Принципы навигации

Ключевые составляющие спутникового комплекса навигации

Космическая составляющая

Космическая сфера, включающая спутниковые аппараты навигации, является комплексом источников сигналов радионавигации, которые отправляют в одно время огромное количество служебных данных. Ключевые функции каждого спутникового аппарата – создание и отправка радиосигналов, требуемых для потребительских навигационных определений и отслеживания работы бортовых спутниковых устройств.

Наземная составляющая

Наземная составляющая содержит космодром, командно-измерительный пункт и управляющий отдел. Космодром используется для доставки спутниковых единиц на нужные высоты при изначальном обустройстве комплекса навигации, а также время от времени он позволяет восполнять космические аппараты после их повреждения либо изнашивания. Ключевую инфраструктуру космодрома составляют техническая позиция и система запуска. Первый объект позволяет принимать, хранить, собирать ракеты-носители и спутниковые аппараты, испытывать их, заправлять и состыковывать. Второй объект позволяет доставлять носитель со спутниковым аппаратом навигации в точку отправления, устанавливать на систему запуска, проходить тесты перед запуском, заправлять носитель, наводить и запускать.

Командно-измерительная система позволяет снабжать спутниковые аппараты навигации служебными данными, требуемыми для организации сеансов навигации, контролировать и управлять ими как спутниками.

Управляющий комплекс, имеющий связь посредством радиолиний информации и управления с космодромом и командно-измерительной системой, способствует координации работы всех составляющих спутникового комплекса навигации.

Пользовательская составляющая

Пользовательская составляющая включает потребительское оборудование. Оно принимает сигналы от космической кораблей навигации, измеряет показатели навигации и обрабатывает полученные значения. Для того, чтобы решать задачи навигации, в потребительском оборудовании имеется особое вмонтированное устройство. Обилие видов имеющегося потребительского оборудования покрывает нужды наземных, морских, авиационных, космических (не дальше ближнего космического пространства) пользователей.

Функционирование комплекса навигации

Новейшая спутниковая навигация базируется на следовании теории дальномерных измерений без запросов между спутниковыми аппаратами навигации и пользователем. Это свидетельствует о том, что пользователь получает вместе с навигационным сигналом сведения о местонахождении космических аппаратов. В это же время измеряются расстояния до навигационных спутниковых аппаратов. Метод измерения этих расстояний базируется на расчете временных задержек поступающего сигнала от спутникового аппарата по сравнению с оригиналом, который генерируется потребительским оборудованием.

На рисунке изображен график расчета местонахождения пользователя с координатами x, y, z на базе расчета расстояний до 4-х навигационных спутниковых аппаратов. Разноцветными жирными линиями выделены окружности, в середине которых разместились спутниковые аппараты. Радиусы окружностей можно соотнести с реальными расстояниями, то есть фактическими расстояниями между спутниковыми аппаратами и пользователями. Разноцветные неяркие линии – это окружности с радиусами, которые можно соотнести с рассчитанными расстояниями, отличающимися от реальных и называемыми по этой причине псевдодальностями. Отличие реальной дальности от псевдодальности – значение, представляющее собой произведение скорости света на уход часов b, то есть значение смещения часов пользователя относительно системного времени. На картинке отображена ситуация, когда уход потребительских часов превышает “0” – т. е. потребительские часы идут с опережением времени системы, вследствие чего рассчитанные псевдодальности уступают реальным дальностям.

В идеале, когда расчеты выполняются верно и значения спутниковых и потребительских часов ничем не отличаются, чтобы выяснить пространственное местоположение пользователя, требуется лишь рассчитать до 3-х спутниковых аппаратов навигации.

По факту значения, которые показывают часы, входящие в состав потребительского оборудования навигации, не совпадают с показаниями бортовых часов навигационных спутниковых аппаратов. В этой ситуации для решения задачи навигации к неизвестным до этого значениям (3 потребительских координаты) нужно добавить дополнительный – смещение между потребительскими часами и временем системы. Следовательно, в общей ситуации, чтобы решить задачу навигации, пользователь должен “отслеживать” по меньшей мере четыре спутниковых аппарата навигации.

Системы координат

Для нормального функционирования спутниковых комплексов навигации нужны сведения о характеристиках вращения нашей планеты, ключевые лунные и планетарные эфемериды, информация о земном гравитационном поле, об атмосферных разновидностях, сверхточные сведения о действующих координатных и временных системах.

Геоцентрическими системами координат называются системы координат, точка отсчета которых располагается в центре масс нашей планеты. Их другое название – общеземные либо глобальные.

Для создания и обслуживания общеземных систем координат применяются 4 главных способа космической геодезии:

  • радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ);
  • лазерная локация космических кораблей;
  • доплеровские системы измерения;
  • навигационные измерения космических кораблей ГЛОНАСС и прочих глобальных спутниковых комплексов навигации.

Международная земная система координат ITRF – это идеальная модель земной системы координат.

В новейших спутниковых комплексах навигации применяются разные, в большинстве случаев отечественные, системы координат.

Временные системы

Исходя из вида задачи, которую нужно решить, применяются 2 разновидности систем времени: астрономические и атомные.

Системы астрономического времени зависят от суточного вращения нашей планеты. Идеальной моделью для создания шкал астрономического времени являются солнечные либо звездные сутки. Это зависит от местоположения точки на небе, по которой измеряется время.

Всемирное время UT – среднее солнечное время на меридиане Гринвича.

Всемирное координированное время UTC – имеет синхронизацию с атомным временем и считается стандартным во всех странах, по которому сверяется национальное время.

Атомное время – время, измеряемое с помощью электромагнитных колебаний, исходящих от атомов либо молекул во время их изменения своего энергетического состояния. В 1967 г. на Генеральной конференции мер и весов было выяснено, что атомная секунда выступает в роли перехода между  самыми тонкими уровнями F=4, M=0 и F=3, M=0 главного состояния 2S1/2 атома цезия-133, на который не влияют внешние поля, и что частоте данного перехода соответствует величина 9 192 631 770 Гц.

Спутниковый комплекс радионавигации выступает пространственно-временной системой, действует в зоне, покрывающей все пространство около Земли, и использует свое время системы. Ключевое значение в глобальных спутниковых комплексах навигации имеет вопрос синхронизации подсистем по времени. Синхронизация по времени имеет большое значение и для сохранения определенного порядка передачи сигналов всех спутниковых аппаратов навигации. Она позволяет применять пассивные дальномерные (псевдодальномерные) измерительные способы. Наземный командно-измерительный комплекс позволяет синхронизировать временные шкалы всех космических кораблей навигации способом их проверки и изменения (непосредственного и алгоритмического).

Радиосигналы навигации

Выбирая разновидности и показатели сигналов, которые применяются в спутниковых комплексах радионавигации, требуется принимать к сведению множество правил и условностей. От сигналов требуются гарантии получения высокоточных измерений времени поступления (задержки) сигнала и его доплеровской частоты, а также повышенной вероятности верной расшифровки навигационных данных. Еще сигналы должны обладать пониженным уровнем взаимной корреляции, чтобы сигналы различных навигационных спутников без труда различались навигационным потребительским оборудованием. Помимо этого, сигналы глобальных спутниковых комплексов навигации должны с наибольшей эффективностью пользоваться выделенной частотной полосой при низком уровне излучения вне полосы, отличаться значительной устойчивостью к помехам.

Практически все действующие спутниковые комплексы навигации, кроме комплекса NAVIC из Индии, применяют для отправки сигналов диапазона L. Этот индийский комплекс будет отправлять сигналы еще и в S-диапазоне.

Типы модуляции

С усовершенствованием спутниковых комплексов навигации подвергались изменению применяемые типы модуляции радиосигналов.

Во многих системах навигации сперва применялись только сигналы с бинарной (2-хпозиционной) фазовой модуляцией – ФМ-2. Сегодня в спутниковых комплексах навигации происходит переход к иному модуляционному типу, называющемуся BOC-сигналами.

BOC-сигналы отличаются от сигналов с ФМ-2 главным образом тем, что символ моделирующей ПСП BOC-сигнала является не видеоимпульсом в форме прямоугольника, а участком меандрового колебания, который включает в себя заданное неизменное количество периодов k. По этой причине сигналы с BOC-модуляцией зачастую носят название “меандровые шумоподобные сигналы”.

Применение сигналов с BOC-модуляцией способствует повышению потенциальных точностных характеристик измерения и разрешающего показателя по задержке. В это же время сокращается уровень взаимных помех при одновременной работе систем навигации, применяющих классические и обновленные сигналы.

Навигационная информация

Все спутниковые аппараты получают от наземных управляющих станций навигационные данные, передаваемые обратно потребителям в составе навигационного сообщения. Навигационные сообщения включают в себя различные данные, нужные для определения координат потребителя и синхронизации его временной шкалы со стандартом, использующимся в стране.

Виды сведений навигационного сообщения:

  • эфемеридные данные, требуемые для определения координат спутникового аппарата с приемлемыми точностными характеристиками;
  • погрешность расхождения временной шкалы на борту с системной временной шкалой для того, чтобы учитывать временные смещения космического корабля при измерениях навигации;
  • различия между временной шкалой системы навигации и национальной временной шкалой, требуемые для того, чтобы решить задачи синхронизации пользователей;
  • признаки пригодности со сведениями о состоянии спутникового аппарата для быстрого исключения космических аппаратов с обнаруженными отказами из навигационного решения;
  • комплекс данных об орбитах и состоянии каждого корабля в группе для долговременного детального прогнозирования перемещений космических кораблей и составления планов измерений;
  • характеристики модели ионосферы, которые нужны одночастотным устройствам приема для того, чтобы компенсировать неточности навигационных измерений, вызванных замедлением перемещения сигналов в ионосфере;
  • характеристики вращения нашей планеты для точности обнаружения потребительского местонахождения во всех системах координат.

Обновление признаков пригодности происходит через пару сек. при выявлении отказа. Эфемеридные и временные характеристики обычно обновляются каждые 30 мин. или реже. Кроме того, срок обновления для различных комплексов индивидуален и может составлять 4 ч., а вот обновление альманаха происходит только раз в 24 часа или реже.

По типу содержащихся сведений навигационное сообщение бывает оперативным и неоперативным и отправляется в форме потока цифровой информации. Поначалу в каждом спутниковом комплексе навигации применялась структура типа “суперкадр/кадр/строка/слово”. При такой структуре поток цифровых данных представляет собой последовательность сменяющих друг друга суперкадров, в составе суперкадра — ряд кадров, в составе кадра – ряд строк.

Согласно структуре “суперкадр/кадр/строка/слово” создавались сигналы комплексов БЭЙДОУ, ГАЛИЛЕО (за исключением E6), GPS (LNAV информация, L1), сигналы российского глобального спутникового комплекса навигации с разделением по частотам. Исходя из типа комплекса размеры суперкадров, кадров и строк имеют различия, а вот метод формирования не меняется.

Сегодня почти во всех сигналах применяется гибкая структура строки. В такой структуре навигационное сообщение создается в форме непостоянной последовательности строк разных видов. Каждая разновидность строки обладает собственной индивидуальной структурой и имеет в составе заданный тип данных (об этом рассказывалось выше). Навигационная потребительская аппаратура находит в потоке следующую строку, выявляет ее разновидность и на основании этого собирает данные, имеющиеся в данной строке.

Гибкая структура строки навигационного сообщения помогает гораздо продуктивнее работать с пропускной способностью канала отправки информации. Однако основное преимущество навигационного сообщения с гибкой структурой строки – это возможность ее эволюционного обновления при следовании условию обратной совместимости. Для этих целей в интерфейсно-контрольном документе для создателей навигационной пользовательской аппаратуры отдельно обозначается, что, если потребительское оборудование навигации в навигационном сообщении обнаруживает нетипичные строки, оно будет их просто пропускать. Это предоставляет возможность добавления во время обновления глобального спутникового комплекса навигации к до этого известным типам строк строки современных типов. Навигационная пользовательская аппаратура старого образца пропускает строки с современными типами и, как следствие, не применяет новшества, вводимые во время обновления комплекса навигации, однако при этом ее рабочие показатели остаются прежними.

Сообщения сигналов отечественной системы навигации с разделением по кодам обладают строковой структурой.

Что может привести к ухудшению точностных характеристик

На точностные характеристики определения пользователем собственного местонахождения, скоростных показателей движения и времени оказывают влияние огромное количество факторов, подразделяющихся на:

  • погрешности системы, которые вносятся оборудованием космического комплекса. Погрешности, которые имеют связь с работой спутникового оборудования на борту и наземного управляющего комплекса глобальной спутниковой системы навигации, возникают чаще всего из-за ошибок частотно-временного и эфемеридного обеспечения;
  • неточности, которые возникают на пути следования сигнала от корабля на орбите до пользователя. Погрешности возникают из-за отличия скоростных характеристик следования радиосигналов в земной атмосфере от скоростных характеристик их следования в безвоздушном пространстве, из-за того, что скорость зависит от физических параметров разных атмосферных слоев;
  • погрешности, которые возникают в потребительских устройствах. Погрешности устройств делятся на систематическую погрешность замедления сигнала оборудования в пользовательском оборудовании и флуктуационные погрешности, вызванные шумовыми эффектами и движением пользователя.

Помимо этого, на точностные характеристики навигационно-временного определения оказывает огромное влияние то, как располагаются по отношению друг к другу спутниковые аппараты навигации и пользователь.

Количественным показателем погрешности определения координат и поправки значений, отображаемых часами, которая связана с нюансами расположения спутникового аппарата и пользователя в пространстве, является т. н. геометрический фактор (коэффициент геометрии). В материалах на английском языке фигурирует обозначение GDOP.

Коэффициент геометрии говорит о том, во сколько раз уменьшились точностные показатели измерений, и определяется такими величинами, как:

  • геометрический фактор точностных характеристик расчета координат пользователя навигационной системы в пространстве. Обозначение в англоязычных материалах – PDOP;
  • геометрический фактор точностных характеристик расчета координат пользователя навигационной системы в горизонтальной плоскости. Обозначение в англоязычных материалах – HDOP;
  • геометрический фактор точностных характеристик расчета координат пользователя навигационной системы в вертикальной плоскости. Обозначение в англоязычных материалах – VDOP;
  • геометрический фактор точностных характеристик расчета поправки показаний часов пользователя навигационной системы. Обозначение в англоязычных материалах – TDOP.

Как повысить точностные характеристики навигационного обеспечения

Действующие сегодня глобальные спутниковые комплексы навигации GPS и ГЛОНАСС обеспечивают удовлетворение потребности в навигационном обслуживании множества пользователей. Однако сейчас остаются нерешенными несколько задач, требующих высокоточного навигационного обеспечения. Среди них – взлет, подготовка к посадке, приземление летательных аппаратов, вождение судов вблизи берега, навигация вертолетов и автотранспорта и проч.

Стандартный способ повышения точностных характеристик навигации – применение дифференциального (относительного) режима определений.

Относительный режим предусматривает применение 1 либо нескольких основных устройств приема, расположенных в местах с определенными координатами, которые в одно время с устройством приема пользователя (нестационарным) принимают сигналы одних и тех же спутниковых аппаратов.

Повышение точностных характеристик навигационных определений происходит благодаря тому, что погрешности измерения навигационных показателей основного и пользовательского устройств приема не коррелируются. При определении разности рассчитываемых показателей происходит компенсация большинства этих погрешностей.

Относительный метод основывается на знании местоположения точки опоры – контрольно-корректирующего пункта либо комплекса опорных пунктов, относительно которых могут быть определены поправки к расчету псевдодальностей до спутниковых аппаратов навигации. Если данные поправки будут учтены в пользовательском оборудовании, точностные характеристики определения, в том числе, местоположения можно повысить во много раз.

Чтобы использовать относительный режим на больших территориях – к примеру, в РФ, Евросоюзе, Америке – корректирующие дифференциальные поправки отправляются с применением геостационарных спутниковых аппаратов. Системы, которые реализуют этот подход, называются широкозонными дифференциальными системами.

Все подробности о системах функциональных дополнений глобального спутникового комплекса навигации, предоставляющих пользователям расширенные корректирующие данные, можно найти во вкладке “Функциональные дополнения”.

Тестовая версия автоматизированной системы, контролирующей обстановку на автотрассах, будет запущена до декабря 2019 г.

Автоматизированная система, контролирующая ситуацию и повышающая безопасность на автотрассах, о разработке которой сообщил “Ростех”, будет запущена в тестовом режиме до декабря 2019 г., подготовка основной версии завершится в следующем году. Эту информацию авторитетному изданию предоставили в пресс-службе государственной корпорации “Ростех”.

Представители пресс-службы пояснили, что реализация проекта происходит постепенно. Сегодня уже начали отрабатывать алгоритмы поиска и обработки данных. С июля 2019 г. начнутся пилотные тесты технологии, позволяющей контролировать ситуацию с безопасностью с использованием сведений, которые поступают с оборудования фото- и видеофиксации в одной из областей России. Разработку основной версии рассчитывают закончить в следующем году.

В госкорпорации также сообщили, что пользоваться новой системой смогут госструктуры и частные организации. Основная версия системы будет настраиваться под определенного клиента исходя из его требований и требуемого уровня обработки информации.

Реализацией проекта будет заниматься организация “ГЛОНАСС-БДД” (фирма, которой владеют государственная корпорация “Ростех” и АО “ГЛОНАСС”) при финансировании индивидуальных вкладчиков.

Автоматизированная система, контролирующая обстановку и повышающая безопасность на автотрассах, будет основываться на цифровом анализе огромного количества информации в режиме реального времени. Оценивая обстановку, система будет вести учет множества критериев, которые оказывают влияние на безопасность ситуации на автотрассах, до 19 индикаторов. Данные будут отправляться в систему из баз данных ГИБДД, оборудования фото- и видеофиксации, транспортных систем, систем метеорологии. Степень износа и повреждений инфраструктурных элементов дорог будет контролироваться с использованием механизмов, работающих на основе технологий компьютерного зрения. Итог проведенных работ: составление рейтинга безопасности как конкретных автотрасс или их отрезков, так и российских областей.

РФ в ближайшие 3 года готовится к запуску 56 гражданских спутниковых аппаратов

Российская госкорпорация по космической деятельности в ближайшие 3 года организует отправку в космос 56 спутниковых аппаратов, регламентированный государственной космической программой и государственной целевой программой ГЛОНАСС. Эта тема раскрывается в материалах, размещенных на главном сайте нормативно-правовых документов.

С января текущего года РФ уже отправила 3 гражданские спутниковые единицы – управляемый спутник “Союз МС-12”, “Прогресс МС-11” для грузов и навигационный аппарат “Глонасс-М”.

В пояснении к материалам соответствующего правительственного постановления обозначено, что “государственной космической программой на 2016-2025 гг. и государственной целевой программой “Поддержание, совершенствование и эксплуатация комплекса ГЛОНАСС на 2012-2020 гг.” на ближайшие три года” будут организованы запуски 56 спутниковых единиц.

В этом году запланирована отправка на околоземную орбиту девятнадцати спутниковых единиц: 4 кораблей “Союз”, 3 “Прогрессов”, 6 аппаратов “Глонасс”, астрофизической обсерватории “Спектр-РГ”, метеорологического аппарата “Метеор”, “Экспресса” для телекоммуникаций, двух связных “Гонцов-М” и метеорологического “Электро-Л”.

В будущем году будут отправлены 17 спутниковых единиц: универсальный блок-лаборатория “Наука”, 2 “Союза”, 5 “Прогрессов”, природно-ресурсный “Ресурс-П”, метеорологический спутниковый аппарат “Арктика-М”, “Метеор”, “Гонец”, корабль для посадки на Марс “ЭкзоМарс” и 4 аппарата “ГЛОНАСС”.

Через 2 года в космическое пространство будут отправлены двадцать спутниковых единиц: “Ресурс-П”, 2 “Союза”, по 3 “Прогресса”, “Гонец-М”, “Метеор”, корабль для посадки на естественный спутник Земли “Луна-Глоб”, радиолокационные спутниковые единицы удаленного зондирования нашей планеты “Обзор-Р” и “Кондор-ФКА”, “Электро-Л”, “Экспресс-АМУ” и 5 спутников “ГЛОНАСС”.

В Подмосковье на трех автодорогах развернут систему “Умная дорога”

Интеллектуальная транспортная система отслеживания и управления движением “Умная дорога” будет развернута на ряде участков трех подмосковных шоссе – Волоколамского, Рогачевского и Егорьевского. Эта система позволит делать прогнозы транспортной ситуации на отдельных участках дорог. Такую информацию предоставило издание “Транспорт Российской Федерации”, ссылающееся на пресс-службу ведомства транспорта и дорожной инфраструктуры Подмосковья.

В сообщении “Транспорт Российской Федерации” упомянуто, что развертывание интеллектуальной транспортной системы на Волоколамском ш. будет осуществлено при содействии ведомства транспорта и дорожной инфраструктуры Подмосковья, а также Главного контрольного управления “Центр организации безопасности дорожного движения Московской области”. В текущем году стартовые проекты отслеживания и управления движением намерены развернуть еще на Рогачевском ш. (от Дмитровского ш. до трассы А-108) и Егорьевском ш. (от г. Люберцы до областной границы).

Система “Умная дорога” будет развернута в зонах с максимальным количеством дорожных пробок и на перекрестках автодорог. Помимо этого, проект предусматривает установку системы автоматизированного управления светофорами, учитывающей загруженность, транспортных датчиков, стационарных и поворотных камер видеонаблюдения, системы регистрации нарушений проезда перекрестков, информационных экранов. Полученная информация будет отправляться в единый центр управления дорожным движением.

Со слов главы Министерства транспорта и дорожной инфраструктуры Подмосковья А. Гержика, развертывание интеллектуальной транспортной системы на Волоколамском ш. пройдет по указу губернатора Московской области А Воробьева в рамках нацпроекта “Безопасные и качественные автодороги”, в соответствии с которым нужно сократить количество дорожных заторов в городах и повысить пропускную способность автотрасс. Внедрение системы отслеживания и управления движением на Волоколамском ш. позволит уменьшить время поездки на 15%, увеличить пропускную способность трассы и уменьшить количество дорожно-транспортных происшествий до 10%.

Гержик не сомневается, что развертывание системы “Умная дорога” даст возможность составлять точные прогнозы относительно транспортной ситуации на трассе и повысить удобство передвижения водителей и пассажиров.

Некоторое время назад стало известно, что в столице новое видеооборудование будет записывать случаи езды с непристегнутыми ремнями и разговоров по телефону во время движения.

РФ и КНР готовятся к внедрению цифровых транспортных коридоров

На правительственном портале размещено распоряжение от 28.02.19 г. № 336-р о практической реализации механизмов отслеживания перевозок между Россией и Китаем с применением технологических решений спутниковых навигационных комплексов ГЛОНАСС и БЭЙДОУ. Все испытательные работы будут осуществляться с помощью инфраструктурных решений системы взимания платы “Платон”. Все принимающие участие в проверочных испытаниях могут пользоваться бортовым навигационным оборудованием по своему желанию и на безвозмездной основе.

В интервью изданию “Вестник ГЛОНАСС” гендиректор компании “Интеллектуальные транспортные технологии” А. Борейко сообщил, что исполнение упомянутого распоряжения нацелено на фактическое обеспечение выполнения недавно заключенного соглашения между правительствами России и Китая о международных автоперевозках. Этот договор был подписан летом прошлого года и заменил собой предыдущий похожий договор, действовавший последние 25 лет.

Борейко заявил, что основной мыслью уже одобренного и вступившего в действие межправительственного договора стала отмена ограничительных мер по дальности взаимных перевозок и географии автомобильных маршрутов. Подписанием данного соглашения РФ и КНР подтвердили официальное открытие собственного транспортного рынка для взаимных международных перевозок. Наряду с этим планируется введение обязательных требований оборудования всех транспортных единиц бортовой навигационной аппаратурой ГЛОНАСС/БЭЙДОУ, а также реализация системы обмена данными между сторонами о передвижении транспортных средств. Эти меры позволят контролировать перевозки и в будущем использовать цифровые механизмы управления транспортными коридорами.

Гендиректор компании “Интеллектуальные транспортные технологии” сообщил, что условия подписанного межправительственного договора являются пока беспрецедентными, поэтому, чтобы отработать их на практике, необходимо провести более тщательное тестирование как в части навигационно-связной аппаратуры ГЛОНАСС/БЭЙДОУ при действии роуминга, так и в части внедрения системы обмена данными между федеральными телематическими платформами России и Китая. Реализация этого – непростая задача и с точки зрения инженерии, и с точки зрения планирования схемы взаимодействия с партнерами из Китая.

Борейко отметил, что данный проект является очень перспективным. Он вобрал в себя технологическую базу внедрения цифровых транспортных коридоров, создания системы бесшовных перевозок благодаря организации системы обмена данными во время перевозок между его участниками и официальными органами контроля. Технологические решение, используемые в рамках этого проекта, в будущем могут быть полезны при разработке инструментов для участников перевозки, в частности, электронной очереди на пропускных пунктах, электронной перевозочной документации, инструмента подбора обратной загрузки, топливных и гостиничных приложений и, что крайне важно для взаимодействия с партнерами из Китая, средств языковой поддержки.

Также он заявил, что это решение имеет большое значение для тиражирования при организации международных автоперевозок и по другим транспортным коридорам в рамках Евразийского экономического союза и Шанхайской организации сотрудничества.

Что предложили ввести власти Тверской области в сферу космического отслеживания

О возможности использования в Тверской области инновационных геоинформационных инструментов и технологических решений для отслеживания состояния лесных массивов и природных объектов Верхневолжского региона поговорили 21.03.19 г. глава региона И. Руденя и представители компании “Российские космические системы”. Переговоры дали толчок развитию договоренностей, заключенных губернатором на собрании в Научном Центре оперативного мониторинга нашей планеты в столице 04.03.19 г.

Глава региона рассказал, что на этом собрании рассматривался вопрос внедрения и последующего использования космических технологических решений в различных областях России. Главное лицо Совета Федераций В. Матвиенко поручила сделать Тверскую область регионом-первопроходцем по этому направлению. Отечественные космические комплексы располагают уникальной ресурсной базой. Одно из основных совместных направлений сотрудничества – отслеживание случаев незаконной вырубки деревьев, предотвращение возникновения пожаров в лесах.

По словам гендиректора компании “Российские космические системы” А. Тюлина, они смогут предоставить нужные ресурсы регионам, в частности, Тверской области.

Тюлин также рассказал, что их компания обустроила наземную инфраструктуру по всей территории России. По всей стране будет действовать унифицированный облачный информационный комплекс. Только в прошлом году был осуществлен вывод на орбиту 4 спутников “Канопус”, передающих данные в режиме реального времени.

В Твери и регионе в ходе удаленного отслеживания за 2 прошлых года была собрана информация с более, чем 3200 участков, обнаружено 28 нарушений лесных законов, в частности, 4 нелегальные рубки. Использование инновационных технологических решений даст возможность выполнять эти задачи более результативно, гарантирует своевременное предоставление доказательств – четких фотографий высочайшего разрешения. Помимо нелегальной вырубки леса, можно будет мониторить процессы восстановления лесов.

Губернатор Тверской области также сообщил, что его регион выражает живой интерес к развитию инструментов космического отслеживания в целях обнаружения нелегальных свалок, незарегистрированного недвижимого имущества, случаев нелегальной разработки карьеров, эксплуатации площадей сельскохозяйственного назначения. Кроме того, важным является вопрос составления прогнозов паводков.

Губернатор заметил, что внедрение инновационных технологических решений сделает возможным вовлечение в налоговый оборот недвижимости, анализ торгового потенциала регионов. Также глава Тверской области упомянул о важности цифровизации имущественных сведений и информации о всех лесах, с/х владениях и прочих ресурсах Верхневолжского региона.

Организация “Терра Тех”, являющаяся частью “Российских космических систем”, презентовала программу, которая сделает возможной систематизацию информации по недвижимому имуществу, лесам, с/х угодьям и прочим ресурсам, сопоставление данных об объектах с имеющимися фотографиями из космоса.

На темы сбережения природных ресурсов Верхневолжского региона и прочих областей России губернатор Тверской области часто ведет переговоры с представителями рабочей группы по противодействию нелегальной заготовке и реализации лесных ресурсов, возглавляемой замом премьер-министра России А. Гордеевым. Членами рабочей группы также являются главы ведомства природных ресурсов и экологии России, Федерального агентства лесного хозяйства, сотрудники Федеральной службы безопасности, Министерства внутренних дел, Генпрокуратуры России, ФТС, Росприроднадзора.

В рамках переговоров внутри рабочей группы регулярно обсуждаются вопросы лесопользования от заготовки до реализации покупателям, а также увеличения эффективности средств борьбы с нелегальной вырубкой леса.

В чем кроется подвох GPS и ГЛОНАСС

В наши дни устройство приема GPS/ГЛОНАСС присутствует не только во всех смартфонах, но и в составе вполне статичной техники – промышленного оборудования, телеметрических датчиков, банкоматов. Помимо этого, эти устройства приема выполняют навигационные функции в системах, управление которыми происходит в автоматическом режиме (от городского транспорта до военных квадрокоптеров). Устройства глобального позиционирования сегодня используются настолько часто и масштабно, что большая часть пользователей учитывает данные, не думая об их достоверности.

А зря! Ведь сегодня собрано уже достаточно доказательств того, что такие системы не обладают устойчивостью к разным атакам, в том числе spoofing (подделка сигнала). Больше пяти лет назад военнослужащим из Ирана удалось произвести посадку беспилотника США с использованием этой методики. А в декабре 2016 г. целый ряд изданий писал о массовом сбое в работе систем GPS и ГЛОНАСС в центральной части столицы, вблизи Кремлевских стен: навигаторы начали выдавать своим владельцам информацию, что их фактическое местонахождение — аэропорт Внуково. Мы провели собственное расследование, чтобы понять, на самом ли деле необходимо иметь возможности спецслужб, чтобы вызвать упомянутые неполадки в работе навигаторов.

Особенности глобального позиционирования

Прежде всего необходимо иметь в виду, что на нашей планете сегодня действуют сразу несколько систем глобального позиционирования. Помимо известной всем GPS (США), функционируют комплексы ГЛОНАСС (Россия), Galileo (Европа), BeiDou (Китай), QZSS (Япония), IRNSS (Индия), SBAS (присутствует в составе почти каждой из перечисленных систем). Их совокупность имеет название GNSS (глобальные навигационные спутниковые системы). Тем не менее полное глобальное покрытие всего земного шара сегодня гарантируют только GPS и ГЛОНАСС. Японская и индийская версии действуют лишь в некоторых областях нашей планеты, и полноценное покрытие пока не предвидится. Все перечисленные системы имеют одни и те же недостатки, поскольку в их работу заложены один и тот же принцип и очень похожие технологические решения отправки сигналов со спутников. Разберем все эти недостатки на основе системы GPS.

Системы глобального позиционирования функционируют на базе спутников, передающих сигналы точного времени (все они оснащены атомными часами) и собственные координаты. Последовательность обмена информацией отображена на картинке.

На устройство приема поступает сигнал от ряда подобных спутников с разной задержкой, что определяется расстоянием до каждого спутника. Соответственно, найдя решение системы уравнений, можно рассчитать расстояние до каждого из них, после чего, обладая информацией о местонахождении спутников, определить собственное местоположение.

Работая с этими данными, можно сформировать сигнал с установленными параметрами координат и времени. Эта работа уже была успешно выполнена, и сегодня каждый заинтересованный человек может без затрат составить из исходных данных приложение, делающее возможной генерацию подобных сигналов. После этого с использованием трансивера SDR мошенник может передать этот сигнал на пользовательское устройство вместо настоящего сигнала GPS, иными словами, подменить координаты и время. Итак, для получения настоящего “навигационного оружия” необходимы всего лишь 350 долларов на SDR и обычный ноутбук. Далее рассмотрим подробные описания атак, которые это оружие помогает организовывать.

Управление квадрокоптерами. В программное обеспечение гражданских дронов заложены неразрешенные координаты объектов, над которыми им запрещено перемещаться, — к примеру, аэропортов и крупных спортивных объектов. Работая с упомянутым “навигационным оружием”, можно передать квадрокоптеру якобы достоверную информацию о том, что он находится во Внуково, после чего он не сможет больше находиться в воздухе и приземлится. Существует мнение, что именно этими защитными мерами от квадрокоптеров обуславливаются неполадки в работе GPS вблизи Кремлевских стен.

Искривление пространства. В одной из проводимых исследовательских работ GPS spoofing длился несколько суток. Далее Google проиндексировал находящиеся рядом с нами точки доступа Wi-Fi и основные станции мобильных провайдеров, после чего он стал выдавать информацию, что наш деловой центр располагается в Китай-городе (по факту же он построен в семи километрах от этого района).

В этом случае важно понять, что такие атаки могут организовывать не только службы особого назначения. В 2016 г. эти техники глобально “пошли в массы” из-за выхода игры с дополненной реальностью Pokemon Go. В Сеть стали выкладывать инструкции, доступно объясняющие, как с использованием GPS spoofing происходят “искривление пространства” и ловля покемонов прямо из собственной квартиры.

Машина времени. Самые непредсказуемые результаты показали проведенные исследования по изменению времени. Устройства фирмы Apple безусловно и без уведомления их владельцев производят перевод времени в соответствии с сигналом GPS методом подставления прошлогодних значений. В результате этого из памяти устройств стирается список звонков, SSL-сертификаты утрачивают свои характеристики, множество веб-ресурсов и почта прекращают свою работу. А смарт-часы, стоящие свыше пятисот долларов, стали нуждаться в ремонте по гарантии после получения GPS-времени из прошлого года. Следует учесть, что перевод времени возможен не только в прошлое, но и в будущее, что также может стать причиной различных сбоев.

Такие атаки могут представлять угрозу не только для личной техники пользователей. К примеру, устройства автоматического запечатления случаев нарушения скоростного режима “Автодория”, вычисляющие среднюю скорость всех машин путем измерения времени проезда заданного отрезка трассы, применяют GPS и для синхронизации временных интервалов между 2-мя устройствами, и для определения расстояния между ними. Теперь понятно, что с использованием упомянутой “машины времени” можно с легкостью организовать сбой данной системы.

Еще более опасной является подделка спутникового сигнала при работе с промышленными синхронизирущими устройствами – в энергетической отрасли либо в добывающей промышленности. К примеру, чтобы подсчитать электрическую энергию либо выбрать схему энергетического снабжения на разных участках, производится синхронизация времени по информации, полученной от этой же системы GPS. Сбой в подобной системе лишь на пару мгновений станет причиной недосчета огромного количества электрической энергии.

 

Как избежать подобных атак

Чтобы защититься от таких действий злоумышленников, мы советуем применять смешанные устройства приема GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou, вспомогательные источники времени (такие, как NTP) и альтернативные навигационные комплексы (к примеру, ориентацию по основным станциям и Wi-Fi) для проверки оригинальности спутникового сигнала. А если навигация Вам нужна только для путешествий, лучше воспользуйтесь старыми добрыми картами из бумаги, дорожными указателями, путеводителями и советами местных обитателей.

Что думает создатель GPS?

Около 4 десятилетий назад, во время подготовки Б. Паркинсоном и его коллегами пилотных спецификаций для системы GPS, инженер создал несколько эскизов, отображающих его видение того, как это технологическое решение может использоваться через много лет. На одном таком эскизе, выполненном на обычном бумажном листе, инженер в 1978 году описал, как технологию можно будет применять в качестве автомобильной навигации. Второй эскиз отображал схему применения данной технологии в сельскохозяйственной отрасли. Этих набросков было несколько. Но остался один способ использования системы, который Паркинсон не описал. И вот сегодня множество разных организаций в любой точке земного шара применяет технологию GPS для тайного наблюдения за миллионами пользователей смартфонов.

В разговоре с представителями журнала Forbes после вручения королевской премии в сфере инженерии как главному изобретателю системы GPS Паркинсон заявил, что вариант использования технологии для наблюдения за людьми через смартфоны он не поддерживает. При этом он имеет в виду не то, законны эти действия или нет, а то, что безостановочное наблюдение за кем-либо само по себе не является хорошим делом.

Множество организаций во всем мире применяют технологию GPS для тайного наблюдения за нашим местоположением через смартфоны. К примеру, результаты недавней журналистской проверки издания New York Times показали, что по меньшей мере 75 организаций, функционирующих на американской территории, тайно собирают сведения о местоположении почти 200 млн. пользователей смартфонов посредством мобильных сервисов. Также стало известно, что отдельные сервисы могут передавать данные о местонахождении пользователей с точностью до метров тысячи раз за сутки.

Законченное в начале текущего года независимое журналистское расследование сайта Motherboard продемонстрировало, что для обнаружения посредством смартфонов потенциальных преступников поручительские организации даже приобретают информацию о пользователях у региональных сотовых операторов AT&T, T-Mobile Sprint.

В конце 70-х гг. изобретатель GPS принимал непосредственное участие в создании и тестировании комплекса глобального позиционирования, нашедшего в наше время широчайшее применение, из-за чего его часто называют “отцом GPS”.

Технология, созданная при участии трех других инженеров Д. Спилкера, Х. Фрухауфа и Р. Шварца, использует 6 из 24 искусственных спутников, синхронизирующихся с наземными наблюдательными объектами и устройствами приема. Наблюдательные объекты нужны для выявления и наблюдения за характеристиками орбит, расчета баллистических показателей, регулирования отклонения от маршрута движения и настройки оборудования внутри космических аппаратов. Устройство, принимающее сигнал, рассчитывает задержку перемещения сигнала от спутника до приемника. Из принятого сигнала данное устройство получает информацию о местоположении спутника. Чтобы рассчитать расстояние от спутника до принимающего устройства, нужно величину задержки сигнала умножить на скорость света. Для успешного функционирования системы GPS нужна информация по меньшей мере с четырех спутников. Сигналы от них дают возможность принять информацию о широте и долготе, 4-й спутник поставляет сведения о высоте объекта над поверхностью. Имеющиеся величины можно записать в систему уравнений, из которых потом определить координаты местонахождения пользователя с точностью до 2 м.

Несомненно, технология GPS сначала создавалась для военных целей. С ее помощью можно было точно задавать направление баллистических ракетных установок, устанавливать на летательные аппараты навигационное оборудование высокой точности, узнавать точное местоположение своих солдат и солдат неприятеля для изменения направления артиллерийских орудий. Но в скором времени данная технология стала применяться и для гражданских целей.

Например, управляющие проходившей в текущем месяце церемонией вручения королевской премии в сфере инженерии рассказали, что система GPS дала возможность упростить миссии по гуманитарной помощи в разных зонах конфликта. GPS стало незаменимым помощником в точном земледелии и выдает пользователям точный маршрут перемещения между двумя заданными пунктами без применения классических карт.

Как выяснилось, последнее упомянутое преимущество технологии GPS и вызывает больше всего опасений у ее изобретателя. В своем выступлении на церемонии вручения королевской премии Паркинсон заметил, что комплекс глобального позиционирования пострадал от своего же успеха. Это он объяснил тем, что люди совсем перестали использовать классические карты, а также тем, что разные неполадки в системе могут стать причиной настоящих катастроф.

Создатель технологии GPS рассказал, что область использования этой системы за последние почти полвека расширилась многократно, и зачастую методы ее применения вызывали удивление даже у ее разработчиков. Кроме содействия в отслеживании движения автомобильного, водного, воздушного транспорта, эта технология еще активно применяется в экономической сфере, что не может не беспокоить Паркинсона.

Изобретатель советует для гарантий секретности приобретать небольшие устройства, которые могут обеспечить защиту вашей личной жизни от любопытного начальства, а также заблокировать все другие системы GPS.

Мнение Паркинсона полностью разделил Д. Браун, в прошлом исполнительный директор организации BP и один из членов комиссии королевской премии в сфере инженерии. Он заявил, что изобретение большей части самых важных для развития человечества технологий всегда, независимо от года изобретения, демонстрировало крайне неожиданные результаты.

В своем интервью журналу Forbes Браун рассказал, что одним из таких результатов выступает отсутствие секретности частной жизни.

Паркинсон все же осознает и даже в определенной мере выражает согласие с тем, почему организации стараются оправдать применение технологических решений отслеживания местонахождения людей – это сильно упростит процесс предоставления людям “более релевантной” рекламы. Изобретателя возмущает лишь то, что мнением самих людей относительно этого обычно никто не интересуется.

Паркинсон утверждает, что компании перед применением технологических решений отслеживания местонахождения людей должны обязательно спрашивать их разрешения.

Изобретатель вспоминает, что в 1978 г. он разработал 8 эскизов, отображающих его представление об эксплуатации новой технологии. К примеру, один из них описывал технологическое решение, которое могло бы найти применение в самоуправляемом автотранспорте. Паркинсон имел несколько ясных идей и знал, как их реализовать. Он сожалеет, что в будущем его изобретение начали использовать совсем не в тех областях, которые он себе представлял.

Минобороны начало проектирование современных разведывательных спутников

Сегодня научные работники оборонной отрасли продолжают опытно-конструкторские работы, нацеленные на разработку современных высокопроизводительных военных спутников. Об этом во время выступления на селекторном совещании Минобороны рассказал министр обороны России, генерал армии С. Шойгу.

Он сообщил, что научные сотрудники в это время трудятся над разработкой качественно новых спутников, которые смогут снабжать военных сверхточной информацией из областей разведки и картографии. Министр отметил, что некоторые опытно-конструкторские работы в данной области уже начаты.

О стадиях выполнения упомянутых работ представители оборонного ведомства поговорили недавно на закрытой части совещания.

На открытой же части совещания генерал армии Шойгу рассказал, что глава государства в предыдущем послании Федеральному Собранию упоминал, что серьезные корректировки в сфере связи, навигационных средств, комплексов удаленного зондирования нашей планеты связаны с соответствующим расширением функционала системы спутников. В связи с этим, ведомство продолжает напряженную работу над расширением технологической базы военных космических аппаратов.

Ранее поступили достоверные сведения, что представители российского Министерства обороны сообщили о запусках космических аппаратов в прошлом году. По данным службы информации и массовых коммуникаций военного ведомства, сотрудники Космических войск Воздушно-космических сил нашей страны в прошлом году провели запуски 15 отечественных космических аппаратов разного назначения, реализованных с космодромов Плесецк, Байконур и Восточный. Еще было упомянуто, что приблизительно 70% отечественных космических аппаратов находится под управлением Космических войск.