Resilient PNT: маніфест нового покоління навігації
Як світ, залежний від GNSS, може стати стійким до джамінгу, спуфінгу та хаосу рішень.
Це досить велика та довга стаття, призначена для тих, кому дійсно важлива рецептура виходу з наявної кризи ГНСС
Вступ: залежність, яка стала вразливістю
GNSS (Global Navigation Satellite Systems: GPS, Galileo, BeiDou, ГЛОНАСС) стали невидимою опорою сучасного світу. Спробуйте знайти на вулиці автівку, в котрій не використовується той чи інший навігатор… Я вже не кажу про кораблі чи літаки.
PNT (Position, Navigation, Timing) — позиціонування, навігація і час — інтегровані у все: від літаків і кораблів до смартфонів і банківських систем.
Ми вже не сприймаємо це як технологію, це як повітря. Але саме тому ця залежність небезпечна. GNSS слабкі від природи: їхній сигнал приходить із космосу, з супутників на досить високих орбітах. Цей сигнал легко заглушити (джамінг) або підмінити (спуфінг).
Це не загроза майбутнього, це реальність сьогодення. Війна в Україні, та навіть недавні події в Європі це доводять. Ми опинилися в ситуації, де будь-яке втручання може вплинути не лише на військову логістику, а насамперед на цивільну економіку.
Сучасні вразливості несучасних платформ
GNSS створювалися десятиліттями. Це архітектура «шарів» — старі технології, на які нашаровувалися нові рішення.
У результаті маємо систему, яка погано захищається від сучасних загроз. Особливо від загроз, що використовують сучасні обчислювальні можливості та можливості формування радіосигналів.
Одні з найбільш ефективних — це атаки на час. Від втрати сигналів синхронізації часу до «фальшивих штампів часу» — усе це руйнує криптографію, зриває синхронізацію мереж та обладнання, ламає роботу фінансових систем та робить більшість сучасних засобів цифрового зв'язку непрацездатними.
Найгірше — втручання у GNSS вкрай важко задокументувати й довести. Не кажучи вже про впровадження якихось санкцій чи покарань. Інтерференція часто короткочасна, мобільна й залишає мінімум слідів. Юридично це майже не ловиться. Виходить парадокс: ми залежні від технології, яка може відмовити будь-якої миті, і при цьому навіть не зможемо довести, що це було навмисно.
Старі системи не витримують масштабу
VOR, DME, ILS, NDB — наземні системи, які десятиліттями підтримували авіацію. Вони досі працюють, і це добре. Але уявімо чесно: вони створювались для світу, де літаків у небі було в десятки разів менше, а смартфонів і дронів взагалі не існувало.
VOR дає напрямок, DME — відстань, ILS рятує при посадці в туман, NDB вказує напрямок на маяк.
Вся ця інфраструктура дорога, локальна й не здатна масштабуватись. Вона потрібна як страховка для авіації, але вона не врятує сучасний світ від глобальної кризи GNSS. Та й економічно вона по суті вже більше тягар, ніж допомога. Так само спадщина минулого століття — Loran, Omega та інші.
Чому старі системи не врятують
Ми любимо думати про старі навігаційні технології як про «страховку». Але вони не зможуть виконати роль, яку сьогодні відіграє GNSS. Вони надто дорогі, надто обмежені й надто застарілі. Вони не інтегруються у смартфони, автівки чи дрони. Це як тримати таксофон у світі смартфонів: символічно, але неефективно. Можливо, якби не вразливість GNSS, ми давно вже від них відмовились.
Технологічний розрив: від GNSS до альтернатив
Альтернативи GNSS, звісно, існують: інерціальні системи (IMU), візуальна навігація (VIO/SLAM), мережеві методи (Wi-Fi, GSM, LTE/5G), LoRa, магнітні карти, зоряні трекери, eLoran, навіть квантові сенсори.
Але всі вони покривають лише окремі сценарії. INS дрейфує без корекції. Візуалка потребує текстури й світла. Wi-Fi добрий у містах, але не в океані. eLoran охоплює лише певні регіони. Деякі можуть накопичувати похибку, деякі можуть бути обмежені природними факторами, а деякі — засобами РЕБ противника.
Ми маємо цілий набір «острівців» технологій, але немає мостів, які б їх об’єднали у глобальне рішення. Навіть їх інтеграція між собою досі є досить рідкісною практикою.
Рішення: програмно-дефінована інтеграційна платформа PNT
Нам насправді не потрібна чергова «срібна куля» чи «новий GPS». Для швидкого та якісного вирішення глобальної проблеми потрібна саме інтеграційна платформа. Програмно-дефінована — щоб адаптувати всі можливі джерела PNT-даних та зберегти гнучкість алгоритмів їх обробки під різні сценарії.
З апаратною автономністю часу, щоб утримувати синхронізацію навіть при відсутності сигналу.
З підтримкою всіх варіантів джерел: GNSS, INS, VIO, Wi-Fi, GSM, LTE/5G, LoRa, eLoran, магніт, зоряні системи та інші.
З відкритими інтерфейсами: UART, Ethernet, API.
З прозорими журналами подій і телеметрією, щоб можна було документувати причини проблем.
Це має бути «операційна система для PNT», яка працює незалежно від того, чи є сигнал GNSS. Причому працює на компактній сучасній апаратній платформі, здатній забезпечити і стабільність часу, і обчислювальні потужності для розумної обробки сигналів.
Чому починати треба з часу
Position і Navigation — видимі частини PNT. Але Timing — це серце.
Без точного часу не працює криптографія, розсипається мобільний зв’язок, зупиняються фінансові ринки, ламаються транспортні системи.
Спуфінг часу — ще підступніший за спуфінг координат. Він змушує систему впевнено помилятися, підписуючи події неправильними часовими мітками.
Приклади з війни довели: навіть найсучасніші термінали супутникового зв’язку не завжди готові до таких атак.
Саме тому будь-яка інтеграційна платформа має мати внутрішній опорний годинник та вміти валідувати час з різних незалежних джерел.
Насправді інтеграція з альтернативними PNT-джерелами позиціювання — не новий виклик
Ми вже давно інтегруємо GNSS з іншими системами. Смартфон робить це щодня: GPS + GSM + Wi-Fi. Дрони поєднують супутники з камерами та IMU. Авіація інтегрує INS і GNSS.
Тобто практика інтеграції існує. Питання в тому, щоб зробити її універсальною й масштабованою. Ми навіть можемо зберегти сумісність із старими системами, щоб використовувати всі доступні інтеграційні варіанти.
Інтеграційні рішення для джерел альтернативних навігаційних даних уже існують
Прикладів безліч:
• GNSS + GSM/Wi-Fi — визначення координат у містах і приміщеннях.
• GNSS + LTE/5G — висока точність і синхронізація часу.
• GNSS + INS — класика для літаків і кораблів.
• GNSS + візуалка — у дронах і роботах.
• GNSS + eLoran чи маяки — резерв на великих відстанях.
Тобто інтеграція вже відбувається. Нам потрібно це лише масштабувати та уніфікувати. Важливо, що така платформа сама, найімовірніше, стане ключовим компонентом будь-якої безпілотної автоматики — відмовостійким джерелом PNT для фінального прийняття рішення.
Загроза «зоопарку» рішень
Сьогодні кожен виробник створює своє унікальне PNT-рішення. Свої стандарти. Свої «передові ідеї». Своя екосистема. І все це зі щирою метою надати найкраще рішення замовнику. Але цикл життя технологій лише скорочується, і стратегія прив’язатися лише до пропрієтарних рішень призводить до чергової кризи, як зараз із GNSS.
У результаті — хаос, несумісність, дублювання зусиль. У кризовій ситуації це не розкіш, а проблема. Нам потрібна інтеграція, а не зоопарк. Причому не лише Україні та її оборонцям, а всій планеті — бо залежність від GNSS досягла критичних масштабів.
Вже існують інтеграційні стандарти
Ми не починаємо з нуля. Вже є інтеграційні підходи, технології та стандарти, на які можна спиратися.
У мобільних мережах діють стандарти синхронізації часу (PTP/NTP, OTDOA).
У Wi-Fi та Bluetooth — AoA/AoD, RTT.
У GNSS — SBAS/GBAS, аутентифікація повідомлень.
У робототехніці — ROS, формати для сенсорних даних.
Не кажучи вже про типові в індустрії рішення для UART, RS-232 та інших інтерфейсів. І цей перелік не є вичерпним.
Це база, яку можна задіяти вже зараз та на якій можна будувати програмно-дефіновану інтеграційну платформу PNT.
Рішення просте — вимагайте сумісності з тим, що вже використовується
Майбутня платформа повинна бути сумісною з тим, що вже працює. Отже, рецепт для всіх, від споживача до розробника — не винаходити велосипед, а інтегрувати існуюче. Це швидше, дешевше і ефективніше.
Замовники й регулятори мають прямо вимагати сумісність. Виробники мають підтримувати відкриті інтерфейси. Розробники мають робити адаптивні алгоритми. Це і є шлях до результату.
Стратегічний заклик
Не потрібно чекати та робити «як вийде».
Виробники — сміливіше створюйте сумісні продукти та декларуйте цю сумісність.
Розробники — створюйте відкриті алгоритми й API.
Науковці — переходьте від теорії до практики.
Регулятори — закладайте багатоканальність та сумісність у стандарти.
Споживачі й оператори — вимагайте прозорості й стійкості.
Мета — створити глобально стійку систему PNT, здатну витримати джамінг, спуфінг чи геомагнітні збурення, не кажучи вже про весь спектр засобів РЕБ.
Комплексні системи із програмно-дефінованою інтеграційною платформою PNT — це єдине життєздатне рішення, котре здатне зупинити і зловмисника з GNSS-джамером чи спуфером будь-якого калібру, і забезпечити гнучкість, котра дозволить зробити ваш дрон життєздатним, ваш супутниковий термінал з АФАР — стійким до будь-яких умов, а вашу автівку, корабель або літак — безпечними та надійними.
Це не пророча промова — це план робіт.
Я ще неодноразово повернусь із оглядами вже доступних для інтеграції з такою платформою PNT рішень. Від LEO/MEO до сучасних систем візуальної навігації та інших. Але це вже буде матеріал більш предметний і призначений більше для дотичних фахівців.