Компании

Когнитивная оппортунистическая навигация включается в войну с Маском

24 Октября 2022
Когнитивная оппортунистическая навигация включается в войну с Маском

Генеральный директор компаний SpaceX и Tesla сказал: «Нет, спасибо» на предложения использования его мега-созвездие для навигации. Исследователи всё равно пошли дальше.

Предложение Тодда Хамфриса компании SpaceX было простым. С помощью нескольких настроек программного обеспечения быстро растущее созвездие Starlink с таким же успехом может обеспечить точное местоположение, навигацию и синхронизацию. Армия США, которая финансирует работу Хамфриса в Техасском университете в Остине, хотела получить резервную копию своей уязвимой системы GPS. Может ли Starlink выполнить эту роль?

Когда эта идея была впервые предложена в 2020 году, руководители SpaceX были открыты для неё. Затем пришло известие свыше. Маск объяснил: все остальные коммуникационные сети LEO (на низкой околоземной орбите) обанкротились. И поэтому SpaceX должно полностью сосредоточиться на том, чтобы избежать банкротства.

В течение последних двух лет его команда в радионавигационной лаборатории Калифорнийского университета занималась обратным проектированием сигналов, отправляемых с тысяч интернет-спутников Starlink на LEO на наземные приёмники. Теперь SpaceX утверждает, что проблема решена, и регулярные сигналы маяков из созвездия, предназначенные для того, чтобы помочь приёмникам соединиться со спутниками, могли бы лечь в основу полезной навигационной системы. Важно отметить, что это можно было бы сделать вообще без какой-либо помощи со стороны SpaceX.

Хамфрис утверждает, что предоставил наиболее полную на сегодняшний день характеристику сигналов Starlink. Эта информация, по его словам, является первым шагом на пути к разработке новой глобальной навигационной технологии, которая будет работать независимо от GPS или её европейских, российских и китайских аналогов.

«Сигнал системы Starlink – это тщательно охраняемый секрет, – говорит Хамфрис. – Даже в наших ранних обсуждениях, когда SpaceX была более сговорчивой, они не раскрыли нам никакой структуры сигнала. Нам пришлось начинать с нуля, построив, по сути, небольшой радиотелескоп, чтобы подслушивать их сигналы».

Чтобы запустить проект, UT Austin приобрела терминал Starlink и использовала его для трансляции видеороликов в высоком разрешении с YouTube. Это обеспечивало постоянный источник сигналов Starlink, которые могла прослушивать отдельная ближайшая антенна.

Хамфрис быстро понял, что Starlink полагается на технологию, называемую мультиплексированием с ортогональным частотным разделением (OFDM). OFDM – это метод кодирования цифровых передач, первоначально разработанный в Bell Labs в 1960-х годах и в настоящее время используемый в Wi-Fi и 5G. «OFDM сейчас в моде, – говорит Марк Псиаки, эксперт по GPS. – Это способ упаковать наибольшее количество бит в секунду в заданную полосу пропускания».

Исследователи из Калифорнийского университета в Остине не пытались взломать шифрование Starlink или получить доступ к каким-либо пользовательским данным, поступающим со спутников. Вместо этого они искали последовательности синхронизации — предсказуемые, повторяющиеся сигналы, передаваемые спутниками на орбите, чтобы помочь приемникам координировать свои действия с ними. Такие последовательности были найдены, и у них (было) больше последовательностей синхронизации, чем требуется.

Каждая последовательность также содержит подсказки о расстоянии и скорости спутника. Поскольку спутники Starlink передают около четырёх последовательностей данных каждую миллисекунду, «это просто замечательно для двойного использования их системы позиционирования», – говорит Хамфрис.

Если наземный приёмник имеет хорошее представление о перемещениях спутников — которыми SpaceX делится онлайн, чтобы снизить риск орбитальных столкновений, — он может использовать регулярность последовательностей, чтобы определить, с какого спутника они пришли, а затем рассчитать расстояние до этого спутника. Повторяя этот процесс для нескольких спутников, приёмник может определить своё местоположение с точностью до 30 метров.

Если бы SpaceX позже решила сотрудничать, включив дополнительные данные о точном местоположении каждого спутника в свои нисходящие каналы, эта точность теоретически могла бы улучшиться до менее чем метра, что сделало бы её конкурентоспособной с GPS. SpaceX не ответила на запросы о комментариях.

Другие исследователи шли по тому же пути. Зак Кассас – директор Центра Минтранса США, специализирующегося на отказоустойчивости навигации. В прошлом году его команда первой продемонстрировала, что сигналы Starlink можно использовать для определения местоположения, частично используя машинное обучение.

Подход Кассаса, который он называет «когнитивной оппортунистической навигацией», анализирует период и изменяющиеся частоты сигналов со спутника, когда тот проходит над головой. Приёмник также использует последовательности синхронизации, узнаёт орбиту спутника и отслеживает её. При многократном прохождении спутника приёмник в конечном итоге вычисляет своё собственное местоположение. На недавней конференции Кассас заявил, что его система теперь достигла точности менее 10 метров с помощью Starlink. «Это настолько общая структура, что мы можем применить её к любому земному или внеземному сигналу, – говорит он. – Он будет учиться на лету, сообщать вам, что передаётся, и сообщать вам, где вы находитесь».

Более полное понимание сигналов Starlink имеет последствия, выходящие за рамки навигации. Например, спутники системы в настоящее время, похоже, не используют два из восьми каналов, на которые у SpaceX есть лицензия. Хамфрис предполагает, что это может быть связано с тем, что Маск стремится не создавать помех радиотелескопам, работающим на соседних частотах. Яркие полосы орбитальных спутников Starlink уже были обвинены в нарушении оптической астрономии.

Выводы UT Austin также подчёркивают возможность преднамеренного вмешательства в саму Starlink. Хамфрис отмечает, что, хотя последовательности синхронизации многообещающи для навигации, тот факт, что они абсолютно предсказуемы и используются во всём созвездии, является уязвимостью в системе безопасности. Однако, следует учитывать, что любая навигационная система, работающая с последовательностями с открытым исходным кодом, определённо может быть подделана, потому что каждый будет знать, как обнаружить эти сигналы и создать поддельные.

Сообщается, что Starlink потерпел катастрофическую потерю связи в конце сентября на Украине, где он широко используется для голосовой и электронной связи, для помощи в управлении беспилотниками и даже для корректировки артиллерийского огня. Хотя не ясно, были ли перебои в работе из-за помех со стороны российских войск, Маск написал в Твиттере на прошлой неделе: «Россия активно пытается уничтожить Starlink. Чтобы обезопасить себя, SpaceX направила огромные ресурсы на оборону».

Starlink, несомненно, стал палочкой-выручалочкой для Украины. Однако сообщения об отключениях и сохраняющаяся путаница в отношении того, кто будет платить за услуги Starlink, вызывают опасения по поводу его будущего.

«С течением времени и углублением их зависимости от Starlink Украина и её союзники на Западе начинают понимать, что они мало контролируют Starlink и мало знают о нём, – говорит Хамфрис. – Но теперь многие миллионы людей кровно заинтересованы в безопасности Starlink, включая её устойчивость к помехам. Оценка этой безопасности начинается с чёткого понимания структуры сигнала».


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

Источник: По материалам MIT Technology Review
Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~H2SL5
17.02.2025
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ФГУП «ВНИИФТРИ») отмечает свой 70-летний юбилей. За эти годы институт успешно выполнял важные государственные задачи в области метрологии и науки. Сегодня институт является одним из ведущих научных центров России, а достижения наших учёных в области науки получили признание на международном уровне.
13.02.2025
АО «Спутниковая система «Гонец», которое входит в состав Государственной корпорации «Роскосмос», заключило соглашение о стратегическом партнёрстве с АНО «Научно-производственный центр беспилотных авиационных систем Томской области».
11.02.2025
Холдинг «Росэлектроника», входящий в состав государственной корпорации «Ростех», разработал устройство для передачи телематических данных с техники, используемой в труднодоступных регионах, включая районы Крайнего Севера, а также с морских судов.
27.01.2025
Предприятие «Росэлектроника», которое входит в состав государственной корпорации «Ростех», начало массовое производство ключевых компонентов для беспилотных летательных аппаратов. Эти детали не имеют аналогов в России.

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.