ВВС США рассматривают возможность использования магнитных полей для навигации вместо GPS

Широко известен тот факт, что система GPS уязвима к помехам, подмене или угрозам физического воздействия со стороны противника. Что хуже известно – это разнообразие незаметных, труднодоступных для глушения или уничтожения навигационных альтернатив GPS.

Эти альтернативные позиционные, навигационные и временные решения (альт-PNT) включают в себя пассивные подходы, такие как использование компьютерного зрения (камер), наблюдение за звёздами или отслеживание местности. Хотя они потенциально полезны, когда GPS прерывается, они ограничены визуальной средой, погодой и отсутствием рельефа над водой. Именно здесь может появиться технология навигации по магнитным аномалиям (MAGNAV), которая сейчас исследуется в Технологическом институте ВВС (AFIT).

Майор ВВС Аарон Дж. Канчиани, доцент кафедры электротехники AFIT, уже несколько лет занимается разработкой алгоритмов лётных испытаний MAGNAV. Впрочем, по его словам, этот подход ещё не получил большой поддержки.

«Магнитная навигация трудно продаётся. Она встречает скептицизм до тех пор, пока я действительно не могу [проинформировать] людей о результатах, которые я получил. Надеюсь, что реалистичные тесты на конкретных платформах откроют двери для дальнейших исследований и финансирования».

Реалистичные тесты, которые упоминает Канчиани, уже проводились ограниченным образом с использованием частных разведывательных самолётов. Но уже в сентябре датчики MAGNAV и программное обеспечение будут запущены на базе школы лётчиков-испытателей ВВС (AFTPS) F-16 на специальном полигоне, прилегающем к базе ВВС Эдвардс в Неваде.

Особенности магнитного поля земной коры различаются по всему земному шару, в отличие от изменений рельефа, которые можно отследить только на суше. Как и наземные объекты, они остаются довольно стабильными в течение долгого времени, так что их можно использовать в качестве «ориентиров» для навигации. Но, в отличие от наземных объектов, они актуальны также для океанов, которые покрывают две трети поверхности Земли.

Это могло бы сделать их весьма ценными для военных, которые действуют на морях, по крайней мере, так же часто, как и на суше. Трудность глушения или вмешательства в работу MAGNAV, которая, как и инерциальная навигация, может пассивно использоваться тысячами отдельных транспортных средств, делает её ещё более привлекательной.

Проще говоря, навигация по магнитным аномалиям работает с использованием скалярных магнитометрических датчиков, которые измеряют различия в величине магнитных полей при прохождении мимо них. Эти вариации могут быть сопоставлены с известными особенностями карт магнитного поля и интерпретированы для определения местоположения. Вы удивитесь, когда узнаете, что существует довольно обширный каталог магнитных карт участков земли, хотя они отличаются по качеству.

«В течение десятилетий и десятилетий правительство и промышленность делали магнитные карты для самых разных целей, например для геологической разведки», – говорит майор Канчиани. Эти карты широко доступны, хотя они имеют ограничения для океанских регионов.

Проект берет своё начало в методах навигации, разработанных для наведения ракет в 1950-х и 1960-х годах, ещё до GPS. Cистема корреляционного наведения по рельефу местности – TERCOM – использовала контурную карту местности, которая сравнивалась с измерениями, выполненными во время полёта бортовым радиолокационным высотомером. Скалярный MAGNAV работает так же, но с некоторыми дополнительными проблемами.

«Когда я лечу, могу ли я получить [точные] значения карты? – задаёт вопрос Канчани. – Вы должны уметь откинуть различные источники ошибок: влияние самолётов, влияние космической погоды. Если вы сможете откинуть их, вы сможете изолировать сигнал, который вы хотите сопоставить с картой».

Канчиани говорит, что у проекта есть четыре столпа – магнитные карты, датчики, алгоритмы и калибровка. «У нас уже есть работоспособные скалярные магнитометрические датчики и относительно функциональные алгоритмы. Задача улучшения компенсации (калибровки) локального магнитного поля любой платформы (самолёта/корабля), на которой размещены датчики, остаётся сложной. Так же, как и получение более полных, более качественных магнитных карт над морем и сушей».

Один из первых вопросов, который задают Канчиани о MAGNAV, – насколько он точен? Точкой сравнения всегда служит трёхметровая точность GPS.

«Одна из худших вещей, которые люди делают, когда обсуждают альтернативные PNT, – это притворяться, что всё нуждается в точности GPS», – говорит он.

В идеальных условиях (на малых высотах с быстро движущейся платформой) MAGNAV может давать точность до 10 метров. Но в различных условиях и при более низком качестве магнитных карт эта цифра может составить в один километр. Это не смущает Канчиани (или, вероятно, ВВС), который указывает, что существует «целый ряд» военных миссий, которые не требуют точности GPS. Их, вероятно, значительно больше, чем тех, которые требуют.

И скалярный MAGNAV действительно может быть практичным. Существуют и другие попытки применить зондирование магнитного поля к навигации, такие как квантовый магнитометр тёмного льда компании «Локхид Мартин».

Канчиани признаёт, что магнитные карты, особенно на море, нуждаются в совершенствовании и расширении, что потребует сбора чистых данных со специально откалиброванных платформ, таких как самолёты, корабли и подводные лодки.

«Мы в состоянии сделать больше карт для этой технологии», – говорит он. Вполне разумно предположить, что у военных/правительства уже есть платформы, делающие это или способные это сделать. Хотя Канчиани говорит, что он не знает о зарубежных исследованиях в данной области, идея о том, что другие страны исследуют проект, кажется ему весьма здравой.

Предстоящие испытания MAGNAV на AFTPS F-16, по-видимому, являются удобной возможностью как для AFIT, так и для AFTPS. Первый получает полезные данные от идеальных платформ (чем быстрее вы идёте и чем ниже, тем лучше работает MAGNAV), которые тактически релевантны и могут оказаться под угрозой глушения. Последняя получает новый тестовый/аналитический проект для своих студентов.

Тестирование могло бы направить больше внимания и финансирования исследований в проекте и предложить США ещё одну систему альт-PNT в дополнение к спутниковым системам, не связанным с GPS. «Мечта альт-PNT – использовать всё вышеперечисленное», – говорит Канчани.

Конечно, «всё вышеперечисленное» может включать в себя также ещё один метод магнитной навигации – проверенный временем компас.

Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный канал на TamTam