Vlad Gabriel Olteanu, Country Business Manager, Navigation and Ground Segment, GMV: Sisteme PNT reziliente într-o lume în care interferențele GNSS devin noua normalitate

Domeniul nostru de activitate și compania pe care o reprezint activează foarte mult în zona spațială. O să încerc să trec foarte succint prin cine suntem, ca o scurtă prezentare a companiei, ce facem în România sau ce am făcut în România de când suntem aici. Și apoi mă voi întoarce pe partea de GNSS pentru a înțelege un pic vulnerabilitățile acestea și situația sistemelor în mediul curent, urmând să închei cu câteva exemple de activități pe care noi le desfășurăm în GMV România.

Suntem un parte a unui grup tehnologic mai mare, originar din Spania. Suntem de vreo 40 de ani și ne-am dezvoltat cumva din zona asta de dinamică a zborului, segment spațial, control de sateliți și am rămas în zona asta. Legăturile noastre sunt în continuare foarte strâns legate de domeniul spațial. Chiar dacă ne-am diversificat și lucrăm și în Defense, lucrăm în sisteme transport inteligent și așa mai departe. Suntem peste 4.000 de oameni distribuiți global, să spunem, bineînțeles, foarte concentrat în Europa. În România suntem destul de aproape de aici, în Sky Tower. Avem deja 14-15 ani în România, aproximativ 60 de oameni. Activăm exclusiv în partea de spațiu, strâns legat de Agenția Spațială Europeană, aceasta fiind cumva principalul nostru client.

Un mic istoric. Spuneam că am început în 2011, apoi am început primele noastre proiecte aici, pe partea de Lună., un Lunar Lander, un braț robotic. Apoi, în 2015, am început activități în partea de Space Surveillance and Tracking și tot legat de asta, dezvoltarea unui produs de urmărire a sateliților prin telescoapele optice de la sol. Apoi, în 2019, am început inițiative pe partea  de poziționare în navigație și timing reziliente. În 2020 am început participarea într-una dintre primele misiuni cu implicare românească, și anume misiunea HERA, care este o misiune de explorare spațială care ajunge la un asteroid binar pentru a studia impactul cinetic pe care un alt satelit al NASA l-a impactat cinetic. Apoi am intrat în zona de estimări de coliziune între sateliți. Ne-am dezvoltat foarte mult partea de facilities și în 2024, am lansat HERA. un image processing unit care ajută în navigația la distanță, pentru că la distanța la care se află deja satelitul este important să poată să se ghideze cumva și să navigheze autonom.

Și tot în 2024 am început lucrul la o misiune pentru ESA, în calitate de contractor principal, care se numește Cyber Cube și care va fi lansată chiar de curând cu SpaceX în următorul Transporter, în Transporter 17. Și veți auzi probabil mai multe în public în perioada următoare.

Sistemele Satelitare de Navigaţie Globală (GNSS)

Să ne întoarcem acum la partea de GNSS, de sisteme de navigație. Sistemele de navigație, termenul curent pe care îl folosim e GPS, pe care îl citește toată lumea. Dar GPS e doar o instanță, să spunem așa, adică o singură constelație, cea americană, dar există deja multe constelații: Galileo (Uniunea Europeană), BeiDou (China) și GLONASS (Rusia), alături de GPS-ul american, sunt principalele sisteme globale de navigație prin satelit (GNSS). Dispozitivele moderne, precum smartphone-urile, utilizează simultan aceste rețele pentru a oferi o poziționare rapidă și precisă, indiferent de locație.

Și practic, ce fac aceste sisteme? Transmit, bineînțeles, semnale L band în general, care sunt recepționate de receptoarele de terminare de la sol sau din aer, sau maritime sau din alte zone pentru poziționare, ceva ce e destul de simplist în foarte multe domenii. Deja e o listă pe care nu pot să o cuprind. Câteva exemple care pot fi critice: aviație, transport maritim sau pot fi pur și simplu personale de navigație. Cu toate acestea, problema pe care o vedem și pe care aș vrea să o discutăm la început e partea asta de bruiaj. Bruiaj care înseamnă, beneficiind sau folosind vulnerabilitatea sistemului, și anume faptul că semnalele vin din orbite medii, douăzeci și ceva de mii de kilometri, ajung atenuate și atunci pot fi ușor acoperite de semnale terestre.

Și atunci, partea asta de jamming poate să conducă, pe de o parte, la inexistența unei poziții, dar pe de altă parte pot apoi să transmit și semnale false. Ăsta este spoofing-ul și asta înseamnă că pot să induc receptoarelor alte poziții. Ca să merg în zona de telecom și de sisteme care folosesc partea de GNSS nu pentru poziționare și navigație, dar pentru sincronizare, pentru că este o sursă foarte bună de sincronizare la nivel de nanosecunde, sateliții purtând cumva ceasuri atomice.

Venind acum în zona regională, ce se întâmplă aici în partea de est a Europei și în special în zona Mării Negre, ceea ce am observat în ultimii ani. Bineînțeles că acest warfare electronic deja se manifestă foarte, foarte puternic și spre exemplificare, vedeți aici niște hărți care preiau informații raportate de aviație din ADSB, de jamming și de spoofing în GNSS și am selectat o zi oarecare, data de cincisprezece, anul trecut și am extras din hărțile astea publicate de Stanford cum arată situația de jamming și spoofing în zonă. Ce vedem aici este un bruiaj terestru, mai mult ca sigur este un bruiaj de la niște surse terestre foarte puternice. Dar există și cazuri de spoofing care vin, și nu știm de la cine. În general, sunt, bineînțeles, atribuite, actorilor din zona militară. Iarăși nu știm de ce parte, că pot să fie și de-ai noștri și de-ai lor, ca să zic așa. Cei din Universitatea din Texas, care sunt foarte bine specializați pe partea de spoofing, au urmărit o evoluție locală la nivel european. Au observat că în anumite momente care aveau o anumită repetabilitate, semnalele GNSS înregistrate de niște stații permanente de la sol scădeau abrupt în anumite momente și cumva au făcut reverse engineering, ca să zic așa, și au ajuns la concluzia că există un satelit rusesc. L-au și identificat după multă discuție și chiar vă invit să vedeți videoclipul pe YouTube. Apare și un coleg de-al meu din UK acolo. Există un satelit care are deja capabilitate, și probabil că există mai mulți sateliți care au capabilitate de bruiaj general pe tot ceea ce înseamnă GNSS la nivel european, deci de scară largă. Ceea ce devine, devine un pic periculos, pentru că până acum câțiva ani lucrurile astea erau cel mult, cum să zic, un subiect așa, peste care se trecea.

Dar, ca să continui un pic ideea, ce putem să facem? Ce putem să facem depinde, bineînțeles, de use case. Depinde de activitatea pe care o avem. Una este să folosesc navigație, să folosesc sistemele GNSS pentru poziționare, navigație pe telefon, și alta este să le folosesc în domeniul maritim, de exemplu. În primul rând, trebuie să îmbunătățim, să lucrăm cu ceea ce e disponibil. Și, când spun asta, mă refer strict la ceea ce este disponibil în zona de GNSS. Și aici vorbim de în loc să folosesc doar un GPS L1, adică sistemele, receptoarele clasice, să folosesc receptoare multifrecvență, multi constelații. Asta deja aduce un strat important de protecție. Să folosesc tehnici îmbunătățite de poziționare la nivel receptorului.

Să folosesc o funcționalitate pe care Galileo o are deja și o distribuie, se numește OSNMA, care autentifică sau garantează cumva că mesajul care vine de la satelit este de la sateliți Galileo. Și pentru utilizatori guvernamentali se poate folosi și Galileo PRS. Este un serviciu public reglementat, e criptat și accesibil exclusiv utilizatorilor autorizați, autorizați la nivel guvernamental Să folosesc alternative, pentru că nici n-ar trebui să existe utilizarea exclusivă a GNSS pentru navigație, de exemplu: R-Mode (Ranging Mode) pentru Maritim în VHF sau în MF, 5G Terestru sau Non-Terestru. eLoran Signal of Opportunity. Sunt multiple astfel de posibilități de poziționare și navigație și bineînțeles hibridizare.

Să ne uităm în viitor

Sau să ne uităm în viitor. Și ce înseamnă viitor? Înseamnă alte sisteme satelitare LEO-PNT. O să dau câteva exemple imediat. Viitorul înseamnă și Galileo Signal Authentication Service. E adevărat, peste câțiva ani. Senzori cuantici și așa mai departe. Dar cel mai important este să înțelegeți care sunt dependențele de GNSS în businessul dumneavoastră, în domeniul dumneavoastră.

Și ca să vă dau un exemplu, există o corelare directă între utilizarea toaletelor în avion și GNSS. Adică există foarte multe dependențe necunoscute. De ce? Pentru că, pe lângă navigație, care este bineînțeles, prima sursă de poziționare prin satelit, la un moment dat, cineva într-un subsistem a avut nevoie de o poziție și au zis de unde s-o iau. Păi o iau din GNSS, că toată lumea o ia de acolo. Astfel de dependențe pot să creeze și vulnerabilități și efecte în cascadă, și atunci trebuie foarte bine identificate. De exemplu, discutam cu operatorii în zona de telecom și partea de telecom utilizează GNSS în partea de sincronizare, mai ales acolo unde 5G, de exemplu, are nevoie de sincronizări la nivel la nivelul ăsta, nanosecunde. Deci, cu alte cuvinte, GNSS e natural din această perspectivă.

Despre Celeste, RIPTIDE, Taste Range și alte activități ale GMV

Și acum, doar o trecere în revistă a activităților pe care pe care noi, cel puțin din România, le avem în zona asta de navigație, viitor sau curent. Aș începe cu Celeste. Celeste este o misiune ESA mare, un program de dezvoltare a unui demonstrator de poziționare, folosind sateliți în orbită joasă. De ce orbită joasă? Pentru că, coborând orbita, bineînțeles, am semnale mai puternice. Tot acolo pot să vin cu capabilitate de two way communication, care poate să mă ajute și în two way time transfer, de exemplu. Am geometrie mai bună, diversificare. Am noi semnale pe care le pot folosi. Se analizează S-band, C-band și așa mai departe. Și asta este o mică arhitectură a sistemului. O să menționez că cel puțin din GNV România participăm în dezvoltarea unei componente de payload control, precum și în experimentare pe time transfer, care pot fi bineînțeles de interes și pentru zona de telecom.

O altă activitate pe care o avem se numește RIPTIDE și asta este o activitate pe care o adresează sectorul maritim. Și am început activitatea asta undeva în 2019. Am terminat între timp cele două faze, tot prin Agenția Spațială Europeană. Și ce vrea acest RIPTIDE este să dezvolte un sistem de poziționare rezilientă pentru zona Mării Negre, în special. Și atrag atenția că l-am început în 2019. Noi, ca ingineri și ca și persoane sau experți în zona asta de navigație, înțelegând vulnerabilitățile sistemului încă de la acea vreme, am început această activitate, am făcut requirement-uri, am făcut campanii și așa mai departe, și am discutat cu stakeholderi, și am discutat cu utilizatori, și le explicam vulnerabilitățile de jamming și de spoofing ale sistemelor GNSS.

Și bineînțeles că toată lumea zicea: „Despre ce vorbiți? GPS-ul funcționează perfect. Navigăm și pilotăm și elicoptere câteodată și avem tot ce avem nevoie pe bază de GPS.” Dar fast forward, 2022, situația Ucraina. Dintr-o dată ați văzut hărțile și ați văzut cum arată jamming și acum toată lumea, caută soluția. Și soluția încă nu e întotdeauna ușor de atins, mai ales când vorbim de o piață de receptoare. Când vorbim de un singur utilizator mare, acolo lucrurile se pot schimba, dar când vorbim de o piață de receptoare care trebuie să adopte o măsură, acolo este reticența. Și atunci era în 2019. Și o tehnologie nu se dezvoltă peste noapte. TRL7 se ajunge în trei ani, patru ani, depinde, și mai ales adopția după aceea poate fi de lungă durată. Și am făcut în aceste proiecte activități prin care făceam spoofing, bineînțeles, prin controlat, prin cablu, pentru un receptor, astfel încât să arătăm care poate fi impactul la nivel de navigator. Și iarăși, n-o să intru în detalii, dar puteam să facem ce voiam cu receptorul respectiv, să folosim hardware in the loop, să-l deviem ușor, să-l arătăm în Sevastopol cum e, cum se vede acum când zburați deasupra Mării Negre, să-i faceți traiectorii inverse, să modificați viteze și așa mai departe.

Și de aici plecând, am făcut o analiză ce fel de soluții putem să punem în picioare. Ajung direct în ceea ce am făcut în partea a doua, în demonstrator, pe care l-am încheiat cu ESA anul trecut, și am ales o soluție un pic complexă. Asta înseamnă ca pentru Marea Neagră să avem un soi de central processing facility, l-am numit noi, care are câteva roluri. Pe de o parte, monitorizează situația interferențelor la nivel local, adică pe țărm sau poate și offshore, dacă putem să avem acces acolo. Astfel, deja la nivelul autorității știu deja dacă am situații de interferențe sau nu.

Acum se pune problema cum transmit această informație către ambarcațiuni. Și fac transmiterea asta prin VDES într-un mesaj, cumva cu un pic de decriptare, și peste ele transmit sau împreună cu aceste informații transmit și o sursă de navigație, de mesaj de navigație, astfel încât ambarcațiunea să poată să compare. Sunt cumva într-o situație de spoofing eu și poate autoritatea nu. Și în felul ăsta deja am iarăși un awareness, ca să-l numesc așa în engleză, la nivelul ambarcațiunilor. Și, în ultima parte, ce fac dacă eu sunt într-o situație de spoofing și sunt în Sevastopol, autoritatea nu știe că eu sunt într-o zonă de spoofing. Atunci trebuie să am o alternativă. Și alternativa în cazul ăsta este VDES ranging, folosind VDES. Am implementat treaba asta, am avut câteva stații în zona Constanța, am avut licențe de transmisie din partea ANCOM pentru partea de VDES și am făcut o grămadă de teste.

Am obținut precizii foarte bune, ceea ce ne-a bucurat și pe noi și pe ESA. Am făcut un test cu ei pe mare, și am făcut testul ăsta într-o zi foarte frumoasă, cu ceață densă și cu spoofing mult din partea de est. Și în situația aceea sistemul nostru a dat rezultate. A menținut o acuratețe bună. Adică vorbim de zece, cincisprezece metri, care pentru maritim este suficient.

Și ultima activitate, e o activitate pe care o avem în curs tot prin ESA. Este un test range. Tocmai plecând de la ideea asta că am făcut o grămadă de teste, am făcut o grămadă de validări, avem simulatoare de jamming și de spoofing pe care le putem folosi. Am venit cu ideea de a implementa la Marea Neagră un poligon de testare, test range, pentru sisteme de navigație rezistente la bruiaj (Alternative PNT). Și ce o să aibă acest test range? O să aibă partea de logistică. Aici lucrăm împreună cu cei de la Direcția Hidrografică Militară Maritimă. Vom avea ambarcațiuni pe care vom instala echipamente care pot fi supuse testului respectiv. Vom avea un mecanism ground truthing, astfel încât să putem să analizăm performanțele și un proces de analiză în acest fel a performanțelor pe care diverse tehnologii le pot avea. Și aici vorbim de ceea ce ziceam mai devreme, Quantum. Ce dezvoltă oricine. Pentru că, de altfel, intenția noastră nu este să ne poziționăm ca un business case. Aici nu e modelul nostru de business, ci pur și simplu ca o oportunitate de colaborare, pe de o parte, și să fim cumva un test range obiectiv, să spunem așa. Vă stau la dispoziție, bineînțeles pentru întrebări și mai ales dacă vă putem fi de folos cu blackout, cu test range pe care sperăm noi cu ESA să îl avem implementat până la sfârșitul anului, urmând ca apoi să începem să testăm diverse tehnologii.