Александр Гурко: 10 мифов системы ГЛОНАСС

Отечественная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС – необычный проект. С одной стороны, все о нем слышали и в общих чертах знакомы, с другой – мало какое российское хайтек-начинание собрало вокруг себя такое количество слухов, заблуждений и даже анекдотов. Президент некоммерческого партнерства «ГЛОНАСС» Александр Гурко в разговоре постарался развеять десять мифов вокруг этой системы, подробности http://ria.ru/interview/20130605/941462275.html.

— Скажите, зачем нужен ГЛОНАСС, если весь мир давно пользуется GPS?

— Действительно, с помощью сигналов и ГЛОНАСС, и GPS пользователь решает одну и ту же задачу – определяет точку на карте, где он находится. В любой момент времени, в любой точке мира. Тут у американской и российской систем паритет. И мотивации у потребителя просто поменять одну систему на другую или нет.

Ситуация меняется, если используется оборудование (смартфон, телефон, другие гаджеты), которое принимает и обрабатывает сигналы от двух систем. В этом случае пользователь получает значительный выигрыш. И в скорости определения координат (уменьшается «время старта»). И в надежности: для «стандартных» городских условий она возрастает с 60-70% (дает одна система) до абсолютного значения – практически 100% (дают две системы). Улучшается и точность, но не напрямую, а за счет «геометрического фактора» — из удвоенного числа навигационных спутников (ГЛОНАСС и GPS) легче выбрать «созвездие» из 4, которое обеспечит меньшие ошибки. Именно по этим причинам двухсистемное оборудование ГЛОНАСС/GPS с 2011 года стало мировым потребительским стандартом.

Но реальная жизнь — это не только потребительские услуги. Сегодня на спутниковой навигации и сопутствующих сервисах, например, временной синхронизации, построена наша жизнь – движение поездов и самолетов, работа сетей сотовой связи и электросетей.

При этом у оператора навигационной системы – а для GPS это был и остается Пентагон — есть возможность для определенной территории или отключить гражданский сигнал, или его искусственно загрубить. Такую функцию поддерживают новые поколения спутников GPS.

Речь даже не идет о военном конфликте, можно использовать саму угрозу отключения «навигационного рубильника» для достижения политических или экономических целей. Поэтому от технологической зависимости в узкой области спутниковой навигации всего один шаг до зависимости экономической, политической и военной.

Критически важная инфраструктура, которой пользуется весь мир, и на которой основана значительная часть национальной экономики, не должна зависеть от одной страны или, если усилить тезис, от другой страны. Не случайно, все, кто в состоянии технологически и финансово создать собственные системы спутниковой навигации, а это Евросоюз и Китай, сегодня это делают.

— Правда ли, что Россия экспортирует ГЛОНАСС – военный и гражданский, в другие страны?

— Спутники ГЛОНАСС, как и GPS, передают два типа сигнала. Гражданский сигнал – общедоступен, при этом общедоступность ГЛОНАСС гарантируется государством. Закрытый сигнал предназначен для военных и других специальных приложений — помимо прочего, он лучше защищен от помех.

В России двухсистемная навигация ГЛОНАСС/GPS принята за государственный стандарт, то есть обязательна для всех государственных применений и обеспечения безопасности. Сегодня ведутся переговоры со странами Таможенного союза – Белоруссией и Казахстаном о том, чтобы ГЛОНАСС/GPS стал государственным стандартом и на их территории.

Большинство современных потребительских устройств — смартфоны, автонавигаторы, профессиональное оборудование — сегодня используют двухсистемные приемники ГЛОНАСС/GPS. Спецификации для разработки таких приемников находятся в свободном доступе. Таким образом, «экспорт ГЛОНАСС» идет, но без участия российской стороны.

Ситуация здесь такая же как с GPS: страна — «собственник» системы бесплатно транслирует на весь мир навигационный сигнал, а оборудование для его приема может делать любой.

— Действительно ли, что ГЛОНАСС – единственная альтернатива GPS?

— Сегодня это правда. Но уже через три-четыре года ситуация изменится. Китайская система BeiDou сейчас работает как региональная система (т.е. дополняющая глобальные системы ГЛОНАСС и GPS) в пределах азиатско-тихоокеанского региона. Евросоюз приступил к развертыванию своей системы Galileo. Если не случится какого-то форс-мажора, то через несколько лет обе эти системы будут развернуты до глобального уровня.

Но есть проблема тех, кто идет первыми. GPS и ГЛОНАСС создавались в 70-е годы и не учитывают все современные технологии. Galileo и особенно BeiDou проектировались десятилетиями позже, что позволило реализовать более современные и технически более продвинутые решения. Например, в китайской системе предусмотрена дополнительная функция передачи данных.

Системы и GPS, и ГЛОНАСС также модернизируются, но этот процесс дороже и дольше, поскольку необходимо постепенно замещать работающие на орбите спутники их новыми моделями.

— Некоторое время назад иранцы обманули GPS и приземлили у себя американский дрон. Реально заглушить сигналы таких систем?

— Сигналы и GPS, и ГЛОНАСС можно заглушить локально. Причем, для этого вовсе не нужен доступ к системе управления самими спутниками – достаточно мощного источника радиопомех. Есть и имитаторы сигнала, которые создают у близко расположенных к ним навигационных приемников «видимость» нужных координат. Двухсистемный приемник ГЛОНАСС/GPS также можно и заглушить, и обмануть, но сделать это технически значительно сложнее и дороже.

— Часто говорят, что GPS значительно точнее ГЛОНАСС. Насколько это соответствует действительности?

— Реальная «потребительская» точность ГЛОНАСС сейчас в среднем уступает GPS. Если GPS-приемник теоретически позволяет определить местоположение на открытой местности с ошибкой не более 3-4 метров, то для ГЛОНАСС-приемника ошибка составит 7-10 метров.

На практике эта теоретическая разница не важна по двум причинам.

Первая состоит в том, что навигационных приемников, которые поддерживают только ГЛОНАСС, без GPS, просто не существует.

Вторая причина — в клиентском устройстве обычно производится дополнительная обработка сигнала, усредняющая результат. Например, если автомобиль едет по идеально прямому шоссе, то траектория движения машины по данным спутниковой навигации выглядит как довольно замысловатая изломанная линия с множеством хаотичных отклонений. При этом программное обеспечение навигатора привязывает эту линию к графе дорог на цифровой карте, в результате на экране получается то самое идеально прямое шоссе, что и в реальности.

— Говорят, что существуют секретные приемники ГЛОНАСС, обеспечивающие миллиметровую точность. Действительно такие есть?

— Такие приемники есть, и они совсем не секретные. Эту задачу можно решить двумя способами.

Первый вариант: высокоточные измерения, например геодезические, проводятся с использованием наземных базовых станций, что позволяет в режиме дифференциальной коррекции (вычисляя разности между своим местоположением и координатами базовой станции, которые известны очень точно) получать координаты более точно. Если воспользоваться режимом постобработки, то можно добиться той самой миллиметровой точности.

Второй вариант: использовать множество измерений для одной точки, накапливая их и затем обрабатывая. Это позволяет улучшить точность до единиц сантиметров. Правда, такой подход применим только для «неподвижных» объектов, например, геодезической аппаратуры.

Сегодня в России единой системы наземных базовых станций для дифференциальной коррекции (уточнения) сигнала не существует. Министерства, ведомства, регионы, крупные корпорации независимо друг от друга устанавливают станции, которые никак не связаны между собой и зачастую мешают соседям. Нет даже единой системы регистрации этих базовых станций. Это задачи, которые НП «ГЛОНАСС» как федеральный сетевой оператор будет решать.

На территории Европы работает широкозонная система EGNOS, в США — WAAS, в Японии — MSAS, Индия сейчас также строит систему GAGAN. Управление железнодорожным, воздушным транспортом, геодезия и кадастр, сельское хозяйство, земледелие в большинстве развитых стран давно идут с применением высокоточной навигации. Это повышает производительность на десятки процентов, а иногда и в разы.

— Насколько я понимаю, точность ГЛОНАСС можно увеличить, только запустив новые более совершенные спутники…

— Точность позиционирования можно увеличить с помощью как спутниковой, так и наземной инфраструктуры.

В России в рамках федеральной целевой программы сейчас создается система широкозонной дифференциальной коррекции (СДКМ). Поправки в СДКМ будут передаваться через спутниковый канал связи с расположенных на геостационарной орбите спутников «Луч». Точность определения координат улучшится до единиц дециметров, но аппаратуру потребителей (тех, кому нужна такая высокая точность) придется оснастить специальными модемами, способными принимать спутниковый сигнал.

Оппоненты проекта СДКМ указывают, что для большинства профессиональных приложений, например геодезии, точности в 20-30 см явно недостаточно, а для обычных потребителей, допустим автомобилистов, она, напротив, избыточна. Увеличить точность еще больше не позволяют физические факторы – возмущения ионосферы и тропосферы, которые неизбежно искажают спутниковый сигнал.

Есть и соображения цены. Одна наземная базовая станция (а их нужно для СДКМ на территории России не менее 10), которая передает навигационный сигнал для внесения поправок, стоит примерно 15-20 тысяч долларов. А вот один спутник связи с учетом его вывода на геостационарную орбиту — 100 миллионов долларов.

Существует альтернативный вариант – без спутника, но для этого необходимо около трех сотен базовых станций дифференциальной коррекции, размещенных в наиболее развитых регионах страны. Такой вариант может обеспечить миллиметровую точность при существенно меньших затратах.

— Действительно ли, что в спутниках ГЛОНАСС используется исключительно российская электроника?

— К сожалению, это не так. Производство собственной специальной электроники экономически очень невыгодно — гигантские капиталовложения невозможно окупить на малых сериях, а микроэлектроника категории Space – это всегда штучная продукция. Поэтому электронную начинку спутников приходится покупать за границей, что само по себе непростая задача.

— Возможности GPS дополняются различными усовершенствованиями, например функцией A-GPS. Для ГЛОНАСС такого не сделать?

— Функция Assisted GPS (или A-GPS) подразумевает передачу в навигационный приемник данных о положении GPS-спутников по интернет-каналу. Она не повышает точность, а снижает время, необходимое для определения местоположения приемника, особенно при «холодном» старте, когда он включается после длительного периода бездействия. A-GPS обычно используется в смартфонах и автонавигаторах с интернет-подключением.

Для ГЛОНАСС эта возможность пока не реализована, но технически для нее нет никаких препятствий. Необходимо, чтобы инфраструктура сотового оператора брала эти данные из какого-то источника и отправляла на приемник. Это несложно сделать, но пока экономической целесообразности участники рынка здесь не увидели.

— Надо сказать, что приемники ГЛОНАСС дорогие и неудобные.

— Времена, когда приемники ГЛОНАСС выглядели как типичный продукт отечественной конверсионной промышленности, давно прошли. Сегодня решения ГЛОНАСС/GPS практически не отличаются по габаритам, стоимости и энергопотреблению от GPS-аналогов, а изготавливается большая часть продукции за рубежом. Кроме того, все приемники гражданского назначения с ГЛОНАСС-функциональностью двухсистемные и одновременно могут работать с сигналом GPS.

На размеры и стоимость приемника больше влияет его предназначение: сделан ли он для потребительских устройств или профессионального применения на транспорте, в геодезическом оборудовании и т.п. Крупнейшие мировые производители чипсетов, например, Qualcomm, Broadcomm, Texas Instruments, начиная с 2011 года внедрили поддержку ГЛОНАСС в свою мэйнстрим-продукцию. Соответственно, большинство смартфонов, планшетов, PND, встроенных систем автонавигации на базе новых чипсетов умеют работать и с GPS, и с ГЛОНАСС.

Если говорить о профессиональном (автомобильном) оборудовании, то основная доля того, что продается в России, сделана на чипсетах ГЛОНАСС/GPS российского КБ «ГеоСтар навигация», MStar (ныне часть тайваньского холдинга Mediatek) и швейцарской STMicroelectronics. На их продукцию ориентировано большинство компаний, хотя на рынке присутствует еще ряд поставщиков чипсетов второго-третьего эшелона, в основном из России и Китая.

Проблему для российских производителей чипсетов по-прежнему представляет сложность перехода на более совершенные топологические нормы. Например, последний приемник «ГеоСтар навигации» Геос-3М производится по нормам 130 нм, тогда как зарубежным конкурентам доступны 45 нм. Чем совершеннее техпроцесс, тем ниже себестоимость, а значит, выше конкурентоспособность.

В России сейчас одна-две команды, которые могли бы разработать и предъявить приемники по топологиям 45 нм и лучше. Разработка подобной продукции займет 2-3 года и потребует инвестиций в десятки миллионов долларов. Окупить эти затраты, с учетом жизненного цикла продукта не более 3-4 лет, можно только на рынке емкостью в десятки миллионов устройств в год, которого ни в России, ни суммарно в государствах ЕврАзЭС пока нет. Возможно, рост рынка экспоненциально ускорит готовящееся обязательное оснащение автотранспорта терминалами системы «ЭРА-ГЛОНАСС», которое должно быть завершено до 2020 года.

Но для того, чтобы реализовать этот потенциал, необходима государственная поддержка российских дизайн-центров, инвестиции в разработки со стороны российских госинститутов, продвижение технологий на экспорт.

В целом нам нужно перейти от импорта к экспорту высокотехнологичных продуктов. Без масштабирования своих технических решений и технологических достижений в глобальном рыночном мире обеспечить свою конкурентоспособность невозможно.

Даже если на территории России реализуются все крупные проекты на автотранспорте, мы получим внутренний рынок с потенциалом спроса несколько миллионов устройств в год и несколько десятков миллионов потребителей. А мировые лидеры имеют масштабы в десятки раз большие.