25072017 GISРакетные системы, бортовое оборудование беспилотных летательных аппаратов, средства радиосвязи военнослужащих усовершенствовались в связи с миниатюризацией и повысили производительность в технологии Глобальной спутниковой навигационной системы (GPS). Однако сегодня GPS подвергается изменениям, включая переход к новому М-коду и поиск технологий, которые могут дополнить глобальные спутниковые навигационные системы, обеспечить их большую защищенность.

 


Оригинальные спутниковые навигационные системы, которые используются США в военных целях и для общего пользования, состоят из системы, которая включает 24 спутника, совершающих полет над Землей по орбите протяженностью 20350 километров. На сегодняшний день свои собственные констелляции Глобальной спутниковой навигационной системы (GPS) также разрабатывают и совершенствуют Европейский Союз, Россия, Китай и Индия.


Распространение GPS и увеличенные требования к производительности в военной навигации стимулируют инновации в проектировании GPS – уменьшаются размеры и вес, в то время как точность систем увеличивается. С каждым новым продвижением разработчики систем военной навигации находят новое использование технологии – от комплекта оборудования для ракет для прямого поражения цели до смартфонов и бортового оборудования небольших БПЛА. Параллельно с усовершенствованием устройств GPS возникают также и новые, более сложные угрозы, которые требуют даже больше возможностей для надежной безопасности и защиты от помех с каждым новым изобретением. Угроза для GPS от несанкционированного получения доступа к ресурсам сети и создание помех постоянно возрастает на протяжении нескольких последних лет. Особенно уязвимы незашифрованные сигналы коммерческих GPS. Что, в свою очередь, вызывает беспокойство касательно общей надежности GPS. Поэтому индустрия производителей GPS ищет альтернативы.

 

 

25072017 GIS2
В поисках защиты
NAVSTAR GPS и GPS очень важны для военной навигации, но насколько защищены военные GPS от угроз несанкционированного получения доступа к ресурсам сети и созданию помех? Создание помех – это преднамеренный или непреднамеренный перехват сигнала, который делает невозможным его передачу, что очень просто сделать.


Система GPS обеспечивает гражданских пользователей в режиме SPS (Standard Positioning Service), для военных потребителей в США и странах-союзниках реализуются более точные и надежные возможности GPS в режиме РPS (Precise Positioning Service). GPS-сигнал передается/принимается в двух диапазонах: L1 (1,575.42 мГц) и L2 (1,227.60 мГц). В РPS используется кодированный сигнал, который может быть принят специальным приемником. При этом в режиме SPS используется код А/С в диапазоне L1. В военной сфере защищенные GPS используют РPS режим (P/Y код) - как в диапазоне L1, так и L2.


Военные GPS-приемники базируются на зашифрованных военных сигналах, которые могут обеспечить некоторую защиту от несанкционированного получения доступа к ресурсам сети. Военные приемники используют зашифрованные GPS-сигналы, чтобы обеспечить получение аутентичного сигнала, поэтому невозможно несанкционированно получить доступ к ним. Однако общее заблуждение состоит в том, что защищенные военные GPS-приемники устойчивы к помехам. Создать помехи даже для зашифрованного сигнала легко. Сигналы со спутников такие слабые, что даже помехи от 1 до 10 ватт могут перекрыть покрытие GPS на большой территории - как для военных, так и для гражданских сигналов. Для образности - сигналы от спутников GPS можно сравнить со светом 25 ватной лампочки, включенной на удалении примерно в 18 тыс. км. Поэтому такой слабый сигнал может быть заглушен постановщиком помех, который имеет большую мощность и работает в том же диапазоне, что и спутники GPS.

 

25072017 GIS3


На данном этапе, чтобы «отстроиться» от подобных угроз, армия США переходит от существующих приемников GPS к новым технологиям шифрования, которые известны как М-код. Эти технологии предлагают несколько методов, которые более устойчивы к помехам. О начале работ над новым М-кодом для военных приемников GPS впервые заявлено в 2005 г. Базируясь на тех же диапазонах, что и РPS-режим, М-код представлен как автономное, отдельное решение. Военные приемники GPS, способные работать с М-кодом, будут иметь возможность принимать сигналы, в том числе направленными антеннами в зонах в несколько сот километров в диаметре, которые могут избирательно формироваться в требуемом регионе. При этом сигнал в М-коде будет иметь большую мощность, достигающую 20 дБ, что потребует больших ресурсов противника для его подавления, а усовершенствование конструкции приемников GPS также усложнит ведение РЭБ со стороны врага.


М-код разработан для улучшения системы безопасности и защиты от помех военной навигации на базе GPS. М-код очень важен для США, потому что это военные GPS следующего поколения, которые включают зашифрованный военный код. Представители Rockwell Collins были задействованы в развитии приемников М-кода для прототипов на протяжении нескольких лет. М-код считается новой точкой отсчета для США. Распоряжения конгресса и законодательство требуют, чтобы любой военный приемник, выпущенный после 2018 г., предусматривал работу в режиме доступа/использования М-кода. Коммерческие приемники для М-кода пока недоступны. При этом обновление технологий повлечет за собой обновление и «железа», так как разные включенные частоты и сигналы будут требовать разных антенн.


М-код представляет целый новый уровень безопасности и сложности разработки. Для того, чтобы приемники могли иметь М-код, оставаясь с теми ж конструктивными параметрами, что и в современных используемых приемниках, должен улучшаться технический уровень развития и уровень завершенности проекта, чтобы развиваться дальше.

 

 

25072017 GIS5
Преимущества умной антенны
Для устойчивого приема сигнала GPS разработаны и производятся новые антенны, которые обладают рядом преимуществ по сравнению со своими предшественницами. Как известно, традиционная антенна GPS имеет полный полусферический обзор, поэтому она может охватывать все воздушное пространство и ловить сигнал от 12 спутников одновременно для того, чтобы определить лучшую подачу навигационных данных. Им на смену идут электрически управляемые направленные антенны. Они также известны как антенны с управляемой диаграммой направленности на приеме (CRPAS), или смарт-антенны, которые являются важным элементом для противодействия помехам. Смарт-антенна может фокусировать много узких лучей диаграммы направленности непосредственно на спутниках и отслеживать их перемещение. Эти устройства значительно улучшили прием GPS при наличии помех, но они дорогие и более габаритные, чем обычные антенны.


Если еще недавно писком моды были четырехэлементные CRPAS, то сегодня некоторые более высокотехнологические системы могут работать и с большим количеством элементов. Это свидетельствует о большей гибкости и высоком уровне свободы действий в работе в радиотехнической обстановке, которая связана с большим количеством сигналов, которые отслеживаются, или с передатчиком помех, работу которого необходимо нейтрализовать. Поскольку количество многоэлементных CRPAS-антенн в мире возрастает, именно с помощью возрастающего взаимодействия с более высокотехнологическими GPS-приемниками и с возможностями высокотехнологических систем защиты от помех можно отследить больше каналов.


Сочетание технологий GPS и IMU
Вооруженные силы разных стран используют GPS космического базирования для навигации – сушей, воздушными или водными путями. Сочетание простого приемника с вычислительными возможностями обеспечивает точную навигацию там, где есть сигнал. Однако, сигналы со спутников GPS не доступны в туннелях, под землей или под водой – или даже тогда, когда они намеренно перебиваются с помощью создания помех или несанкционированного получения доступа к ресурсам сети. Для тех случаев, когда GPS временно недоступны, разрабатываются инерциальные измерительные блоки синхронизации (TIMU) как вспомогательное устройство для навигации.


Использование инерциальных измерительных блоков синхронизации не является новой концепцией. Измерительные блоки появились на несколько десятков лет раньше создания системы GPS, хотя использование таких блоков было заменено GPS в большинстве систем министерства обороны. Это обусловлено относительно низкими показателями размера, веса, мощности и стоимости (SWaP+C) и чрезвычайной точностью GPS. Однако сегодня ведущие страны активно инвестируют в развитие инерциальных измерительных блоков, особенно с учетом развития микроэлектрических механических систем (MEMS) и высокопроизводительных инерциальных сенсоров. IMU на МЕМС-основе уже доступны как коммерческие продукты, которые обычно состоят из многочисленных МЕМС-устройств, собранных в IMU на уровне аппарата. Основной проблемой проекта TIMU является одновременное общее производство полного набора инерционных сенсоров на МЕМС-основе, а также электронная аппаратура управления на одной плате.


Подходы для решения задач оценки расположения, навигации и синхронизации (PNT) предусматривают, кроме GPS, все большее использование инерционных навигационных систем (INS). Эти системы используют инерциальные измерительные блоки, набор точных акселерометров и гироскопов, которые измеряют движение без внешних привязок, и при этом они устойчивы к помехам. Однако IMU не предназначены для использования в качестве отдельного метода, поскольку при функционировании в течение продолжительного периода они накапливают ошибку и становятся неточными.

 

25072017 GIS6
Некоторые военные разработчики сочетают приемники GPS с IMU для того, чтобы установить навигационное «обеспечение» для экстренных ситуаций, и для того, чтобы противодействовать созданию помех и несанкционированному получению доступа к ресурсам сети. Поскольку IMU могут использоваться как независимый навигационный продукт, его можно использовать вместе с GPS, что будет более эффективно. Две системы вместе работают лучше, чем по отдельности. Эти системы уже используются на разных летающих UAV-платформах – на самолете и вертолете с несколькими несущими винтами, также в разработке проекты с управляемыми боеприпасами, в которых основной задачей является уменьшение стоимости, размера, веса и мощности. Многие из этих небольших управляемых боеприпасов не имеют большого поперечного сечения, но требуют размещения и ориентации. Для меньших беспилотных аппаратов вес и мощность являются важным фактором. Общее мнение состоит в том, что GPS и IMU просто вместе лучше работают - причем даже под землей или под водой....

 

Будущее навигации
С точки зрения будущего навигационных систем, уже сегодня можно определить такие тенденции, как миниатюризация, комплексирование, повышение защищенности. В будущем почти все, что движется, будет иметь встроенный приемник GPS. Сигнал охватывает весь земной шар, приемники дешевы, а точность превосходит все остальное. Двумя большими недостатками являются слабый сигнал, который легко заглушить, и невозможность функционировать в помещениях. Будущее навигации также проявится в гибридном сочетании GPS и других альтернатив. Так, технология микроэлектромеханических систем (MEMS) значительно улучшает точность инерциального измерительного блока (IMU) с минимальными затратами обычных компонентов и реконструирует системы INS. Также, благодаря коммерческому сегменту компьютерных видеоигр, быстрыми темпами растут возможности систем графической обработки в режиме почти реального времени, что дает возможность интегрировать задачи навигации и распознавания. Что кардинально повысит эффективность как средств обнаружения, целеуказания и наведения, так и создаст надежную опору для прогресса автономных и управляемых роботизированных систем.

 

Владимир ТКАЧ, Defense Express

! При використанні вмісту сайту обов’язковим є активне гіперпосилання на defence-ua.com, що не закрите від індексації пошуковими системами

Переклад

ukarzh-TWenfrdeitptrues