Пентагон в поисках альтернатив GPS
Отключение GPS-сигнала больше не является теоретической угрозой будущего. Напротив, это среда, в которой всё чаще действуют современные вооружённые силы.
Дешёвые средства подавления сигналов, устройства для подмены сигналов и инструменты радиоэлектронной борьбы теперь позволяют противникам нарушать работу GPS (ГНСС США) и радиочастотной навигации с минимальными затратами и опытом. В результате создаётся ситуация, когда сигналы нельзя считать достоверными.
От космического картирования помех до беспилотников с волоконно-оптической связью, появляющихся сегодня на передовой, доказательства очевидны: электромагнитный спектр является спорным, нестабильным и всё более враждебным. Новым является не само существование помех GPS, а их устойчивость, масштаб и возможность наблюдения в различных областях. На этом новом поле боя становится очевидной одна важная истина: силы, которые продолжат полагаться исключительно на GPS, окажутся в ситуации, когда им придётся сражаться вслепую и без доступа к критически важным системам.
В несекретных отчётах разведывательного сообщества и высокопоставленных американских чиновников постоянно содержится предупреждение о том, что глушение и подмена GPS-сигнала не являются единичными случаями, а представляют собой устойчивую черту современных конфликтов.
На тактическом уровне порог входа опасно низок. Ранцевые или установленные на транспортных средствах устройства подавления сигнала, созданные на основе дешёвых программно-определяемых радиостанций, уже стали обычным явлением на Украине и видны на многих театрах военных действий. Эти инструменты требуют минимальной подготовки, быстро масштабируются и создают непредсказуемые сбои в навигации, выходящие далеко за рамки сценариев конфликтов крупных держав. Любые силы, действующие сегодня, должны исходить из того, что ухудшение работы GPS является базовым условием.
Эти угрозы больше не ограничиваются зонами конфликтов. Организованные преступные группы используют глушители GPS на территории США для нарушения работы транспортной отрасли. Взятые вместе, эти инциденты ясно показывают, что помехи GPS — это не только аномалия сигнала, но и киберфизическая атака, осуществляемая через антенну и приёмник. Эту угрозу следует рассматривать в рамках программ закупок как часть поверхности атаки, а не как ситуативную аномалию.
Одним из наиболее наглядных показателей того, насколько враждебной стала радио- и сигнальная среда, является рост использования беспилотных летательных аппаратов, управляемых по волоконно-оптическим кабелям, на Украине.
Волоконно-оптические дроны работают потому, что их сложно заглушить; устройство подавления не может создавать помехи физическому кабелю, подключённому к управляемой человеком станции. Однако их ограничения весьма существенны. Намотанный на катушку волоконный кабель ограничивает дальность действия, увеличивает вес, легко цепляется и может быть выведен из строя одним перерезом, а также раскрывает личность военнослужащего, управляющего системой. Эти платформы не являются элегантными решениями. Это временные обходные пути, используемые в полевых условиях из-за ненадёжности радиочастотного управления и GPS.
Современные объединённые силы должны быть способны развертывать и поддерживать сотни тысяч автономных систем в космическом, воздушном, надводном, прибрежном и глубоководном океанических пространствах. Эти системы должны работать в управляемых роях и волнах, быть по своей конструкции легко изнашиваемыми и оставаться эффективными, несмотря на дешёвые средства подавления и помехи сигналам в масштабах театра военных действий.
Автономность больше не может предполагать постоянную связь. Навигационные системы должны продолжать функционировать даже при ухудшении или отсутствии сигнала GPS. Эти проблемы выходят за рамки военных платформ: помехи от глобальных навигационных спутников все чаще влияют на гражданскую авиацию, морскую навигацию и критическую инфраструктуру, работающую в тех же условиях.
Существует множество предлагаемых альтернатив GPS, но каждая из них имеет ограничения, которые не позволяют ей служить универсальным решением сама по себе. Квантовые датчики обещают долгосрочную перспективу, но их сложно сделать более надёжными, и они ограничены размером, весом, энергопотреблением и чувствительностью к вибрации и электромагнитным помехам. Магнитная навигация может быть эффективна в хорошо картографированных регионах, но она уязвима к шуму, создаваемому платформами, и городским железным помехам, а также плохо картографирована и ненадёжна в большинстве районов над водой. Гравитационная навигация основана на плотных гравитационных моделях и высокостабильных платформах, которые трудно реализовать в оперативных условиях. Навигация только с помощью зрения быстро ухудшается в облаках, дымке, бликах, условиях низкой текстуры и, что важно, над водой.
Каждый из этих подходов направлен на устранение конкретного вида отказа, и ни один из них не предлагает масштабируемой основы для устойчивых междоменных операций в условиях активного отказа.
Некоторые из наиболее перспективных решений уже существуют, и они не требуют подавления противников или использования экзотического оборудования.
Локализованное бортовое программное обеспечение может обнаруживать подмену и помехи GPS, выявляя несоответствия на уровне измерений и сверяя их с независимыми данными, включая инерциальные измерительные блоки, динамику транспортного средства, поведение во времени, геометрию горизонта и кинематические ограничения. При обнаружении аномалий системы могут плавно переходить к навигации без сигнала, а не полностью выходить из строя.
Этот подход рассматривает помехи навигации как киберфизическую атаку, осуществляемую через антенную и приемную цепочку. По сути, это проблема программного обеспечения и оценки, а не гонка вооружений в области аппаратного обеспечения. Поскольку он масштабируется на различных платформах и в различных областях, он подходит как для высококлассных летательных аппаратов, так и для устаревающих систем.
Наиболее очевидный путь вперёд — сделать оспариваемую автономию нормой по умолчанию, а не исключением.
Этот подход признаёт, что навигационные системы должны продолжать функционировать, когда GPS, связь и визуальное восприятие прерывисты или недоступны. Вместо того чтобы полагаться на какой-либо один датчик или ненадёжный сигнал, системы поддерживают состояние, объединяя множество несовершенных сигналов, которые сочетают инерциальные измерения, динамику транспортного средства и информацию об окружающей среде посредством программно-управляемой оценки. Акцент смещается от ненадёжных зависимостей к спорной автономности, которая может работать в рамках ограничений по размеру, весу и энергопотреблению как пилотируемых, так и беспилотных платформ.
Системы глобального позиционирования (ГНСС) представляют собой текущую и будущую операционную среду. От картирования помех из космоса до беспилотников с волоконно-оптическими кабелями на передовой — картина ясна: спектр оспаривается, дешёвые средства подавления быстро масштабируются, а традиционные навигационные предположения больше не работают.
Объединённые силы не могут полагаться на хрупкие связи или экзотическое оборудование. Им необходимы автономные системы и системы навигации, которые продолжают работать, когда глобальная навигационная спутниковая система, связь и визуальное восприятие недоступны. Автономные системы, управляемые программным обеспечением, не зависящие от платформы и оборудования и подходящие для устаревающих платформ, предлагают доступный, практичный и масштабируемый путь развития.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал
По материалам открытых источников