تعمل معظم التقنيات الحديثة ، بما في ذلك الهواتف الذكية ، على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). لكن النظام قد يكون أكثر عرضة للفشل مما تعتقد. تفتقر الولايات المتحدة إلى تقنية تحديد الموقع الجغرافي الاحتياطية ، مما يعني أن انقطاع التيار الكهربائي أو التداخل قد يكون كارثيًا. هددت روسيا بتدمير أقمار GPS الصناعية ، وأغلقت إشارات GPS المعيبة مؤخرًا مطار دالاس مؤقتًا.
لحسن الحظ ، تتدخل الشركات للمساعدة في حماية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وقعت NextNav مؤخرًا صفقة لتوفير تقنية جديدة تسمى TerraPoiNT تعمل كنسخة احتياطية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، باستخدام شبكات LTE و 5G الحالية. قال غانيش باتابيرامان ، الرئيس التنفيذي لشركة NextNav ، لـ Digital Trends في مقابلة: “إن إشارة TerraPoiNT أقوى من GPS بأكثر من 100000 مرة ، كما أن تشفيرها للإشارة يجعلها أكثر مقاومة للتشويش والخداع”. إنها حالة مثيرة للاهتمام – ولمحة عن كيف يمكننا (ويجب) حماية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
لماذا يعتبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مهمًا جدًا وهشًا جدًا
يوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) خدمات تحديد المواقع والملاحة والتوقيت بالإضافة إلى خدمات تحديد المواقع للهواتف المحمولة. إن توفرها على نطاق واسع جعلها مرفقًا عالميًا لا يتجزأ من الصناعات والبنية التحتية ، بدءًا من الشبكة الكهربائية إلى خدمات الطوارئ 911 وحتى المعاملات المالية. لكن باتابيرامان قال إن النظام “ضعيف بشكل لا يصدق” للتدخل – بما في ذلك التشويش والخداع.
قال سام براون ، مهندس راديو محترف يدير مدونة تردد الراديو في OneSDR ، في مقابلة أن مستقبلات اتصالات GPS غالبًا ما تتعطل باستخدام أجهزة تشويش سهلة الحصول عليها ورخيصة.
وأضاف: “سيصدر جهاز التشويش إشارة تتداخل مع استقبال الإشارة ، ونتيجة لذلك ، لن يتمكن جهاز استقبال GPS من توفير معلومات الموقع”.
في أحد الأمثلة الحديثة ، أدت مشاكل إشارات GPS إلى توقف الرحلات في مطار دالاس / فورت وورث الدولي. تم إرجاع المشكلة إلى مصدر غامض للتدخل وأغلق المطار لمدة يومين.
التدخل الأجنبي المحتمل هو قضية أخرى. تفاخرت روسيا بأنها تستطيع التخلص من الأقمار الصناعية التي توفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص بنا.
قال باتابيرامان: “إن حادثًا مثل التوهج الشمسي الكبير أو تلف الأقمار الصناعية التجارية يمكن أن يؤدي إلى تعطيل العديد من الخدمات الأساسية التي نعتمد عليها كل يوم”. “لهذا السبب أدركت الحكومة الفيدرالية الأمريكية أهمية تنفيذ التقنيات البديلة لـ PNT لضمان مرونة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، بما في ذلك من خلال أمر تنفيذي” لإشراك القطاعين العام والخاص لتحديد وتعزيز الاستخدام المسؤول لخدمات PNT. “
قال أليكس داماتو ، المدير التنفيذي بالإنابة لـ GPS Innovation Alliance ، وهي مجموعة صناعية ، في مقابلة أن مؤسسته تحافظ على موقف محايد تقنيًا عندما يتعلق الأمر بحلول النسخ الاحتياطي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
ومع ذلك ، قال ، توافق GPSIA على أن “أفضل استراتيجية لتحقيق خدمة PNT مرنة هي متابعة تقنيات متعددة لتعزيز التنوع في وظائف PNT.” من الضروري أيضًا أن تكون حلول النسخ الاحتياطي قادرة على تقديم إمكانات مكافئة ومستوى أداء على قدم المساواة مع تقنيات GPS وأن تكون مدفوعة بمتطلبات PNT لكل قطاع صناعي بدلاً من التفويضات الحكومية.
مشكلة عقود في صنع
ينبع جزء من مشاكل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من تصميمه باعتباره من مخلفات الحرب الباردة. صُمم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للاستخدام العسكري في مناطق النزاع حيث لا تتوفر شبكات مدنية – إطلاق الصواريخ على بعد ألف ميل عبر الغلاف الجوي العلوي أو مساعدة شركات النقل المليئة بالطائرات على عبور المحيط ، حسبما قال تيم سيلفستر ، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Integrated Roadways ، في مقابلة. لم يكن القصد منه أبدًا المساعدة في التنقل بين المشاة والمركبات في المناطق الحضرية الهادئة.
قال سيلفستر: “إن عدم التطابق في التصميم مع الاستخدام يعني أن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) به العديد من العيوب المهمة ، مثل الدقة المنخفضة والكمون المرتفع”. هذه التحديات هي نتاج إشارات GPS القادمة من الأقمار الصناعية على بعد آلاف الأميال ، والعيوب هي نتيجة للفيزياء التي لا يمكن إصلاحها “.
GPS له عيوبه عندما يتعلق الأمر بجيل جديد من السيارات ذاتية القيادة. تعني الدقة المنخفضة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أنه لا يمكنك استخدامه بشكل فعال لمعرفة المسار الذي يوجد فيه شخص ما ، وهي مشكلة كبيرة عند القيادة ، ويعني وقت الاستجابة المرتفع أن معلومات موقعك تزداد سوءًا عندما تتحرك بسرعة ، وهو أيضًا قال سيلفستر مشكلة كبيرة أثناء القيادة. نظرًا لأن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) يأتي من على بعد آلاف الأميال ، في المناطق الحضرية التي بها الكثير من المباني الشاهقة ، فإن الدقة أسوأ لأن المباني الشاهقة تحجب الأقمار الصناعية التي ليست في الموضع الصحيح تمامًا لنقلها عبر المباني.
قال سيلفستر: “تتعارض هذه القيود تمامًا مع استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للمركبات المتصلة والمستقلة ، الأمر الذي يتطلب دقة عالية وزمن انتقال منخفض وتشغيلًا موثوقًا في المناطق الحضرية الكثيفة ، مع رؤية مدى كثافة المناطق الحضرية حيث توجد حركة المرور”. “مثلما تم استبدال الصحف بالأخبار عبر الإنترنت ، كان نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) نقطة انطلاق رائعة ، ولكن حان الوقت لتجاوزه. في الواقع ، تتجاهل معظم التطبيقات بالفعل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وتستبدله بهدوء ببدائل مثل البلوتوث ، ولكن هذا عادةً ما يكون مخفيًا عن المستخدم لأن ما يهتم به المستخدم هو خدمة جيدة ، وليس كيفية الحصول عليها “.
قد تتطلب الموجة القادمة من المركبات المستقلة نظام موقع أفضل. قال سيلفستر إن البديل الواعد لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للمركبات المتصلة والمستقلة يسمى APNT. يرمز PNT إلى “الموضع ، والملاحة ، والقياس عن بُعد”. اعتمادًا على من تسأل ، قد يشير الحرف “أ” إلى مصطلحات مساعدة أو معززة أو مضمونة أو بديلة أو غير ذلك من المصطلحات القريبة من المرادفات.
تم دمج APNT في البنية التحتية المحلية ، بما في ذلك الهوائيات الخلوية أو إشارات Bluetooth أو Wi-Fi أو غيرها من الوسائل “البديلة” لتحديد المواقع والتنقل واستقبال القياس عن بعد للمركبة.
“لقد تم تجميع هذه الأساليب معًا على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية باستخدام مزيج من مكونات الهواتف الذكية وطرق الاتصال المتاحة بسهولة ، وعلى الرغم من أنها رائعة للسائحين الذين يتجولون في Market Street أو Times Square في محاولة لتعقب ساندويتش يقل سعره عن 30 دولارًا ، وقال سيلفستر إن الطبيعة الخاصة تعني أنه لا يمكن الاعتماد عليهم للحصول على الاستقلال الذاتي.
تعمل شركة Roadways على تطوير Smart Pavement ، والتي تبني إمكانيات APNT مباشرة في الطريق ، باستخدام مستشعرات عالية الدقة على الطريق ، ومدعومة بشبكة حافة منخفضة زمن الوصول للغاية ، “بحيث يكون لأي طريق تمت ترقيته باستخدام Smart Pavement كل شيء قال سيلفستر إن قدرات APNT اللازمة للمركبات المتصلة والمستقلة المضمنة في الطريق والمصممة من الألف إلى الياء كشبكة موثوقة وآمنة وآمنة وذات جودة صناعية توفر الميزات التي تتطلبها متطلبات التنقل من الجيل التالي “
أين نذهب بعد GPS؟
نظام NextNav ليس هو الخيار الوحيد كنسخة احتياطية من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). قال ماكس بيريز ، نائب رئيس حلول البحث والأمن في ColdQuanta ، في مقابلة إن أنظمة تحديد المواقع الكمية (QPS) لديها القدرة على العمل كبديل لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS). تعمل الخصائص الكمية على تشغيل نظام تحديد المواقع ، وعلى عكس نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، لا تتطلب QPS معايرة مستمرة مع تشغيل الإشارات الخارجية.
قال بيريز: “يحتاج نظام QPS فقط إلى معرفة نقطة انطلاقه للعمل ويكون قادرًا على حساب السرعة التي قطعتها ، ومدة ذلك ، وفي أي اتجاه لتحديد موقعها الحالي”. “ستعزز أنظمة تحديد المواقع الكمية (QPS) نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في جميع أنحاء العالم لأنها توفر أمانًا محسنًا للملاحة بشكل ملحوظ. تشمل حالات استخدام QPS الملاحة للطائرات والغواصات والسيارات ذاتية القيادة والمزيد. تشمل مزايا QPS عبر GPS الدقة ، وعدم الاعتماد على القمر الصناعي ، والاستخدام الداخلي ، وتقليل التعرض للقرصنة. “
قال داماتو إن صناعة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تبتكر بسرعة ، وتطور حلولًا تجعل نظام تحديد المواقع العالمي أكثر دقة ومرونة. تتضمن هذه الحلول مستقبلات GPS ، والأقمار الصناعية التي تنقل إشارات GPS هذه ، وقطاع التحكم الأرضي الذي يتتبع ويراقب أداء GPS.
وأضاف: “هناك تحديث كبير لكوكبة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على قدم وساق ، والذي عند اكتماله سيوفر العشرات من الأقمار الصناعية الجديدة التي توفر دقة أكبر بشكل ملحوظ وقدرات متزايدة لمكافحة التشويش”.