Очередные варианты альтернативных систем ГНСС
Никогда с самого момента своего появления в 1995 году GPS не уделялось столько внимания её целостности. Появление других ГНСС не сняло остроту вопроса.
Как сказано на веб-сайте правительства США, «сейчас почти все новые военные объекты, от транспортных средств до боеприпасов, оснащены GPS».
Пресловутая операция «Буря в пустыне» 1991 года, инициированная Соединёнными Штатами, стала первым конфликтом, в котором ГНСС использовалась регулярно. Navstar помогала в точных бомбардировках, артиллерии, манёврах сухопутных войск, спецназе и боевых поисково-спасательных операциях. Тридцать лет спустя США и их союзники полностью полагаются на GPS.
Эта уязвимость была подчёркнута в докладе правительства Великобритании за 2018 год.
Целостность военных GPS-сигналов защищена с помощью M-кода. M-код – это зашифрованный сигнал, доступный только устройствам конечных пользователей. Сигналы М-кода передаются со спутников на более высоких уровнях мощности, что затрудняет их глушение. Это даёт военным США и НАТО некоторую защиту от помех GPS, реальных или непреднамеренных.
Спутники GPS вращаются на высоте около 10907 морских миль (20200 км). К тому времени, когда сигналы достигают Земли, они становятся очень слабыми. Это позволяет легко глушить их при относительно небольшой мощности. Это также делает их жертвами естественных метеорологических явлений и рельефа местности или строительных препятствий, которые могут ухудшать или блокировать сигнал.
Проект Marinav изначально был нацелен на национальную морскую инфраструктуру Соединённого Королевства. В нём рассматривался вопрос о предоставлении «устойчивых высоконадёжных PNT для судов и портов». Проект исследовал в основном наземные технологии PNT, выходящие за рамки ГНСС. Они должны были быть способны обеспечивать точность определения местоположения судов, приближающихся к порту, с точностью десять метров.
Одной из технологий-кандидатов, рассмотренных проектом, была усовершенствованная навигация на большие расстояния, более известная как eLoran. Как следует из названия, это потомок древней навигационной системы LORAN.
Это радионавигационная система, разработанная в США во время Второй мировой войны. Она использовала тот факт, что радиоволны распространяются со скоростью света, 16595 морских миль в секунду (299 274 км/сек). Система передавала один радиоимпульс на частотах от 90 кГц до 110 кГц каждые полсекунды. Каждая станция имела два передатчика, разделённых друг от друга на 10 морских миль (18,5 км). Если корабль с приёмником Loran расположен точно посередине между двумя передатчиками, то полсекундные импульсы от каждого передатчика будут приниматься одновременно. Импульсы от обоих передатчиков будут совпадать по фазе. Если корабль находится ближе к северному передатчику, импульсы будут не в фазе. Импульсы от северного передатчика достигнут корабельного приёмника немного быстрее, чем приёмник южного передатчика. Вычисляя временную задержку между северным и южным импульсами, корабль может рассчитать свое положение относительно каждого передатчика. Учитывая, что расстояние между двумя передатчиками (десять морских миль) известно, всё, что нужно, – это небольшая тригонометрия, чтобы показать местоположение судна. Корабль находится там, где сходятся две оси северного и южного передатчиков.
К концу 2000-х годов LORAN канула в Лету. Пришедшая ей на смену eLoran использует те же частоты, что и LORAN, но на этом сходство заканчивается. Стандартный ансамбль eLoran, охватывающий определённую область, будет использовать три передатчика на определённом расстоянии друг от друга. Все три передают восемь радиоимпульсов, каждый с интервалом в одну миллисекунду. Все эти импульсы будут транслироваться всеми тремя передатчиками на одной и той же частоте. Поскольку они используют одну и ту же частоту, все три передатчика не могут транслировать сигнал одновременно. Первый передатчик передаёт свою группу из восьми импульсов, за которой следуют второй и третий. Временная задержка между этими передатчиками, передающими свои импульсы, называется задержкой излучения (ED). Как только цикл импульсных передач завершён, возникает временная задержка. Затем процесс начинается заново.
«К тому времени, как сигнал GPS мощностью 48,8 Вт достигает Земли, его мощность составляет одну миллионную от одной миллиардной ватта, – говорит Троубридж Литтлтон, президент и соучредитель Hellen Systems. – Сигналы eLoran имеют мощность передачи в один мегаватт. Это в пять миллионов раз мощнее GPS. Более того, низкие частоты сигналов eLoran позволяют им проникать в здания, а также на некоторое расстояние под землей и под водой. Диапазон также важен. Один передатчик eLoran может иметь дальность действия 1162 км. Одна группа из пяти передатчиков eLoran могла бы охватить территорию Великобритании».
В Европе передатчики Loran остаются, хотя и отключены, во Франции, Германии, Италии, Норвегии и Испании. Другие станции существуют в аналогичном законсервированном состоянии в Канаде и Соединённых Штатах. Более отдалённые станции можно найти в Индии, КНР, Республике Корея и Саудовской Аравии. Тем не менее, Литтлтон признает, что необходимо строить новую инфраструктуру. Это обусловлено требованиями, предъявляемыми к антеннам для покрытия областей, представляющих интерес, где пользователям требуется устойчивая PNT не от ГНСС.
По словам специалиста, Европейское космическое агентство заинтересовано в применимости eLoran в ЕС, чтобы обеспечить как альтернативу ГНСС, так и дополнение к PNT, поставляемому Galileo.
При этом, eLoran –не панацея. Это может быть одна из многих технологий, формирующих глобальную PNT, «система систем». Другие могут включать в себя всё, от стандартных инерциальных навигационных систем до автоматической, визуальной, радиолокационной и небесной навигации. Только такой подход обеспечивает избыточность, устойчивость и целостность.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал