Технологии

Безопасные GPS-приёмники имеют решающее значение для навигационных систем

21 Марта 2022
Безопасные GPS-приёмники имеют решающее значение для навигационных систем

С ростом автоматизации и роботизации во многих отраслях, от сельского хозяйства и дронов для доставки до беспилотных автомобилей, растёт и спрос на точную и доступную навигацию. При выборе навигационного приёмника крайне важно понимать его уязвимые места и его влияние на навигационную систему. Для роботов и автономных устройств уровень работоспособности является ключом к обеспечению непрерывного и надёжного обслуживания. Также необходимо учитывать безопасность роботов и дронов, работающих рядом с людьми. Глушение или спуфинг необходимо обнаруживать и немедленно помечать, чтобы другие датчики могли взять на себя управление.

Большинство автономных навигационных технологий включают инерциальную навигационную систему (INS, ИНС), которая состоит из ГНСС-приёмника и датчика IMU. В то время как ГНСС-приёмник обеспечивает абсолютное позиционирование с точки зрения глобальных географических координат, IMU (инерциальный измерительный блок) измеряет углы курса, тангажа и крена, которые дают информацию об ориентации движущейся системы.

Спуфинг — это реальная угроза для систем ИНС на основе ГНСС, которая наиболее эффективно устраняется путём включения механизмов безопасности во все подкомпоненты системы. Однако, поскольку спуфинг происходит на уровне сигнала ГНСС, в приёмнике можно использовать ряд сложных методов для обнаружения и подавления спуфинга. Приёмники, разработанные с учётом безопасности и надёжности, устойчивы к уязвимостям ГНСС, таким как глушение и спуфинг. Использование преимуществ такой надёжной технологии экономически выгодно, поскольку позволяет компаниям сосредоточить свои разработки на объединении датчиков и навигации.

Помехи — это своего рода радиопомехи, подавляющие слабые сигналы ГНСС, что приводит к ухудшению точности и, возможно, даже к потере позиционирования. К источникам непреднамеренных помех относятся радиолюбители, морские и авиационные радиолокационные системы, а также электронные устройства, расположенные вблизи приёмника. Существуют также устройства преднамеренного глушения, называемые «глушилками», которые иногда можно найти на борту транспортных средств, пытающихся избежать взимания дорожных сборов.

Спуфинг — это интеллектуальная форма помех, которая заставляет получателя полагать, что он находится в ложном месте. Как глушение, так и спуфинг могут оказать неблагоприятное воздействие на системы ИНС, которые используют позиционирование ГНСС.

В то время как ГНСС обеспечивает абсолютное позиционирование, IMU измеряет относительное движение, которое подвержено кумулятивной ошибке, называемой дрейфом, и требует регулярной «повторной калибровки». В системе ГНСС/ИНС оба датчика объединены таким образом, что ГНСС обеспечивает регулярную «калибровку» IMU, а IMU обеспечивает углы и экстраполяцию или «сглаживание» ГНСС.

Помехи, приводящие к потере позиционирования, означают, что ГНСС-приёмник больше нельзя использовать как часть решения ИНС. Это может привести к увеличению времени инициализации ИНС или к переключению в режим счисления пути (только для решения IMU), при котором позиция начнёт дрейфовать. Помехи также могут привести к выбросам измерений, которые влияют на алгоритмы (т.е. глубокая или жёсткая связь). Однако именно спуфинг представляет наибольшую угрозу безопасности для систем ГНСС/ИНС. Во время спуфинговой атаки решение ИНС может быть «захвачено», если спуфер использует небольшие приращения в позиционировании, которые могут остаться незамеченными при обычных методах защиты от спуфинга.

Использование датчиков, отличных от ГНСС, таких как IMU или одометр, может помочь пометить спуфинг, обнаружив несоответствия между ГНСС и другими датчиками. Хотя такие датчики помогают снизить риск спуфинга, их недостаточно для обеспечения полной защиты, поскольку они выдают только относительное положение, которое подвержено дрейфу. Например, системы ГНСС/ИНС могут иметь дрейф в метр или более, когда видимость спутников теряется на более длительные периоды. Спуферы могут использовать это явление дрейфа для постепенного захвата позиционирования с шагом, сравнимым с ожидаемым дрейфом.

Если спуфинговая атака продолжает позиционировать приращения в пределах допустимых порогов, которые установлены для учета дрейфа, такой механизм не обнаружит её. Вот почему для лучшей защиты системы и устойчивости к спуфингу необходимо заложить несколько системных компонентов как на уровне ГНСС, так и на уровне ИНС.

Система ИНС будет более устойчивой, если приёмник ГНСС сможет указывать на спуфинг или, что ещё лучше, если он может сам смягчить спуфинг. Таким образом, при интеграции решений ГНСС/ИНС крайне важно понимать роль механизмов защиты в ГНСС и выбирать приёмник с сильной внутренней системой защиты от спуфинга или с системой предупреждения.

Как приемник ГНСС, так и ИНС имеют свои собственные механизмы защиты от спуфинга, однако наилучшая устойчивость достигается за счёт комбинации механизмов обнаружения и подавления, работающих вместе на уровне компонентов.

Как и в любой области, связанной с безопасностью, необходимо постоянное совершенствование для поддержания эффективных механизмов защиты от спуфинга и помех. Производители ГНСС обязаны стремиться к наиболее эффективным методам обеспечения безопасности ввиду возрастающих угроз, с которыми сегодня сталкиваются пользователи ГНСС. Инвестируя в ГНСС-приёмники со встроенной отказоустойчивостью, интеграторы могут оставить обеспечение безопасности производителю ГНСС и сосредоточить свои усилия на основном бизнесе и объединении датчиков. На самом деле концепции, обсуждаемые в этой статье, действительны не только для систем ГНСС/ИНС, но и для любой системы объединения датчиков, которая включает ГНСС-приёмник.


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

Источник: По материалам The American Surveyor
Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~mj60o
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.