От GPS к сотовым вышкам: ВВС США нашли новый способ навигации для самолетов

В марте 2020 года над солнечной Калифорнией пилоты ВВС США провели необычный эксперимент. Они испытывали новую навигационную систему , способную определять положение самолета без GPS. Цель эксперимента — найти надежную замену на случай, если основная система навигации внезапно выйдет из строя.

Автор инновационной технологии — профессор Зак Кассас из Университета штата Огайо. Его система, получившая название «SLAM" (одновременная локализация и картографирование), использует для навигации сигналы сотовых вышек. Она анализирует сложный набор радиосигналов от базовых станций и на их основе создает карту окружающего пространства.

По сути, программа анализирует код и фазы несущих волн, определяя разницу во времени их прихода на приемник движущегося самолета. Кроме того, измеряется эффект Доплера.

Ключом к успеху эксперимента стал новаторский приемник, созданный командой Кассаса. Если предыдущие модели на большой высоте улавливали лишь десяток радиоволн, то новое устройство способно одновременно обрабатывать более сотни различных сигналов.

Результаты эксперимента превзошли самые смелые ожидания. Система смогла отслеживать положение самолета на расстоянии свыше 100 километров и на разных высотах с точностью до нескольких метров. Удивительно, но сигналы сотовой связи оказались достаточно мощными даже на высоте 7 километров. Во время одного из тестовых полетов система отследила маршрут самолета длиной 43 км с точностью до 7 метров.

Чтобы проверить работу системы в различных условиях, пилоты выполняли разнообразные маневры. Они летели по прямой на постоянной высоте, поднимались и опускались, имитируя движение американских горок. Это позволило всесторонне оценить возможности новой технологии.

Разработка системы SLAM становится все более актуальной на фоне растущих угроз для глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS). Помимо естественных факторов, таких как ослабление сигналов GPS в городах с плотной высотной застройкой или риск сбоев из-за солнечных вспышек, серьезную угрозу представляют и злоумышленники, которые намеренно пытаются нарушить работу спутниковой навигации.

Статистика показывает, что проблема приобретает все больший масштаб. Только за 2021 год зафиксировано более 10 000 попыток подменить или заглушить сигнал GPS. В начале этого года из-за масштабных помех GPS-сигналов в районе Балтийского моря гражданские авиакомпании были вынуждены приостановить полеты на 63 часа. Похожие случаи были отмечены в районе Средиземного моря и над Атлантикой.

Профессор Кассас отмечает, что хотя во время испытаний данные обрабатывались не в реальном времени, а позже, это лишь вопрос технической доработки. "Мы стремились исследовать фундаментальные вопросы и понять, что возможно, а что нет", — пояснил ученый.