Как пишет Вестник ГЛОНАСС, растущая зависимость от ГНСС вызывает опасения по поводу того, что происходит, когда сигналы недоступны, даже ненадолго.

Улучшения как структуры сигнала, так и наземного оборудования помогают повысить точность и избыточность. Недавние разработки были направлены как на повышение точности позиционирования, так и на доступность синхронизации для более широкого потребительского и промышленного развёртывания.

Точность ГНСС как инструмента навигации была несколько ограничена, но её смогли поддержать с помощью инерциальных измерительных устройств (IMU) – акселерометров, гироскопов и магнитометров – а также корреляционного наведения по карте.

Сельское хозяйство, где карты не помогают, было одной из первых отраслей, в которых ГНСС стала более точной – когда самоуправляемое сельскохозяйственное оборудование в значительной степени стало управляемым со спутника.

Между тем, синхронизация имеет решающее значение для ряда приложений. Это давно важно для сотовых систем, но с появлением 5G их цифра возрастёт. «С появлением 5G количество точек, требующих точного определения времени, стремительно растёт, – подтверждает Вольф, старший менеджер по линейке продуктов, систем частоты и времени компании Microchip Technology. – Когда я говорю «критическая инфраструктура», я имею в виду оператора сети 5G, работу аэропортов, железную дорогу, морские центры обработки данных, а теперь и очень, очень большие государственные сети. Министерство внутренней безопасности приняло активное участие в обеспечении того, чтобы мы делали правильные вещи с нашей критически важной инфраструктурой, чтобы гарантировать безопасное получение сигналов ГНСС».

Существуют две текущие проблемы, которые, если их не решить, делают эти критически важные приложения уязвимыми. Один из них – это наличие самого сигнала ГНСС. Сигнал со спутника – относительно слабый и легко блокируется зданиями и другими объектами, которые мешают обзору неба. Кроме того, сигналы могут быть заглушены либо местными помехами, либо, что более коварно, преднамеренными помехами. И их можно подделать, подставив неверные данные для истинного сигнала.

Другая проблема – точность. Тут картина несколько усложняется, потому что военные могут намеренно снизить точность. Помимо этого, ограничения в настоящее время возникают в большей степени из окружающей среды. Ионосфера несёт львиную долю вины за искажения, потому что это электрически активная среда, которая влияет на время прихода сигналов. Тропосфера также мешает сигналам, в частности, из-за погоды, большая часть пертурбаций которой происходит внутри этого слоя. Вариации орбит спутников также могут способствовать неточности.

Неточности часов – ещё один источник ошибок. Если часы спутника отклоняются на одну наносекунду, навигационная информация выдаёт 30 см ошибки.

Различные подходы к повышению точности привели к разным уровням обслуживания. Помимо преднамеренно неточного режима, есть уровень точности, обеспечиваемый мобильными телефонами, который с помощью карт может находиться в диапазоне от 2 до 15 метров.

Хотя IMU и карты помогают резервировать сигналы ГНСС, когда те недоступны, эти системы не помогают инфраструктуре, которая обращается к ГНСС для определения времени. Для обеспечения непрерывности во времени требуются различные резервные копии. Один из способов резервирования так называемого хронометража «живого неба» (или «открытого неба») – это наземный хронометраж. Это означает отправку той же информации о времени через обычные наземные сети.

«Существует тенденция не только к тому, чтобы сделать само оборудование сотовых телефонов, которое принимает сигнал ГНСС, более устойчивым, но и сократить количество приёмников в сети, – утверждает Вольф. – Это возможно, потому что теперь есть способы очень точно передавать время по сети и делать это таким образом, чтобы выдерживать сбои в работе сети». Возможность сделать это улучшилась до такой степени, что сетевое время может быть даже более надёжным, чем синхронизация ГНСС.

Другой альтернативный источник хронометража может исходить от местных атомных часов. Они могут быть основаны на разных элементах, с разной стоимостью и точностью. Такие системы могут эффективно действовать как маховики, если на какое-то время исчезнет «истинный» источник синхронизации.

В отношении повышения точности определения местоположения используются как минимум два подхода. Первый – просто иметь несколько сигналов на разных частотах, передаваемых со спутника. Это более современный подход, поэтому не все спутники на него способны.

Помимо этого, существует система, с помощью которой могут быть созданы и переданы поправки. Это достигается за счёт использования опорных станций по всему миру, положение которых известно с точностью до миллиметра.

Доступ к исправлениям осуществляется по подписке. Потоки зашифрованы, что означает, что для получения услуг требуется ключ. Поправки не предлагаются потребителям напрямую. Вместо этого они используются поставщиками услуг ГНСС, клиенты которых получают исправленную информацию.

«Ключи доставляются по специальной теме MQTT [транспортный протокол], на которую устройство должно подписаться, чтобы получать самые свежие ключи, – поясняет Франко де Лоренцо, главный менеджер по продукту в U-Blox. – Ключи являются динамическими и меняются каждые четыре недели, поэтому если доступ заблокирован, ключи действительны только до окончания срока действия».

Транспортные средства также могут вносить некоторые коррективы самостоятельно. Теоретически автомобили могут даже сами рассчитать поправки на трансляцию, но на это потребуется около 30 минут. Как бы то ни было, трансляции позволяют исправить ошибку за 10-15 секунд.

Учитывая такой уровень точности для массового рынка, тип управления, ранее доступный только для тракторов, может теперь помочь и обычным домовладельцам.