Współczesne operacje prowadzone przez wojsko, jednostki specjalne oraz inne służby odpowiedzialne za bezpieczeństwo coraz częściej odbywają się w środowiskach, w których sygnał GPS jest ograniczony, całkowicie niedostępny lub celowo zakłócany. Jeszcze kilka lat temu utrata nawigacji satelitarnej mogła oznaczać konieczność przerwania misji lub znaczące ograniczenie możliwości platform bezzałogowych. Obecnie rozwój technologii sprawia jednak, że nowoczesne nano drony są w stanie skutecznie wspierać realizację zadań również w wymagających warunkach operacyjnych. W artykule przedstawiamy, dlaczego środowisko bez GPS stanowi tak duże wyzwanie, jakie rozwiązania pozwalają ograniczyć jego wpływ oraz w jakim kierunku rozwijają się technologie autonomicznej nawigacji.

Dlaczego brak sygnału GPS stanowi wyzwanie dla współczesnych operacji?

Brak dostępu do sygnału GPS nie jest już sytuacją wyjątkową, lecz coraz częściej stanowi element rzeczywistych warunków operacyjnych. Dotyczy to zarówno działań prowadzonych podczas konfliktów zbrojnych, jak i misji realizowanych przez służby odpowiedzialne za bezpieczeństwo publiczne czy ochronę infrastruktury krytycznej. W takich warunkach platformy bezzałogowe muszą zachować zdolność do bezpiecznej nawigacji, stabilnego lotu oraz precyzyjnego wykonywania powierzonych zadań bez ciągłego wsparcia systemów satelitarnych. To właśnie odporność na utratę sygnału staje się dziś jednym z najważniejszych parametrów decydujących o skuteczności nowoczesnych nano dronów.

Rosnąca skala zakłóceń sygnałów GNSS

W ostatnich latach obserwowany jest wyraźny wzrost liczby przypadków zakłócania sygnałów systemów GNSS, obejmujących między innymi GPS, Galileo czy GLONASS. Zakłócenia mogą być wynikiem zarówno celowego działania wykorzystującego urządzenia emitujące sygnały zakłócające, jak i skutkiem specyficznych warunków środowiskowych utrudniających odbiór danych satelitarnych. Zjawisko to dotyczy już nie tylko stref działań wojskowych, ale również wybranych regionów Europy, gdzie okresowo odnotowywane są problemy z poprawnym działaniem systemów nawigacji satelitarnej. W efekcie projektowanie nowoczesnych platform bezzałogowych coraz częściej zakłada możliwość prowadzenia misji przy ograniczonej lub całkowicie utraconej dostępności sygnału GNSS.

Wpływ utraty sygnału na realizację misji

Utrata sygnału GPS może znacząco wpłynąć na przebieg całej operacji. Platforma pozbawiona wiarygodnych danych nawigacyjnych może mieć trudności z utrzymaniem zaplanowanej trasy, precyzyjnym pozycjonowaniem czy bezpiecznym powrotem do operatora. W przypadku misji rozpoznawczych, obserwacyjnych lub związanych z oceną zagrożeń nawet krótkotrwała utrata orientacji przestrzennej może ograniczyć wartość pozyskanych informacji. Z tego powodu współczesne nano drony wykorzystywane w zastosowaniach profesjonalnych projektowane są z myślą o zachowaniu ciągłości działania również wtedy, gdy klasyczna nawigacja satelitarna przestaje być dostępna.

W jakich środowiskach sygnał GPS przestaje być dostępny?

Środowiska pozbawione wiarygodnego sygnału GPS nie są wyjątkiem, lecz coraz częściej stanowią codzienność podczas realizacji operacji wymagających wykorzystania platform bezzałogowych. Ograniczenia mogą wynikać zarówno z uwarunkowań terenowych, jak i z celowego oddziaływania przeciwnika lub specyfiki infrastruktury, w której prowadzona jest misja. W takich sytuacjach kluczowe staje się nie samo wykrycie utraty sygnału, lecz zdolność platformy do utrzymania stabilnego lotu i kontynuowania zadania z wykorzystaniem alternatywnych metod nawigacji. To właśnie dlatego odporność na środowisko GNSS denied staje się jednym z podstawowych wymagań stawianych nowoczesnym nano dronom wykorzystywanym w zastosowaniach profesjonalnych.

Budynki, obiekty podziemne i infrastruktura krytyczna

Sygnały satelitarne bardzo słabo przenikają przez konstrukcje budynków, stropy, grube ściany czy elementy wykonane z żelbetu i stali, dlatego wewnątrz obiektów ich dostępność jest mocno ograniczona lub całkowicie zanika. Podobna sytuacja występuje w tunelach, obiektach podziemnych oraz wielu elementach infrastruktury krytycznej, gdzie prowadzenie rozpoznania wymaga wykorzystania alternatywnych metod określania położenia. W takich warunkach operator nie może polegać wyłącznie na systemach satelitarnych, dlatego coraz większego znaczenia nabierają platformy wyposażone w zaawansowane systemy nawigacji wizyjnej i czujniki pozwalające zachować orientację przestrzenną niezależnie od dostępności sygnału GPS.

Środowisko miejskie i obszary objęte zakłóceniami

Brak stabilnego sygnału GPS coraz częściej występuje również w gęsto zabudowanych obszarach miejskich, gdzie wysokie budynki powodują odbicia oraz częściowe przesłanianie sygnałów satelitarnych. Efektem mogą być błędy pozycjonowania, które utrudniają precyzyjną nawigację platform bezzałogowych. Dodatkowym wyzwaniem są rejony, w których wykorzystywane są systemy zakłócające sygnały GNSS lub prowadzone są działania z zakresu walki elektronicznej. W takich warunkach operatorzy nie mogą polegać wyłącznie na nawigacji satelitarnej, dlatego kluczowego znaczenia nabierają rozwiązania umożliwiające utrzymanie stabilności lotu i świadomości sytuacyjnej przy wykorzystaniu alternatywnych metod określania położenia oraz analizy otoczenia.

Jak nowoczesne nano drony utrzymują zdolność do działania bez GPS?

Zdolność do realizacji misji w środowisku pozbawionym sygnału GPS nie wynika z jednego rozwiązania technologicznego, lecz z połączenia wielu systemów współpracujących ze sobą w czasie rzeczywistym. Nowoczesne nano drony wykorzystują równocześnie dane pochodzące z kamer, czujników inercyjnych, algorytmów przetwarzania obrazu oraz zaawansowanego oprogramowania odpowiedzialnego za analizę otoczenia. Dzięki temu platforma jest w stanie określać własne położenie, utrzymywać stabilny lot i bezpiecznie poruszać się nawet wtedy, gdy klasyczna nawigacja satelitarna nie jest dostępna. Takie podejście zwiększa niezawodność działania i pozwala skuteczniej realizować zadania w dynamicznym, nieprzewidywalnym środowisku operacyjnym.

Nawigacja wizyjna i odometria optyczna

Jednym z najważniejszych rozwiązań stosowanych w nowoczesnych nano dronach jest nawigacja wizyjna wykorzystująca obraz rejestrowany przez kamery pokładowe. Algorytmy analizują charakterystyczne elementy otoczenia oraz ich wzajemne położenie, dzięki czemu platforma może określać kierunek przemieszczania się i szacować przebytą drogę bez korzystania z sygnału satelitarnego. Proces ten, określany jako odometria optyczna, pozwala utrzymać wysoką precyzję lotu w budynkach, obiektach przemysłowych czy innych przestrzeniach, gdzie odbiór GPS jest niemożliwy. Rozwiązanie to odgrywa obecnie kluczową rolę w profesjonalnych platformach przeznaczonych do realizacji złożonych misji rozpoznawczych.

Systemy inercyjne i fuzja danych z czujników

Równie istotnym elementem nowoczesnej nawigacji są systemy inercyjne, które nie wymagają dostępu do sygnałów zewnętrznych. Akcelerometry, żyroskopy oraz inne czujniki stale rejestrują zmiany ruchu i orientacji platformy, dostarczając informacji niezbędnych do utrzymania stabilności lotu. Ich pełny potencjał ujawnia się jednak dopiero w połączeniu z mechanizmami fuzji danych, które zestawiają informacje pochodzące z wielu źródeł i eliminują błędy charakterystyczne dla pojedynczych sensorów. Dzięki temu nano dron może podejmować trafniejsze decyzje dotyczące nawigacji oraz zachowywać przewidywalne zachowanie nawet podczas wykonywania złożonych manewrów w wymagającym środowisku.

Sztuczna inteligencja wspierająca autonomiczną nawigację

Rozwój sztucznej inteligencji znacząco zwiększył możliwości platform bezzałogowych działających bez wsparcia GPS. Zaawansowane algorytmy potrafią rozpoznawać elementy otoczenia, przewidywać możliwe trajektorie lotu oraz wspierać omijanie przeszkód bez konieczności ciągłej ingerencji operatora. W praktyce przekłada się to na większą płynność wykonywania misji oraz wyższy poziom bezpieczeństwa zarówno samej platformy, jak i osób znajdujących się w jej otoczeniu. Właśnie dlatego rozwiązania oparte na sztucznej inteligencji stają się standardem w profesjonalnych nano dronach przeznaczonych do realizacji operacji w środowiskach o ograniczonej dostępności sygnałów GNSS.

Vantage Robotics Trace w warunkach bez GPS

Nowoczesne rozwiązania wykorzystywane w profesjonalnych nano dronach pokazują, że utrata sygnału GPS nie musi oznaczać zakończenia misji. Dobrym przykładem jest Vantage Robotics Trace – platforma zaprojektowana z myślą o realizacji zadań rozpoznawczych w wymagających środowiskach operacyjnych. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych systemów nawigacji oraz integracji danych z wielu czujników może skutecznie wspierać operatorów podczas działań prowadzonych wewnątrz budynków, w gęstej zabudowie czy na obszarach narażonych na zakłócenia sygnałów GNSS. Niewielkie wymiary, cicha praca oraz możliwość szybkiego pozyskiwania obrazu wysokiej jakości sprawiają, że platforma doskonale sprawdza się podczas dyskretnych misji rozpoznawczych, gdzie liczy się zarówno bezpieczeństwo operatora, jak i szybkie pozyskanie wiarygodnych informacji.

Jamming i spoofing GPS – największe zagrożenia dla współczesnych operacji

Wraz z rosnącym znaczeniem systemów bezzałogowych zwiększa się również liczba zagrożeń wymierzonych w ich systemy nawigacyjne. Do najpoważniejszych należą jamming oraz spoofing GPS, które mogą znacząco ograniczyć skuteczność realizowanych misji. Zdolność do wykrywania i ograniczania skutków takich działań staje się obecnie równie istotna jak parametry lotu czy jakość wykorzystywanych sensorów. Dla operatorów oznacza to konieczność korzystania z platform projektowanych z myślą o pracy w środowisku zakłóceń, gdzie utrzymanie kontroli nad dronem oraz ciągłości pozyskiwania danych ma kluczowe znaczenie dla powodzenia całej operacji.

Na czym polegają zakłócenia sygnału?

Jamming polega na emitowaniu sygnałów radiowych, które skutecznie zagłuszają odbiór sygnałów satelitarnych przez odbiornik znajdujący się na pokładzie drona. Spoofing jest bardziej zaawansowaną metodą, ponieważ zamiast blokować sygnał, dostarcza fałszywe informacje o położeniu platformy, próbując wprowadzić jej system nawigacyjny w błąd. Oba rodzaje oddziaływania mogą prowadzić do utraty orientacji przestrzennej, błędnego wyznaczania trasy lub przerwania realizowanej misji. Właśnie dlatego producenci nowoczesnych nano dronów rozwijają rozwiązania pozwalające ograniczyć zależność od pojedynczego źródła danych nawigacyjnych i zwiększyć odporność platform na tego typu zagrożenia.

Monitorowanie zakłóceń sygnału GPS w Polsce

Zakłócenia sygnałów GNSS są odnotowywane również w Polsce, szczególnie w regionach położonych w pobliżu Morza Bałtyckiego oraz na obszarach, gdzie okresowo obserwowane jest nasilone oddziaływanie walki elektronicznej. Informacje o takich zdarzeniach są monitorowane przez odpowiednie instytucje odpowiedzialne za bezpieczeństwo ruchu lotniczego, co pozwala na bieżąco oceniać skalę zjawiska i informować użytkowników o potencjalnych utrudnieniach. Z perspektywy operatorów profesjonalnych platform bezzałogowych oznacza to konieczność uwzględniania ryzyka zakłóceń już na etapie planowania misji oraz wyboru rozwiązań, które zachowują wysoką skuteczność działania również w środowisku o ograniczonej dostępności sygnałów satelitarnych.

Jak rozwijane są technologie nawigacji bez GPS?

Rosnąca liczba operacji prowadzonych w środowiskach o ograniczonej dostępności sygnałów GNSS sprawia, że rozwój alternatywnych metod nawigacji stał się jednym z najważniejszych kierunków badań nad systemami bezzałogowymi. Celem nie jest całkowite zastąpienie GPS, lecz stworzenie rozwiązań pozwalających zachować ciągłość realizacji misji w przypadku utraty lub zakłócenia sygnału satelitarnego. W prace nad tego typu technologiami angażują się uczelnie, instytuty badawcze oraz przedsiębiorstwa z sektora obronnego, które rozwijają zarówno nowe algorytmy, jak i zaawansowane systemy integrujące dane z wielu źródeł. Efektem tych działań są platformy coraz lepiej przygotowane do funkcjonowania w wymagającym środowisku operacyjnym.

Nowe kierunki badań nad autonomiczną nawigacją

Obecne prace badawcze koncentrują się przede wszystkim na zwiększaniu autonomii platform bezzałogowych oraz ograniczaniu ich zależności od pojedynczych źródeł danych nawigacyjnych. Coraz większe znaczenie mają rozwiązania wykorzystujące jednocześnie analizę obrazu, mapowanie otoczenia, systemy inercyjne oraz algorytmy sztucznej inteligencji zdolne do bieżącej oceny sytuacji. Dzięki temu platforma może samodzielnie dostosowywać sposób poruszania się do zmieniających się warunków i utrzymywać wysoką skuteczność działania nawet podczas utraty sygnału GPS. Tego rodzaju technologie znajdują zastosowanie przede wszystkim w systemach projektowanych z myślą o profesjonalnych operacjach wymagających wysokiej niezawodności.

Przykłady projektów rozwijających technologie GNSS denied

Istotną rolę w rozwoju technologii przeznaczonych do działania w środowisku GNSS denied odgrywają projekty badawczo-rozwojowe realizowane przez konsorcja naukowe i przemysłowe. Ich celem jest opracowanie metod umożliwiających precyzyjne określanie położenia platform bezzałogowych bez konieczności korzystania z sygnałów satelitarnych lub przy ich ograniczonej dostępności. Badania obejmują między innymi rozwój zaawansowanej nawigacji wizyjnej, nowych metod przetwarzania danych z czujników oraz algorytmów wspierających autonomiczne podejmowanie decyzji. Rozwiązania wypracowane w ramach takich inicjatyw stopniowo trafiają do nowoczesnych platform wykorzystywanych przez sektor obronny i bezpieczeństwa.

Masz pytania? Skontaktuj się z nami!

Zapisz się na nasz newsletter!