналы возможностей» — другие типы радиочастотных сигналов, которые можно использовать для позиционирования и синхронизации. Хотя и неясно, какую реальную пользу действительно приносят эти альтернативы – поскольку, если можно заглушить GPS, с таким же успехом можно глушить и всё остальное в радиочастотном спектре.

Второе семейство устройств основано на использовании гравитации. Именно так работают инерциальные навигационные системы (ИНС), подобные тем, которые установлены на большинстве военных самолётов. Недостаток этих устройств заключается в том, что они «дрейфуют» и их курс приходится корректировать другими способами, обычно с помощью той же GPS. Зато гравитацию невозможно подавить.

Третья методология позиционирования и синхронизации использует магнетизм земной коры. Суть метода, известного как «маг-нав», заключается в использовании магнитометра для измерения изменений магнитного поля Земли.

Когда горная порода затвердевает, она фиксирует сигнатуру магнитного поля Земли того времени. И это обеспечивает очень уникальную сигнатуру, которая фундаментально не изменится, пока камни не расплавятся и не восстановят направление магнитного поля. Имея бортовой магнитометр, можно собрать данные, сравнить их с бортовой картой и выяснить, где вы находитесь.

Системы Mag-Nav имеют ряд преимуществ. По сути, их нельзя заглушить или изменить, чтобы обмануть кого-то. Система магнитной навигации также является пассивным датчиком и, соответственно, не выдаёт своё местоположение.

Небесная навигация — это четвёртый метод, использующий расположение звёзд и планет, как это делали моряки с незапамятных времен. В этом древнем искусстве исследуются некоторые новые приёмы, такие как использование искусственного космического мусора, а также естественных небесных тел.

С другой стороны, облака и плохая погода, а также дым, который нередко закрывает обзор на поле боя, являются проклятием для такого типа навигации.

Точно так же погода и дым являются препятствиями для пятой потенциальной альтернативы GPS: дистанционного зондирования, по сути, такой «визуальной навигации», просто использующей ориентиры и бумажную карту.

Использование высоты или батиметрии — измерения расстояния над сушей или морем —шестой метод, который используется многие десятилетия.

Крылатые ракеты, например, используют высотомеры, отражая лучи радара «от земли» и сопоставляя отражённые сигналы «с бортовой картой высот». Можно также использовать гидролокатор.

Проблема этих методов в том, что для них требуется «активный датчик». Приходится стрелять лучами радара, лучами гидролокатора. То есть раскрывать свою позиции.

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки, и службам потребуется кропотливый и затратный процесс, чтобы разобраться во всех вариантах.


Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников

Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~pQ7hC
18.07.2025
Иркутский государственный университет сообщает, что проектом «Воздействие космической погоды и эффектов многолучёвости на навигационные системы ГЛОНАСС и NAVIC при решении задач навигации объектов авиации и систем интеллектуального транспорта» руководит доктор технических наук профессор Владислав Демьянов.
18.07.2025
Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета разработали математический инструмент, который позволяет точно определить условия стабильной работы систем фазовой автоподстройки частоты. Эти системы используются в устройствах связи и навигации для синхронизации параметров сигналов, например, в Wi-Fi-роутере и телефоне.
17.07.2025
В условиях постоянно меняющегося городского ландшафта важно успевать за скоростью изменений. Города расширяются, здания растут, появляются новые дороги, а модели землепользования меняются, иногда даже в одночасье. Традиционно для отслеживания этих изменений требовалось проводить съёмки вручную и анализировать изображения, что занимало много времени.
16.07.2025
В настоящий момент с участием заинтересованных потребителей ведутся работы по увеличению времени автономной работы алгоритма навигации – без ГНСС. Отрабатываются при натурных испытаниях программные настройки интеграции с датчиком баровысоты, автоматическое вычисление скорости ветра на этапе полёта в зоне приёма достоверных сигналов ГНСС и автоматическая подстройка датчика воздушного потока (ДВП).

СТАТЬИ ГЛОНАСС

Киберугрозы как реальность сегодняшнего дня
В 2024 году в нашей стране было зарегистрировано более 765 тысяч правонарушений, совершённых с применением информационно-телекоммуникационных технологий, что составляет приблизительно 40% от общего объёма преступлений. Такие данные приводит новостной сайт Центра международной торговли со ссылкой на МВД РФ. В этом году их будет зарегистрировано ещё больше – можно ни разу не сомневаться. Цифровизация проникла во все сферы деятельности, сделав нашу жизнь продвинутой и комфортной – мы привыкли мгновенно оплачивать всё что хочешь через банковские приложения, управлять бизнесом в облаке, общаться в социальных сетях и одним кликом скупать содержимое маркетплейсов. Увы – вслед за этими удобствами идут массовые утечки персональных данных, промышленный шпионаж, репутационные риски, угрозы национальной безопасности и пр. Это не только экономические потери, но и серьёзные вызовы для государственного суверенитета и общественного доверия к цифровым системам.