Los sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS), específicamente de posición, navegación y temporización (PNT) basados en satélites, han estado disponibles durante décadas. El Departamento de Defensa de los EE. UU. (DoD) comenzó a implementar el primer GNSS, el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), en 1973 para facilitar una guía de precisión para la selección y entrega de municiones. Desde entonces, el GPS se ha movido mucho más allá del uso militar, convirtiéndose en una parte omnipresente del entorno global. Los gobiernos, las personas, las economías y las infraestructuras están completamente entrelazados con satélites PNT. Al mismo tiempo, los expertos militares, económicos y científicos conocen el talón de Aquiles que siempre plagará el sistema: interferencia simple por interferencia, suplantación o meaconing. ¿Es hora de otra opción de navegación?
Mirando hacia atrás en el nacimiento del GPS uno puede ver por qué el Departamento de Defensa decidió construir una red satelital multimillonaria. Antes de GPS, había suplementos limitados para la navegación básica. Las ayudas de navegación remotas basadas en radio (NAVAIDS) ayudaron a localizar y rastrear los sistemas de a bordo, como las unidades de navegación inercial (INU) y las unidades de medición inercial (IMU). Las localizadoras NAVAIDS enfrenta limitaciones debido a la línea de vista, la seguridad, el mantenimiento y los requisitos de potencia. El Doppler y las INU tenían una capacidad limitada para mantener la precisión en el tiempo y la distancia. Los sistemas no pudieron proporcionar información de posición continuamente precisa sin supervisión humana significativa. La asistencia de navegación basada en satélites proporcionó una solución superior ya que los receptores podían mantener una posición precisa que requería poca interacción humana. Además, el GPS no tenía virtualmente ninguno de los inconvenientes de los NAVAIDS o INU terrestres. La única limitación percibida para el GPS era el costo ($12 mil millones, más $950 millones/año), que el Departamento de Defensa absorbió voluntariamente como la mejor solución en ese momento.
Las nuevas tecnologías a menudo presentan problemas imprevistos. Algunos se remedian fácilmente, mientras que otros pueden ser fatales. A los adversarios y a los entusiastas electrónicos les costó poco desarrollar formas de interferir con el GPS. Hoy, el GPS se puede atascar fácilmente debido a la baja señal de potencia. Se puede suplantar (suplantación de satélite) y meacono (interceptación y retransmisión de señales de navegación) dando como resultado una percepción errónea de posición desconocida para la INU o el operador. Las fallas del GPS pueden mitigarse e incluso eliminarse a medida que se identifican, pero siempre habrá una oportunidad para la interferencia cuando la fuente de navegación no está ubicada junto con el sistema o el ser humano moviéndose a través del entorno.
La debilidad del GPS brinda la oportunidad de considerar soluciones de navegación alternativas. Los avances en el hardware, el procesamiento de video, los algoritmos de software, la base de datos y los sensores de multitarea han hecho que la navegación autónoma por computadora sea una solución factible. Las computadoras de navegación pueden usar sensores para observar el medio ambiente y orientarse en gran medida como lo han hecho los humanos durante siglos a través de la asociación del terreno. A diferencia de un humano, la computadora no se distraerá ni se complacerá en sus tareas de navegación y conciencia de posición. La clave está en las computadoras robustas y en los algoritmos de navegación de video de movimiento completo, junto con el almacenamiento y la recuperación eficientes de los datos digitales de elevación del terreno (DTED) y los mapas multiespectrales de la tierra y las estrellas. Todo lo anterior es significativamente más avanzado hoy que en los años 70 y 80 durante el nacimiento del GPS.
La investigación llevada a cabo por el MIT, UC Berkley y la Universidad de Nueva Gales del Sur, entre otros, ha demostrado la eficacia de la navegación inercial visualmente actualizada y la estimación del estado para vehículos aéreos no tripulados (UAV). Los resultados indican que los sensores (visual, térmica, láser, radio) puede proporcionar entradas de navegación creíbles para una INU facilitar la navegación autónoma en entornos GPS degradadas como subsuperficial (mar y túnel), en el interior o fuera del mundo entornos sin asignar. El siguiente paso es integrar bases de datos más diversas y permitir que una computadora de navegación mantenga la conciencia de posición a gran escala. Con base en la tasa de progreso, un sistema de navegación visual efectivo debe estar listo para la producción comercial en los próximos años.
La transición a la navegación autónoma por computadora será una actualización relativamente simple para la mayoría de los sistemas de combate. Muchos vehículos marinos, terrestres, aéreos y espaciales tienen instalados varios sensores multiespectrales. Estos sistemas proporcionarán imágenes de fondo vistas durante el funcionamiento normal para su análisis. Además, una computadora de navegación para una conciencia de posición continua podría encargar sensores no utilizados. El equipo asociado con la capacidad de supervivencia del vehículo, incluidos los sensores de radio, infrarrojos y visuales, puede tener una doble función para observar el entorno y proporcionar datos de navegación. Este proceso solo requeriría la adición de una computadora de navegación especializada con bases de datos y software apropiados para aprovechar los sensores disponibles.
El ejército de EE.UU, puede cambiar fácilmente a la navegación autónoma ya que opera principalmente en tierra o muy cerca de ella. La computadora de navegación visual se puede integrar con sensores y equipos de navegación a través de la estructura de bus de datos existente, lo que limita la necesidad de volver a cablear, reduciendo los tiempos de instalación. Esos elementos que carecen de sensores integrados podrían estar equipados con pequeños sensores montables conectados a teléfonos inteligentes y software reforzados. Estos dispositivos comerciales ya contienen el hardware necesario para llevar a cabo una navegación autónoma utilizando sus cámaras, barómetros y acelerómetros incorporados. La Marina de los EE. UU, la Fuerza Aérea, los Marines y la Guardia Costera también deberían hacer la transición; sin embargo, necesitarán bases de datos celestiales para los barcos y aeronaves que trabajan desde mediana a gran altura.
La economía y la infraestructura globales presentan los mayores desafíos para nuestra venta de GPS. Los sistemas comerciales y gubernamentales dependen en gran medida del tiempo de precisión proporcionado por los satélites GPS. Aunque la necesidad de tal precisión es digna de debate, la ubicuidad del tiempo de GPS gratuito tiene sentido desde el punto de vista económico para aquellos que necesitan una solución de temporización mundial común. Por lo tanto, apagar el GPS demasiado rápido causaría problemas importantes. Dado un tiempo de transición adecuado, existen otras seis constelaciones GNSS entre otros sistemas en órbita que pueden proporcionar tiempo. Esto es compatible con un movimiento progresivo a GNSS PNT entregado por la Unión Europea y su sistema Galileo hasta que podamos cambiar la comunidad global a otros métodos efectivos y fuentes de tiempo (y posición y navegación).
El costo monetario de la transición a la navegación autónoma será mucho menor que el gasto actual y proyectado para el GPS. El precio del Bloque GPS III y del Segmento de Control de Operación de Próxima Generación es de $10 mil millones y sigue creciendo. Los gastos anuales de mantenimiento para la configuración actual del GPS se están acercando rápidamente a $1 mil millones. Para la navegación autónoma, una estimación alta de $ 8.000 (ejército) a $ 130,000 (aviación) significa que el Departamento de Defensa podría adquirir casi 950.000 unidades para los $ 10 mil millones en actualizaciones de GPS proyectadas. Además, la navegación autónoma de filiación anularía el requisito de comprar nuevos receptores compatibles con GPS III (código M) y recuperar miles de millones mediante la eliminación de los costos anuales de mantenimiento, todo mientras se proporciona una posición y una solución de navegación más seguras.
La continua dependencia de los sistemas mundiales de navegación satelital solo garantizará una mayor interferencia que resultará en la pérdida de barcos militares y civiles, aviones, vehículos, personas y dinero. Podemos seguir aplicando soluciones de mitigación de estado al GNSS o podemos avanzar hacia sistemas que no requieren fuentes externas o conexiones para mantener el conocimiento de la posición. La tecnología está madurando rápidamente, sin embargo, el sector privado tiene una voluntad limitada de ir más allá del GPS. Por lo tanto, SÍ, es hora de que el Ejército y el Departamento de Defensa lideren el mundo más allá de la dependencia del satélite PNT.
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