Технологии

Австралийский профессор хоронит GPS

26 Июля 2024
Австралийский профессор хоронит GPS

Надёжная GPS (ГНСС США) подходит к концу, но новые квантовые технологии могут указать путь вперёд, утверждает Майкл Дж. Биркук, профессор квантовой физики и квантовых технологий в Сиднейском университете.

Когда недавно двум самолетам «Финнэйр», летевшим в Эстонию, пришлось одному за другим изменить маршрут и вернуться в Хельсинки, причиной стала не техническая неисправность или неблагоприятные погодные условия, а отказ GPS.

Отказ GPS — это преднамеренное вмешательство в навигационные сигналы, на которые полагаются коммерческие самолёты. Это не новое явление: Международная ассоциация воздушного транспорта (IATA) давно предоставляет карты регионов, где GPS был обычно недоступен или ненадежён. Однако беспокойство быстро растёт по мере того, как конфликт распространяется по Европе, Ближнему Востоку и Азии, а глушение и обман GPS становятся оружием экономического и стратегического влияния.

Известно, что некоторые страны использовали ложные (поддельные) сигналы GPS для создания помех воздушному транзиту, судоходству и торговле или для нарушения военной логистики в зонах конфликта. А недавние обсуждения противоспутникового оружия возобновили опасения преднамеренных действий, направленных на то, чтобы нанести экономический ущерб путём отключения GPS.

Сбой в работе GPS приведёт к недоступности многих онлайн-сервисов, отказу бортовой спутниковой навигации и отсутствию услуг определения местоположения.

Анализы, проведённые в США и Великобритании, рассчитали временные экономические издержки отключения электроэнергии примерно в 1 миллиард долларов в день, однако стратегические последствия могут быть ещё более значительными, особенно в условиях конфликта.

Говорят, что «пехота выигрывает сражения, а логистика выигрывает войны». Практически немыслимо управлять военными логистическими цепочками поставок без ГНСС, учитывая сильную зависимость от синхронизированных сетей связи, общего командования и управления, а также позиционирования и отслеживания транспортных средств и материальных средств. Все они централизованно полагаются на ГНСС, и все они уязвимы для сбоев.

Большинство крупных военных и коммерческих кораблей и самолётов имеют специальные резервные ГНСС -приёмники для навигации, поскольку, по сути, было время, когда ГНСС ещё не было.

Альтернативы ГНСС полагаются на сигналы, которые можно измерить локально (например, движение или магнитные поля, используемые в компасе), поэтому судно может осуществлять навигацию, даже если ГНСС недоступен или ненадёжен.

Например, инерциальная навигация использует специальные акселерометры, которые измеряют движение транспортного средства, во многом похожие на те, которые помогают вашему мобильному телефону переориентироваться, когда вы его поворачиваете. Измерение того, как движется транспортное средство, и использование законов Ньютона позволяет вам вычислить ваше вероятное местоположение через некоторое время. Другие подходы «alt-PNT» используют измерения магнитных и гравитационных полей, чтобы помочь ориентироваться по известной карте этих изменений вблизи поверхности Земли. Кроме того, сверхстабильные локально развёрнутые часы могут гарантировать, что сети связи остаются синхронизированными во время сбоев GPS (сети связи обычно полагаются на сигналы синхронизации GPS, чтобы оставаться синхронизированными).

Тем не менее, принято полагаться на GPS  (ГНСС США). Сосредоточившись конкретно на позиционировании и навигации, достижение хорошей производительности с помощью обычных альтернатив обычно требует от вас значительного увеличения сложности системы, размера и стоимости, что ограничивает возможности развёртывания на меньших транспортных средствах. Эти альтернативные подходы к навигации, к сожалению, также подвержены ошибкам из-за нестабильности используемого измерительного оборудования — сигналы просто постепенно меняются со временем, с изменением условий окружающей среды или с возрастом системы.

Исследователи всего мира находятся в поиске чего-то значительно лучшего, чем то, что доступно в настоящее время. Это что-то выглядит как квантово-гарантированная навигация, работающая на квантовых датчиках. Квантовые датчики используют законы природы для доступа к ранее недоступным сигнатурам, обеспечивая при этом как исключительную чувствительность, так и стабильность. В результате квантово-гарантированная навигация может обеспечить защиту от сбоев ГНСС и сделать возможными новые революционные миссии.

Самые передовые навигационные системы с квантовой гарантией объединяют несколько датчиков, каждый из которых улавливает уникальные сигналы окружающей среды, имеющие отношение к навигации, подобно тому, как автономные транспортные средства объединяют лидары, камеры, ультразвуковые детекторы и многое другое для обеспечения наилучшей производительности.

Все начинается с нового поколения усовершенствованной квантовой инерциальной навигации, но квантовое зондирование позволяет нам пойти дальше, получая доступ к новым сигналам, которые ранее были в значительной степени недоступны в реальных условиях.

Хотя это может показаться удивительным, гравитация и магнитные поля Земли не постоянны на всей поверхности планеты. Есть карты крошечных изменений этих величин, которые долгое время использовались для разведки полезных ископаемых и даже для мониторинга подземных вод. Теперь можно повторно использовать эти карты для навигации.

Сейчас создаётся новое поколение квантовых гравиметров, магнитометров и акселерометров, которые используют квантовые свойства атомов, чтобы быть достаточно чувствительными и компактными для измерения этих сигналов на реальных транспортных средствах.

Самые большие улучшения происходят от повышения стабильности. Атомы и субатомные частицы не меняются, не стареют и не деградируют — их поведение всегда одинаково. Это то, что мы сейчас готовы использовать.

Используя квантово-гарантированную навигационную систему, транспортное средство может точно позиционировать себя, даже если ГНСС недоступна в течение очень длительных периодов. Не просто часы или дни, как это достижимо с лучшими военными системами сегодня, а недели или месяцы.

В квантовом зондировании уже достигнуто квантовое преимущество — когда квантовое решение решительно превосходит свои традиционные аналоги. Теперь задача заключается в том, чтобы вывести эти системы из лаборатории в поле, чтобы обеспечить настоящее стратегическое преимущество.

Реальные платформы подвержены помехам, суровым условиям и вибрациям, которые сводят на нет преимущества, которые, как мы знаем, могут обеспечить квантовые датчики.

В недавних исследованиях новое программное обеспечение на базе ИИ использовалось для обеспечения надёжности, необходимой для размещения квантовых датчиков на реальных движущихся платформах. Правильное программное обеспечение может поддерживать функциональность систем даже при их тряске и помехах на кораблях и самолётах.

Недавно было объявление о первом морском испытании мобильного квантового двойного гравиметра для сопоставления гравитационных карт. Полные квантовые навигационные решения собираются начать испытания безопасности полётов коммерческих самолётов в конце года после морских и наземных испытаний.


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

По материалам открытых источников

Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~kzXZI
11.03.2025
В Экспоцентре города Москвы 22 апреля 2025 года состоится XVIII Международный навигационный форум - «Навитех-2025». Это ключевое событие в сфере использования навигационных и космических информационных технологий в России и странах ЕАЭС. В 2025 году программа форума направлена на комплексное развитие навигационной сферы, а также на интересы крупных заказчиков, производителей, интеграторов, разработчиков и поставщиков. Цель — построение прозрачного и предметного двустороннего сотрудничества.
28.02.2025
В Московском физико-техническом институте (МФТИ) создан испытательный центр, который будет заниматься тестированием спутников формата CubeSat.
21.01.2025
Ученые лаборатории космических систем и технологий Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» с помощью спутниковых сигналов навигационных систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo и Beidou исследовали ледовый покров озер Иткуль и Шира в заповеднике Хакассии. В результате удалось получить информацию о толщине ледового покрова, его прочности, влажности, солености и температуры.
16.01.2025
Специалисты Центра исследования и разработки беспилотного транспорта подготовили рабочее место для аналитиков в салоне трамвая. Они тестируют базовые функции, а также установленные камеры, радары и лидары. Последние позволяют определять расстояние до объектов с точностью до двух сантиметров и обеспечивают обзор на 360 градусов.

СТАТЬИ ГЛОНАСС

НАВИГАЦИОННОЕ ПРАВО. Отрасль ли или фикция?
В юридической науке и нормотворческой практике применяется широко термин «отрасль права/отрасль законодательства». Одни теоретики их отождествляют, то есть полагают синонимами. Другие, различая право и закон, полагают их различными. То есть соотносящимися как содержание и форма. Практикам-«неюристам» эта дискуссионность неинтересна. Для них важен качественный нормативный документ как инструмент повседневной деятельности. Но на деле этот кажущийся схоластическим вопрос имеет вполне земное значение, касающееся каждого из нас. Особенно ярко это проявляется в сфере навигации, когда уже поголовно все население, исключая грудничков, обладает смартфонами, а значит, потенциально все эти владельцы – «субъекты персональной навигации». О классическом транспорте и субъектах еще более 50 видов экономической деятельности говорить не приходится. Не будет преувеличением сказать, что «география» применения навигационной информации, как продукта одного конкретного вида экономической деятельности, стала самой широкой в жизнедеятельности общества, обогнав связь и энергетику.
Необходим поиск отечественных специалистов в области кибербезопасности сельского хозяйства
Перспективы реализации дорожной карты одного из направлений Национальной технологической инициативы (НТИ) в области сельского хозяйства, по просьбе журнала «Вестник ГЛОНАСС», оценил эксперт в навигационно-информационной сфере Семён Видный. В современных, быстроизменяющихся условиях особого решения требуют вопросы безопасности (направление SafeNet), тем более на таком значимом для государства агросекторе. В этом направлении на данный момент – огромное количество профессиональных участников. Но большинство из них используют иностранные наработки, что в настоящий момент и на перспективу неприемлемо. Также все профессионалы никогда не занимались этим специфическим сектором экономики – сельским хозяйством. Так что здесь придётся ещё поискать участников.