Почему GPS имеет решающее значение для вашего смартфона и отчаянно нуждается в капитальном ремонте
Большинство современных технологий, в том числе смартфоны , работают на основе GPS. Но система может быть более уязвима к сбоям, чем вы думаете. В США отсутствует резервная технология геолокации, а это означает, что сбои или помехи могут иметь катастрофические последствия. Россия пригрозила уничтожить спутники GPS , а недавно из-за неисправных сигналов GPS был временно закрыт аэропорт Далласа.
К счастью, компании вмешиваются, чтобы помочь защитить GPS. NextNav недавно подписала соглашение о предоставлении новой технологии под названием TerraPoiNT, которая служит резервной копией для GPS с использованием существующих сетей LTE и 5G. «Сигнал TerraPoiNT более чем в 100 000 раз сильнее, чем у GPS, а шифрование сигнала делает его более устойчивым к глушению и спуфингу», — сказал в интервью Digital Trends генеральный директор NextNav Ганеш Паттабираман. Это интригующая статистика — и она дает представление о том, как мы можем (и должны) защищать GPS.
Почему GPS так важен и так хрупок
GPS предоставляет услуги позиционирования, навигации, синхронизации, а также услуги определения местоположения для мобильных телефонов. Его широкая доступность сделала его глобальной утилитой, неотъемлемой частью промышленности и инфраструктуры, начиная от электросети и заканчивая службами экстренной помощи 911 и финансовыми транзакциями. Но, по словам Паттабирамана, система «невероятно уязвима» для вмешательства, включая глушение и спуфинг.
Сэм Браун, профессиональный радиоинженер, который ведет блог о радиочастотах в OneSDR , сказал в интервью, что приемники связи GPS часто нарушаются с помощью легкодоступных и дешевых глушителей.
«Подавитель будет излучать сигнал, который мешает приему сигнала, и в результате приемник GPS не сможет предоставить информацию о местоположении», — добавил он.
В одном недавнем примере проблемы с сигналами GPS привели к приземлению рейсов в международном аэропорту Даллас/Форт-Уэрт. Проблема была обнаружена в таинственном источнике помех и закрыла аэропорт на два дня.
Потенциальное иностранное вмешательство — еще одна проблема. Россия хвастается, что может вывести из строя спутники, которые обеспечивают наш GPS .
«Инциденты, такие как крупная солнечная вспышка или повреждение коммерческих спутников, потенциально могут вывести из строя многочисленные основные службы, на которые мы полагаемся каждый божий день», — сказал Паттабираман. «Вот почему федеральное правительство США признало важность внедрения альтернативных технологий PNT для обеспечения устойчивости GPS, в том числе посредством исполнительного указа о «привлечении государственного и частного секторов к выявлению и продвижению ответственного использования услуг PNT».
Алекс Дамато, исполняющий обязанности исполнительного директора отраслевой группы GPS Innovation Alliance, сказал в интервью, что его организация придерживается нейтральной позиции в отношении технологий, когда речь идет о резервных решениях GPS.
Однако, по его словам, GPSIA согласна с тем, что «лучшая стратегия для достижения отказоустойчивого обслуживания PNT — это использование нескольких технологий для обеспечения разнообразия функций PNT». Также важно, чтобы решения для резервного копирования могли предложить эквивалентные возможности и уровень производительности наравне с технологиями GPS и основывались на требованиях PNT каждого отраслевого сектора, а не на правительственных постановлениях.
Проблема, которая решалась десятилетиями
Часть проблем с GPS связана с тем, что он создавался как пережиток холодной войны. GPS был разработан для использования в военных целях в зонах конфликтов, где гражданские сети были недоступны — запускать ракеты на тысячи миль через верхние слои атмосферы или помогать авианосцам, полным самолетов, пересекать океан, сказал в интервью Тим Сильвестр, основатель и генеральный директор Integrated Roadways. Он никогда не предназначался для помощи пешеходам и транспортным средствам в мирных городских районах.
«Это несоответствие дизайна и использования означает, что у GPS есть несколько существенных недостатков, таких как низкая точность и высокая задержка», — сказал Сильвестр. Эти проблемы являются результатом сигналов GPS, поступающих со спутников, находящихся за тысячи миль, а недостатки являются следствием физических явлений, которые невозможно исправить».
GPS имеет свои недостатки, когда речь идет о новом поколении беспилотных автомобилей . Низкая точность GPS означает, что вы не можете эффективно использовать его, чтобы узнать, в какой полосе находится кто-то, что является большой проблемой при вождении, а высокая задержка означает, что ваша информация о местоположении ухудшается, когда вы двигаетесь быстро, что также — большая проблема при вождении, — сказал Сильвестр. Поскольку GPS поступает за тысячи миль, в городских районах с большим количеством высоких зданий точность еще хуже, потому что высокие здания блокируют спутники, которые находятся не в правильном положении для передачи мимо зданий.
«Эти ограничения полностью противоречат использованию GPS для подключенных и автономных транспортных средств, что требует высокой точности, низкой задержки и надежной работы в густонаселенных городских районах, учитывая, насколько плотными являются городские районы, где находится весь трафик», — сказал Сильвестр. «Подобно тому, как газеты были заменены онлайн-новостями, GPS был отличным трамплином, но пришло время отказаться от него. На самом деле, большинство приложений уже игнорируют GPS и незаметно заменяют его альтернативами, такими как Bluetooth, но это обычно скрыто от пользователя, потому что пользователь заботится о хорошем сервисе, а не о том, как он его получает».
Грядущая волна автономных транспортных средств может потребовать более совершенной системы определения местоположения. Сильвестр сказал, что наиболее многообещающая альтернатива GPS для подключенных и автономных транспортных средств называется APNT. PNT расшифровывается как «позиция, навигация, телеметрия». В зависимости от того, кого вы спросите, буква «А» может обозначать вспомогательные, дополненные, гарантированные, альтернативные или другие термины, близкие к синонимам.
APNT встроен в локальную инфраструктуру, включая сотовые антенны, Bluetooth-маяки, Wi-Fi или другие «альтернативные» средства для позиционирования, навигации и получения телеметрии транспортных средств.
«Эти методы были собраны вместе за последние 15 лет с использованием комбинации компонентов смартфона и легкодоступных методов связи, и, хотя они отлично подходят для туристов, бродящих по Маркет-стрит или Таймс-сквер, пытающихся найти сэндвич стоимостью менее 30 долларов, их специальный характер означает, что на них нельзя полагаться в плане автономии», — сказал Сильвестр.
Integrated Roadways разрабатывает Smart Pavement, который встраивает возможности APNT непосредственно в дорогу, используя высокоточные дорожные датчики и поддерживаемые граничной сетью со сверхмалой задержкой, «так что любая дорога, модернизированная с помощью Smart Pavement, имеет все возможности APNT, необходимые для подключенных и автономных транспортных средств, встроенных в проезжую часть и спроектированных с нуля как надежная, безопасная, защищенная сеть промышленного качества, предоставляющая функции, необходимые для требований мобильности следующего поколения», — сказал Сильвестр.
Куда мы идем после GPS?
Система NextNav — не единственный вариант в качестве резервной копии GPS. Макс Перес, вице-президент по исследованиям и решениям в области безопасности компании ColdQuanta, сказал в интервью, что системы квантового позиционирования (QPS) потенциально могут служить альтернативой GPS. Квантовые свойства обеспечивают работу системы позиционирования, и, в отличие от GPS, QPS не требует постоянной калибровки с использованием внешних сигналов.
«QPS нужно знать только свою начальную точку, чтобы функционировать, и он может рассчитать, насколько быстро он пролетел, как долго и в каком направлении, чтобы определить свое текущее положение», — сказал Перес. «Системы квантового позиционирования (QPS) дополнят GPS во всем мире, поскольку они обеспечивают значительно улучшенную безопасность навигации. Варианты использования QPS включают навигацию для самолетов, подводных лодок, автономных автомобилей и т. д. Преимущества QPS по сравнению с GPS включают в себя точность, отсутствие зависимости от спутников, использование в помещении и меньшую уязвимость для взлома».
Дамато сказал, что индустрия GPS быстро внедряет инновации, разрабатывая решения, которые делают GPS более точными и надежными. Эти решения включают приемники GPS, спутники, передающие эти сигналы GPS, и сегмент наземного управления, который отслеживает и контролирует работу GPS.
«Основная модернизация группировки GPS идет полным ходом, и после ее завершения будут доставлены десятки новых спутников, обеспечивающих значительно большую точность и улучшенные возможности защиты от помех», — добавил он.