Главная система GPS

Какие альтернативы есть у ГНСС

Система GPS используется с 1995 года, и с тех пор не утихают дискуссии по поводу ее безопасности. Даже появление других глобальных навигационных спутниковых систем не закрыло вопрос о потенциальной уязвимости данной технологии.

США и другие крупнейшие страны мира использует GPS в гражданских и военных целях. На сайте американского правительства сказано, что почти все новые объекты военного назначения снабжены GPS. Один из самых ярких примеров использования спутниковой навигации в военных целях — операция «Буря в пустыне», которая была организована США. Благодаря спутниковому определению координат повысилась точность бомбардировок, эффективность поисково-спасательных работ. Через спутник стало проще организовать передвижение техники и сухопутных войск. С тех пор прошло 30 лет, но GPS до сих пор удерживает лидерство и используется при планировании военных операций.

Уязвимости GPS

В 2018 году в правительственном докладе Великобритании был поднят вопрос об уязвимости применения GPS-навигации для координации военных объектов. Военные сигналы GPS оснащены защитным M-кодом. Эта технология основана на том, что спутник отправляет сигнал в зашифрованном виде. Он недоступен обычным пользователям и может быть расшифрован только устройствами, которыми пользуются военные.

Зашифрованные сигналы передаются на более высокой мощности. Это препятствует их глушению и дает защиту от помех, которые могут быть случайными или намеренными. Аппараты спутниковой навигации расположены на высоте более 20 тысяч километров. После отправки мощность сигнала постепенно падает. Пока сигнал достигнет земли, он сильно ослабевает, поэтому его легко заглушить. К ухудшению приема сигнала приводят сложный рельеф местности, неблагоприятные погодные условия, наличие на участке крупногабаритных зданий и сооружений.

Развитие спутниковой навигации

Зная преимущества и недостатки систем спутниковой навигации, разные государства стремились усовершенствовать данную технологию и внедрить ее в повседневную жизнь. Великобританией был организован проект Marinav. Его цель — улучшение работы британской морской инфраструктуры, создание надежных PNТ для морских судов и портов. В рамках проекта велось исследование наземных технологий PNT. Их задача — определение точного местоположения судов при их приближении к порту с погрешностью не более 10 метров.

Специалисты изучали различные технологии навигации на большие территории. Одной из таких технологий стала eLoran. Это усовершенствованная модель системы радионавигации Loran, которая была создана еще в годы II мировой войны. Технология была основана на том, что скорость распространения радиоволн равна скорости света. Радиоимпульс передавался на частоте 90-110 кГц каждые 0.5 секунды. На каждой станции устанавливались два излучателя сигнала. Расстояние между ними — 10 морских миль. Если корабль расположен на одинаковых отрезках от обоих передатчиков, то прием импульсов происходил одновременно и они совпадали по фазе. Если судно находилось ближе к северному передатчику, то сигнал достигал приемника быстрее, чем от южного передатчика. Если рассчитать разницу во времени приема сигналов от северного и южного передатчиков, можно определить местоположение корабля относительно каждого излучателя сигнала. Зная расстояние между ними, можно построить график и рассчитать координаты судна. Местонахождение корабля будет там, где сойдутся оси северного и южного передатчиков.

Как менялась технология

К концу 2000-х на смену Loran пришла технология eLoran. Она задействует те же частоты, однако сама работа построена иначе. Для охвата территории используются три датчика вместо двух. Они установлены на определенном удалении. Излучатели в совокупности транслируют восемь импульсов, каждый с перерывом в миллисекунду. Импульсы от всех передатчиков должны передаваться на одинаковой частоте, а это значит, что не получится транслировать сигнал в один и тот же момент. Сначала первый передатчик отправляет свою группу сигналов, потом второй, третий. Задержка времени, которая возникает перед отправкой импульсов с разных излучателей, называется задержкой излучения. Она появляется после завершения цикла групповых сигналов, после чего передача импульсов возобновляется.

Разработчики системы eLoran из компании Hellen Systems отмечают, что данная технология по многим параметрам превосходит GPS. К примеру, при отправке сигнал GPS имеет мощность 48. 8 Вт. Когда он дойдет до земли, мощность очень сильно уменьшается. Она станет равна одной миллионной от одной миллиардной ватта. У eLoran импульсы в пять млн раз сильнее GPS. Благодаря использованию низких частот радиоимпульсы eLoran могут обходить препятствия. Импульсы проникают в сооружения, под землю или под воду. У передатчиков eLoran дальность действия составляет 1162 км. Чтобы покрыть территорию, равную площади Британии, достаточно установить пять передатчиков.

В настоящее время отключенные передатчики Loran есть во многих странах Европы. Законсервированные станции также имеются в США, Канаде, Корее, Индии и других государствах. Специалисты Hellen Systems подчеркивают, что устаревшая инфраструктура нуждается в обновлении. Это связано с новыми требованиями, которые предъявляются к антеннам в тех зонах, где нужна устойчивая PNT без использования спутниковой связи.

Европейское космическое агентство оценило перспективы применения eLoran на территории Европы. Данная система навигации рассматривается как альтернатива системам спутниковой навигации и дополнение PNT от Galileo. В то же время специалисты подчеркивают, что eLoran не может использоваться как единственно возможная технология. Она может стать частью мировой PNT, которая включает в себя разные виды навигационных систем. Такой подход обеспечивает эффективность и стабильность предоставления геопространственной информации.

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.