Как может выглядеть будущее навигации?

Проверка на прочность

Напомним, разработки в сфере определения координат с помощью искусственных спутников Земли начали развиваться еще в конце 1950-х годов, сразу после того, как в СССР запустили на орбиту планеты первый такой объект. За несколько десятилетий технология из сугубо военной стала общедоступной, а строить собственные навигационные системы (Global Navigation Satellite System, GNSS) стали все крупнейшие страны и их объединения.

Сегодня действуют четыре такие системы: GPS (США), ГЛОНАСС (РФ), BeiDou (КНР) и Galileo (ЕС). Свои разработки в этом направлении также ведут Япония и Индия, этим же занимаются и крупные коммерческие корпорации.

При этом события последних лет, – в первую очередь военные конфликты, – показали, что существующие GNSS крайне уязвимы: в первую очередь для спуфинга (маскировка сообщения от неизвестного источника под сообщение от надежного источника) и глушения. В этих условиях растет интерес к технологиям, известным как AltPNT: альтернативное позиционирование, навигация и синхронизация.

Ориентация на маяк

Важно, что основанная на AltPNT технология должна быть по-настоящему независимой от GNSS, но при этом сопоставимой с ней по точности и уровню покрытия. А еще – не должна быть уязвима для тех же проблем, с которыми столкнулись спутниковые системы навигации.

Наиболее известны и распространены инерциальные навигационные системы (INS): сегодня многие авиакомпании используют их в качестве «запасного варианта» на случай глобальных проблем с GNSS. Суть этой технологии в использовании для расчета координат такого оборудования, как акселераторы, гироскопы, барометрические высотомеры и магнитометры. Однако сложность в том, что для работы INS требуются исходные данные от внешнего источника – той же спутниковой навигации.

Еще одна альтернатива – это eLORAN, так называемая гиперболическая радионавигационная система, работа которой основана на использовании сети наземных маяков. Сигналы eLORAN труднее заглушить, однако она требует значительных вложений в инфраструктуру, в основном работает на суше или в прибрежных регионах, а кроме того – не обеспечивает вертикальную навигацию.

Увидеть свет

Технология TBN предполагает навигацию на основе рельефа: она использует данные специальных датчиков, которые сопоставляются с картами местностей. Однако проблема TBN в том, что она не так эффективна на равнинах, поскольку ориентируется на высотные колебания.

Еще одна разработка, VPS, основана на технологии компьютерного зрения. Принцип ее работы заключается в сопоставлении фиксируемой камерой картинки с изображениями из базы данных. Но это требует предварительного сбора таких изображений, причем с высокоточными координатами. И понятно, что при работе в больших масштабах это чрезвычайно трудоемкая задача. Кроме того, есть риск, что в условиях военных действий «картинка» непосредственно «на земле» может измениться до неузнаваемости, так что предварительно собранная база данных просто перестанет работать.

Перспективной считается технология LiDAR, основанная на световом обнаружении и определении дальности. Считается, что в сочетании с INS она вполне может заменить спутниковую навигацию. LiDAR испускает импульсные световые волны, что позволяет обнаруживать препятствия и определять глубину, а INS позволяет вычислять положение, ориентацию и скорость. Однако и для работы LiDAR необходимо, чтобы территория была заранее нанесена на карту. А кроме того, системе требуется прямая видимость и ее эффективность заметно падает на больших расстояниях.