В настоящее время получили широкое развитие системы глобальной навигации, позиционирования и связи на основе спутниковой системы типа GPS/NAVSTAR и российской системы ГЛОНАСС. Применение навигационной аппаратуры потребителя (НАП) в контуре управления любой системой вооружения позволяет значительно увеличить эффективность ее боевого применения. Например, использование НАП в составе бортового комплекса крылатой ракеты позволяет значительно повысить автономность системы в полете и точность поражения целей.

В настоящее время в США новые образцы вооружения и военной техники не принимаются на вооружение Вооруженных Сил, если они не имеют сопряжения с навигационной системой. Такой подход позволяет создавать высокоэффективные автоматизированные системы управления боевыми действий на любых театрах военных действий. Широкое использование космических навигационных систем высокой точности лежит в основе создания практически всех видов высокоточного оружия. Именно такое оружие положено в основу новой доктрины ведения боевых действий армией США, когда с применением крылатых ракет и беспилотных летательных аппаратов, способных наводится на цель с использованием космических навигационных систем, разрушается инфраструктура государства противника и тем самым его армия принуждается к капитуляции. Первая версия войны такого рода опробована в Югославии.

В феврале 1999 года вице-президент Гор объявил о начале финансирования нового этапа в развитии глобальной системы позиционирования. На эти цели было обещано выделить более $400 млн. Основа проекта заключена в общей модернизации системы, повышении ее надежности, помехозащищенности и доступности. Планируется добавить два новых гражданских сигнала к будущим GPS-спутникам, что, по словам вице-президента, должно значительно улучшить навигационное обеспеченное гражданским, коммерческим и научным пользователям во всем мире.

Как заявил Гор, "Соединенные Штаты горды тем, что являются лидером в развитии системы глобального позиционирования. Это - замечательный пример того, как технология приносит пользу нашим гражданам и людям во всем мире". Он также отметил, что "эта инициатива представляет главную веху в развитии GPS и поможет понять все выгоды от этой технологии в следующем тысячелетии". 

Как объявлено, второй гражданский сигнал будет расположен в 1227.60 MГц наряду с текущим военным сигналом, и будет доступен для общего использования. Ввод нового канала намечен на начало 2003 года.

Началом модернизации системы стало решение Белого дома относительно частоты для третьего гражданского сигнала, который предназначен для гражданской авиации. Третий гражданский сигнал будет расположен в диапазоне 1176.45 МГц и будет осуществлен в 2005 г. Эта инициатива будет стоить еще около $ 400 млн., которые планируется затратить в течение следующих шести лет.

Планируется, что при объединении с текущим гражданским сигналом в диапазоне 1575.42 MГц, новые сигналы значительно улучшат помехоустойчивость и надежность GPS для гражданских пользователей, и позволят проводить определение в реальном масштабе времени высокоточного местоположения.

1. Американская национальная политика в области систем позиционирования

В США принята концепция всесторонней национальной политику по будущему управлению и использованию системы GPS. Система GPS проектировалась и создавалась как система двойного назначения. Основной задачей было увеличение эффективности применения вооруженных сил США и союзнических войск НАТО на всей территории земного шара. В настоящее время GPS обеспечивает существенное военное преимущество и теперь присутствует, практически в каждой фазе военных действий. В последнее время GPS быстро становится составным компонентом появляющейся Глобальной Информационной Инфраструктуры, с приложением от задач картографирования до международного управления воздушным движением и глобальному исследованию изменения климата.

Возрастающее требование военных, гражданских, коммерческих и научных пользователей поставило коммерческое GPS оборудование и сферу услуг в ранг ведущих предприятий в мире.

Цели национальной политики состоят в том, чтобы в управлении и использовании GPS стремиться к поддержанию и увеличению экономической конкурентоспособности и производительности национальных производителей и поставщиков услуг при защите американской национальной безопасности и интересов внешней политики. 

Отмечены, прежде всего, следующие основные цели.

• 1. Усилить национальную безопасность.
• 2. Поощрять принятие и интеграцию GPS в гражданские, коммерческие и научные приложения во всем мире.
• 3. Поощрять инвестицию частного сектора в использование GPS-технологии и услуг.
• 4. Продвигать методы безопасного и эффективного транспортирования опасных грузов с применением аппаратуры GPS.
• 5. Продвигать международное сотрудничество в использовании GPS для мирных целей.
• 6. Продвигать американские научно-технические достижения в этой области.

Основными руководящими принципами при этом объявлены следующие.

1. Продолжить предоставлять услуги GPS для гражданского, коммерческого и научного использования без абонентской платы.

2. Прекратить использование GPS селективного доступа (SA) в пределах следующих десяти лет способом, который позволяет для военных сил готовиться полностью к действиям без SA.

3. Планируется сотрудничать с другими правительствами и международными организациями, чтобы гарантировать соответствующий баланс между требованиями международных гражданских, коммерческих и научных пользователей и интересов международной безопасности.

4. Утвердить американские стандарты на систему GPS как стандарты для международного использования.

2. Общие сведения о функционировании спутниковой радионавигационной системы

Структура, способы функционирования и требуемые характеристики подсистем спутниковых радионавигационных систем (СРНС) во многом зависят от заданного качества навигационного обеспечения и выбранной концепции навигационных измерений.

Для достижения таких качеств, как непрерывность и высокая точность навигационных определений, в глобальной рабочей зоне в составе СРНС типа GPS или ГЛОНАСС функционируют три основные подсистемы:

• подсистемы космических аппаратов или орбитальная группировка, состоящей из навигационных спутников (НС);
• наземного комплекса управления (НКУ) орбитальной группировкой НС;
• навигационной аппаратуры потребителей (НАП).

Способ функционирования современных СРНС позволяет отнести их к радиомаячным навигационным средствам. Однако ряд особенностей управления НС, накладывает своеобразные ограничения на работу СРНС. Координаты НС могут быть определены в общем случае на средствах НКУ или непосредственно на спутнике. В настоящее время отдается предпочтение первому подходу. Это связано с тем, что существуют хорошо апробированные на практике методы и средства решения этой задачи в наземных условиях. В современных СРНС управление НС осуществляется с ограниченной территории и, следовательно, не обеспечивается постоянное взаимодействие НКУ и сети НС. В связи с этим выделяют два этапа решения этой задачи. На первом этапе в аппаратуре НКУ измеряют координаты НС в процессе их полета в зоне видимости средств НКУ и вычисляют параметры их орбит. Эти данные прогнозируются на фиксированные (опорные) моменты времени. Спрогнозированные координаты НС и их производные передаются на НС, а затем в виде навигационного (служебного) сообщения, соответствующего указанным моментам времени, потребителям. На втором этапе в аппаратуре потребителей по этим данным осуществляется последующее прогнозирование координат НС, т.е. вычисление текущих координат НС в интервалах между опорными точками траектории. Следует отметить, что навигационное сообщение НС НКУ, кроме того, закладывает альманах - набор справочных сведений о всей системе НС.

Основные технические характеристики системы GPS представлены в таблице 1.

3. Радиосигналы и навигационные сообщения

В качестве основного вида радиосигнала в СРНС используются шумоподобные сигналы. Шумоподобные сигналы (ШПС) получаются в результате дополнительной модуляции радиосигнала. Разные виды ШПС можно разбить на частотномодулированные сигналы; многочастотные; фазоманипулированные; дискретные частотные; дискретные составные частотные и др. Применение шумоподобных сигналов позволяет удовлетворить большинству требований по помехозащищенности системы.

Передаваемое в радиосигналах навигационное сообщение предназначено для проведения потребителем навигационных определений и планирования сеансов навигации. По своему содержанию навигационное сообщение, передаваемое каждым НС, содержит оперативную и неоперативную навигационную информацию.

Оперативная информация относится к тому НС, с борта которого передавался данный навигационный сигнал, и содержит следующие данные:

• эфемериды НС, т.е. координаты и параметры движения спутника в фиксированные моменты времени;
• сдвиг шкалы времени спутника относительно системной шкалы времени;
• относительное отличие несущей частоты излучаемого радиосигнала от номинального значения.
• код метки времени, необходимый для синхронизации процесса извлечения навигационной информации в аппаратуре потребителя.

Неоперативная информация содержит альманах системы.

Навигационное сообщение формируется в цифровой форме. Для этого каждый передаваемый информационный параметр подвергается квантованию по уровню. Каждому уровню квантования ставится в соответствие двоичная кодовая комбинация, называемая словом.

В СРНС навигационное сообщение передается в виде потока цифровой информации. Скорость передачи информации в системе ГЛОНАСС составляет 50 бод. Структурно поток информации формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров длительностью 2.5 мин, каждый из которых можно рассматривать как одно сообщение. Структура сообщения оптимизируется таким образом, что объем суперкадра относительно невелик - всего 75000 бит для ГЛОНАСС. В суперкадре передается полный объем неоперативной информации для всех НС. Каждый суперкадр состоит из 5 кадров. Каждый кадр состоит из 15 строк и содержит полный объем оперативной информации для конкретного НС и часть альманаха. Вся передаваемая информация представляется в виде слов, каждое из которых занимает определенное место в строке. Информационная строка кадра содержит 100 бит информации. В СРНС GPS скорость передачи информации также равна 50 бод, структура потока цифровой информации аналогична и имеет параметры: длина суперкадра - 12,5 мин; объем суперкадра - 37500 бит; в суперкадре 5 кадров по 5 строк каждый. В каждой строке старшие 77 разрядов содержат информационные символы, а младшие 8 разрядов - проверочные символы. Они предназначены для исправления ошибок при передаче.

Важно отметить, что как в системе ГЛОНАСС так и в GPS в структуре суперкадра содержатся разряды, предусмотренные для дальнейшего развития системы. Эти разряды не используются для передачи навигационного сообщения и не обрабатываются навигационным процессоров в аппаратуре потребителя. Для системы ГЛОНАСС существует 620 резервных бит информации, а для GPS - 2750 бит резервных данных.

4. Метод информационного воздействия на объект по навигационному каналу

Как правило, НАП состоит из приемника и навигационного процессора, обрабатывающего принятый от спутников системы GPS/ГЛОНАСС сигнал и запоминающее устройство, в котором хранится принятый кадр навигационного сигнала. Структурно навигационный вычислитель состоит из сигнального и цифрового навигационного процессора. В качестве вычислительного ядра (например, в навигационном вычислителе) используется микропроцессор KU80386EX и сопроцессор N80387SX. Возможно использование и более мощных процессоров серии 486 и Pentium. Оперативное запоминающее устройство объемом 128К, может быть выполнено на микросхемах SRM20100-70. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), объемом 256К выполняется на микросхемах PA28F400BX (типа «флеш»). Применение данного типа памяти позволяет во время работы организовать режим записи информации в ПЗУ, где обеспечивается ее хранение. В бортовых комплексах управления аппаратура НАП непосредственно завязывается с бортовой вычислительной машиной в единый навигационно-управляющий комплекс, что позволяет реализовать многие алгоритмы автономной навигации и управления.

Следует заметить, что как GPS, так и ГЛОНАСС создавались в условиях, когда понятие «информационной войны» еще не было опробовано в практике боевого применения. Естественно, что эти системы не приспособлены к ведению информационных боевых действий.

Существенным недостатком систем глобального позиционирования и навигации является то, что алгоритм функционирования системы основан на приеме внешних (по отношению к объекту управления) сигналов навигационных спутников. В момент приема навигационного сигнала бортовой комплекс управления становится открытым для деструктивного информационного воздействия.

Считается, что надежность и устойчивость функционирования навигационных систем обеспечивает использование шумоподобных сигналов с очень большой базой. Уверенность в надежности сигналов и обуславливает столь широкое распространение НАП.

Вместе с тем исследовательские работы, проведенные в ряде научных организаций в период создания системы ГЛОНАСС и при разработке средств радиоэлектронной борьбы с системами типа GPS показали, что в принципе возможно создание имитационной помехи, структура которой будет совпадать со структурой навигационного сигнала и помеха будет приниматься навигационным приемником как еще один сигнал спутника. В результате вычисляются ошибочные координаты местоположения объекта. На рисунке ниже представлен один из таких генераторов ложного сигнала, разработанный российской фирмой «Авиаконверсия».

Несколько лет назад это рассматривалось как одно из средств радиоэлектронного противодействия, но, учитывая высокую избыточность спутникового сегмента навигационной системы, эффективность такого воздействия оценивалась как низкая.

Принципиально новый уровень вычислительной техники, доступный в настоящее время, позволяет говорить о вскрытии структуры навигационного сигнала за приемлемое время.

Возможность встраиваться в структуру навигационного сигнала дает возможность перейти с сигнального на информационный уровень подавления боевых систем и комплексов, оснащенных НАП. В результате такого подавления навигационным приемником принимается навигационный суперкадр, в котором в резервных ячейках записывается деструктивный программный код типа «кибернетический организм». Известно, что в настоящее время создан ряд подобных продуктов. При длине кода всего в 30-50 операторов такой «кибернетический организм» способен парализовать работу практически любой незащищенной системы управления за короткое время (от 1 до 10 мин). Так, с использованием спутниковой системы связи «Теледесик», предусматривается внедрение в поражаемый объект специальных «пакетов вложения».

Дальнейшая передача управления в навигационном процессоре на этот участок кода приводит к тому, что навигационный процессор захватывается враждебной программой и его дальнейшее поведение зависит от алгоритма работы этой программы. В случае, если аппаратура НАП сопряжена с бортовым информационно-вычислительным комплексом, то появляется возможность полного перехвата управления над пораженным объектом. В этом случае, например, крылатая ракета типа «Томагавк» может быть перенацелена на место своего старта.

Таким образом, используя научный задел в области высокопроизводительных вычислений, а также результаты исследований, проведенных в ряде организаций оборонного комплекса, возможно создание принципиально нового вида информационного оружия, который позволит эффективно бороться с системами высокоточного оружия, сопряженных с глобальными навигационными системами.

Сергей Гриняев