La necesidad de un entorno de posicionamiento, navegación y sincronización (PNT) robusto en entorno militar

El conflicto en Ucrania ha confirmado que los enfrentamientos están adquiriendo un carácter muy tecnológico, que la guerra electrónica está en el orden del día y que dichos entornos hostiles, se extienden por todos los dominios posibles, desde la tierra hasta el espacio, añadiendo complejidad al ecosistema.

Las fuerzas militares actuales, en la cada vez más presente nube de combate, dependen de señales de posicionamiento, navegación y sincronización (Positioning, Navigation and Timing o PNT) continuas y precisas para proporcionar a los mandos información procesable con la que tomar decisiones oportunas y efectivas, incluso en entornos sin sistemas de navegación mediante satélite (Global Navigation Satellite System o GNSS).

Estas señales de posicionamiento, navegación y sincronización afectan a casi todas las unidades funcionales dentro del teatro de operaciones (sensores, infraestructuras, plataformas, artillería, UXVs, combatiente de a pie, etc.) por lo que se hace patente la necesidad de una planificación holística y estratégica en la lucha contra su potencial afectación (ver figura 1).

A medida que el GPS y otras señales GNSS (como Galileo) se vuelven omnipresentes en las operaciones de defensa, aumentan las amenazas y los ataques a la disponibilidad e integridad de estas, desde diferentes localizaciones, que van, desde el segmento terrestre, pasando por el aire a través de aeronaves (tripuladas o no) hasta el espacio, por ejemplo: ataques desde satélites de baja órbita (Low Earth Orbit o LEO).

Ya sea por interferencias comunes, obstrucciones del entorno debido a la orografía, retardos provocados a modo de ataque a las señales GNSS (meaconing) o interferencias y suplantaciones intencionales (jamming y spoofing), la necesidad de datos PNT-R confiables ha llevado a las fuerzas militares a la necesidad de detectar y mitigar estas amenazas en el campo de batalla.

No hay que olvidar que algunos de estos ataques (jamming y meaconing) afectan incluso a las señales GNSS militares como pueden ser PRS de Galileo o código M de GPS y que, en los conflictos actuales, el estado de denegación de servicio GNSS persistente en el frente, es la hipótesis de partida con la que se ha de empezar a trabajar.

Para luchar contra dichas amenazas, es necesaria la ejecución estructurada de diferentes procesos de prevención, detección y mitigación de estas consiguiendo con ellos sistemas PNT robustos adaptados a las necesidades específicas de la aplicación.

Una propuesta de PNT Robusto

Como solución generalista y abstraída de los casos de uso específicos, se propone un sistema PNT-R con múltiples capas de seguridad, donde el punto de entrada al mismo, para las señales de posicionamiento, navegación y tiempo, ha de ser un servidor GNSS cuya propuesta de valor esté basada en la protección de las señales satelitales.

Este equipo tendría que ser multi constelación para evitar estar ligado sólo a un único sistema satelital, tener capacidad para recibir señales encriptadas como código M, PRS o ambas al mismo tiempo para evitar suplantaciones de la señal (spoofing), ser capaz de hacer uso de antenas CRPA (Controlled Reception Pattern Antennas, antenas con patrón de radiación controlado que generan nulos en las direcciones de ataque) e interpretar la información que se recibe de las mismas, disponer de software capaz de detectar diferentes tipos de ataques (jamming, spoofing y meaconing), etc.

El equipo, además, ha de ser multi fuente con capacidad de manejar diferentes entradas de tiempo aparte de GNSS y disponer de diferentes tipos de osciladores internos (OCXO u Oven Controlled Crystal Oscillator u oscilador de cristal controlado por horno, rubidio, etc.) como mecanismo adicional de protección capaz de mantener el tiempo con un error acotado durante 24 horas adicionales si todos los mecanismos previos fallasen (holdover).

Esa capacidad multi fuente es la que permitirá conectarle diferentes tipos de relojes (atómicos, cuánticos, etc.) o constelaciones de órbita baja y mayor potencia de señal (satélites LEO) como fuentes secundarias de tiempo, consiguiendo con ello, altas prestaciones de sincronización en entornos de denegación mantenida de servicio GNSS. Estos periodos de denegación de servicio pueden tener duración de meses dependiendo de la misión por lo que conviene estar preparados a tal efecto.

Para completar el núcleo básico del sistema PNT-R y dar respaldo a las señales de posicionamiento y navegación, la siguiente capa de protección sería el navegador inercial con capacidad de hibridación. Este equipo será el cerebro del sistema, la pieza clave, pues en entornos con capacidad de recepción GNSS, será capaz de combinar la precisión de sus sensores inerciales con las señales recibidas desde las diferentes constelaciones y desde los diferentes sensores adicionales que se quieran utilizar (odómetro, altímetro, gravímetro, magnetómetro, etc.).

Esta combinación, mejorará la navegación y servirá de aprendizaje para el sistema para que, cuando la señal GNSS falle, el sistema inercial, que no depende de señales de radiofrecuencia, pueda seguir proporcionando la información de navegación y posición el tiempo que necesite la aplicación. Dependiendo de dicho tiempo, distinguiremos entre sistemas inerciales tácticos (corto plazo) y estratégicos (largo plazo) fundamentalmente.

Como se puede apreciar, este modelo de planificación sistémica asigna fuentes primarias y de respaldo a las señales PNT basándose en la fiabilidad y madurez tecnológica de dichas fuentes (ver figura 2).

Sistema PNT-R con diferentes capas de seguridad.

Si las fuentes primarias y secundarias no fueran suficientes, se podrían añadir capas adicionales de contingencia y emergencia que podrían hacer uso de tecnologías menos maduras, pero que seguirían actuando de respaldo con respecto a las capas superiores previamente comentadas. El principal inconveniente de las fuentes usadas en estas capas es que su error no estaría totalmente acotado, pero seguirían siendo válidas dada la criticidad de la situación si todo lo demás ha fallado.

¿Es suficiente?

Planteado este sistema PNT-R, convendría preguntarse si con esto es ya suficiente ya que la mayoría de las aplicaciones de PNT son distribuidas. Es decir, no valdría sólo con proteger los nodos de manera individual, lo que es un buen primer paso, sino que habría que ver cómo podrían protegerse mutuamente entre ellos sacando partido de sus interacciones, aumentando con ello la resiliencia del sistema y mejorando la inteligencia colectiva con la que alimentar a la conciencia situacional. Es justo en este punto en el que nos encontramos.

Como se puede apreciar, los sistemas PNT-R son complejos, han de diseñarse a medida, desde el principio, teniendo en cuenta la imagen completa del campo de batalla y las interacciones que se van a producir entre las diferentes unidades funcionales. Estos sistemas, están en continua evolución y cada vez que se desarrolla un mecanismo de protección aparece una nueva amenaza al mismo. Por ejemplo, el GNSS encriptado – jamming, meaconing; Navegación por computador – cañones de luz con potencia suficiente para quemar los sensores de las cámaras, etc.

Por ese motivo, el trabajo en este campo ha de ser constante, continuo y no hay que olvidar que, como ocurre con los sistemas PNT-R, juntos (ejército, industria y universidad), en nuestra interacción y, colaborando, somos más fuertes. (Carlos Frías Heras, Director de Desarrollo de Negocio en Safran Electronics & Defense España)