Как сообщает Вестник ГЛОНАСС, исследователи разработали алгоритм, который может «подслушивать» любой сигнал со спутника и использовать его для определения местоположения любой точки на Земле, подобно ГНСС. Это первый случай, когда алгоритм смог использовать сигналы, передаваемые спутниками с низкой околоземной орбитой (LEO) с несколькими созвездиями, а именно: Starlink, OneWeb, Orbcomm и Iridium.

Исследователи обнаружили, что, прослушивая сигналы восьми спутников LEO в течение примерно 10 минут, их алгоритм смог достичь определённой точности определения местоположения стационарного приёмника на Земле: всего около 5,8 метра.

Исследование, проведённое под руководством Зака Кассаса, профессора электротехники и вычислительной техники в Университете штата Огайо и директора Департамента транспорта Центра исследований автоматизированных транспортных средств с мультимодальной гарантированной навигацией, продемонстрировало использование анонимных спутниковых сигналов OneWeb LEO.

Исследователям не требовалась помощь спутниковых операторов для использования сигналов. Они даже подчеркнули, что у них нет доступа к фактическим данным, отправляемым через спутники, — только к общедоступной информации, касающейся частоты передачи спутников по нисходящему каналу и приблизительной оценке местонахождения спутников.

От транспорта до систем связи, энергосистемы и аварийно-спасательных служб, почти каждый аспект современного общества зависит от данных о местоположении, навигации и времени, пролучаемых от глобальных навигационных спутниковых систем, которые вращаются вокруг Земли. Несмотря на это, из-за того, что сигналы слабы и подвержены помехам, они часто могут стать ненадёжными в определённых местах, например, в помещении или в глубоких городских каньонах. Кроме того, сигналы ГНСС поддаются подделке, что создает серьёзные риски для безопасности в критически важных приложениях, таких как авиация.

По словам исследователей, в долгосрочной перспективе такие сложности могут привести к ряду проблем с навигацией и кибербезопасностью, тем более что практически все наши нынешние системы в значительной степени зависят от ГНСС. Он отметил, что развивающиеся технологии, такие как автономные транспортные средства, только усиливают ограничения нынешних ГНСС.

Становится всё более актуальным поиск гражданских и военных альтернатив GPS, будь то в качестве резервной копии или в случае, когда GPS вообще нет.

В его работе предлагается использовать сигналы низкоорбитальных спутников в качестве альтернативы для определения местоположения, навигации и синхронизации, поскольку они находятся примерно в 20 раз ближе к Земле по сравнению со спутниками ГНСС, которые вращаются по средней околоземной орбите — чуть более 20 000 километров над уровнем моря. По его словам, эта технология потенциально может открыть новую эру PNT.

В течение следующего десятилетия в космос будут запущены десятки тысяч низкоорбитальных спутников, что приведёт к созданию так называемых мегасозвездий. Сигналы, передаваемые этими спутниками, произведут революцию во многих технологиях и принесут пользу научным исследованиям в таких областях, как, например, дистанционное зондирование.

Что также отличает это исследование от всех других попыток создания альтернативы ГНСС, так это то, что, в отличие от предыдущих исследований, этот алгоритм не реконструирует сигнал.

Опробованный алгоритм не зависит от созвездия LEO. Предлагаемый приёмник может прослушивать практически любой спутниковый сигнал, обучаться данным, которые он получает, на лету, а затем расшифровывать определённые характеристики сигнала таким образом, чтобы можно реконструировать то, что они передают, в данные о местоположении.

Алгоритм настолько сложен, что исследователи также смогли оценить, где находятся спутники в космосе. Чтобы использовать спутник для позиционирования, нам нужно знать, где он находится. «Это очень сложная проблема, потому что спутники LEO обычно не передают информацию о своём местоположении, а наши общедоступные оценки их местонахождения отличаются на несколько километров», — заявляют исследователи.

Во время стационарного эксперимента, чтобы проверить, как сигналы работают в качестве точной системы позиционирования, исследователи установили первоначальную оценку местоположения наземного приёмника на крыше инженерной парковки, на расстоянии более 3200 км от его фактического местоположения. Используя спутниковые созвездия, чтобы угадать, где именно в стране на самом деле находится приёмник, алгоритм ошибся всего на 5 метров.

В другом эксперименте исследователи проверили, как алгоритм будет работать на движущемся транспортном средстве, и установили приёмник на крыше автомобиля. Во-первых, они использовали современные навигационные технологии, основанные на ГНСС-приёмнике в сочетании с инерциальной навигационной системой (ИНС). Они прошли около 100 метров, прежде чем отключить ГНСС, после чего проехали почти километр. Если, полагаясь на сегодняшнюю систему ГНСС-ИНС, они находились примерно в 500 метрах от их истинного местоположения, то с их алгоритмом они были обнаружены на расстоянии около 4,4 метра.

Работа была поддержана Управлением военно-морских исследований, Управлением научных исследований ВВС, Министерством транспорта и Национальным научным фондом.