敵対的環境における航法：GNSSを超えた運用

衛星航法システムへの依存は、現代インフラストラクチャの最も広く記録された脆弱性の一つである。GNSS信号は、数千キロメートル先のろうそくの光に匹敵する電力で地表に到達する。すなわち、物理的な障害物によって容易に遮断され、意図的な妨害に対して脆弱であり、偽装に晒される。偽装とは、敵対的な送信機が受信機をでっち上げの位置へ誘導するためにもっともらしい信号を送信する攻撃である。公開された電子戦の文献はこの問題を数十年にわたり扱ってきた。変わったのは露出の規模である。航空機、艦船、陸上車両、無人システムが同じ脆弱な供給源に依存するようになったからである。

Zendrixは、その供給源が信頼できない世界のための航法を開発する。本稿はこの研究路線の原則——相対航法、搭載センサ融合、検証可能な外部補正——を方法の水準で記述する。常と同じ約束のもとである。すなわち、宣言された能力は測定された能力である。

原則：位置は事実ではなく推定である

航法における第一の設計上の誤りは、位置を神託から与えられる事実として扱うことである。位置は常に誤差を伴う推定であり、正しい工学的問いは「私はどこにいるか」ではなく、「私はどこにいて、不確実性はどれほどで、その不確実性はどれほど長く増大しているか」である。

第二の問いに答えられるシステムは、GNSS拒否下で劣化しつつも誠実に作動できる。衛星から受信した最後の位置を繰り返すだけのシステム——認められている以上に一般的な慣行である——は航行していない。記憶しているのである。違いは妨害の最初の一分に現れる。

Zendrixの研究アーキテクチャでは、各プラットフォームが、自らの搭載センサから構築され、不確実性が明示的に追跡された、位置と速度の連続的な推定を維持する。GNSSが利用可能で健全なとき、それは他の供給源の一つとして推定を支える。利用できなくなったとき、推定は継続する。誤差は増大するが、宣言され、既知である。システムは自らが持たない確信を決して装わない。劣化下での誠実な航法とは、各瞬間に自らの無知の大きさを知る航法である。

相対航法：地図のない世界

絶対航法——正確な地理座標を知ること——は、そうでないにもかかわらず、しばしば要件として扱われる。大半の自律運用にとって重要なのは相対航法である。すなわち、隣接プラットフォームとの安全な間隔を保ち、出発点に対して定義された軌道を辿り、基準位置へ帰還することである。これらはすべて、衛星を一度も参照することなく、有用な精度で実行できる。

相対航法は、自己運動の測定——加速度、回転、気圧センサと対地距離センサによる高度——と近傍環境の観測を組み合わせる。この組み合わせの誤差は時間とともに増大し、ここで測定の規律が重要になる。Zendrixの研究は、高忠実度シミュレーション環境で測定されたドリフト下限値を、機動のクラスごと、時間範囲ごとに定める。既知で監査可能な最大ドリフトは工学的特性である。未知のドリフトは先延ばしにされた事故である。

検証可能な外部補正：嘘をつかない目印

相対誤差の増大は外部補正によって対抗される。しかし敵対的環境では、あらゆる外部供給源は疑わしい供給源でもある。偽装された航法目印は、偽装された衛星と同じくらい危険である。

Zendrixのアプローチは外部補正を検証可能な信頼の問題として扱う。既知で不変の基準点——地形上の視覚的な目印、目録化された固定インフラストラクチャ——は、その存在が航法チャネル自体とは独立に確認できるため、高い信頼度の補正を提供する。融合は各補正をその宣言され検証された信頼度によって重み付けする。出所の不確かな観測は低い重みで推定に入るか、入らない。複数の独立した供給源によって確認された観測は高い重みで入る。そして受け入れられた各補正は推定の監査証跡に記録される。すなわち、システムは何を信じたか、なぜ信じたかを知り、宣言する。

この設計には、我々が防衛インフラストラクチャにとって本質的と考える特性がある。すなわち、劣化は段階的で測定可能である。GNSSを失っても航法は崩れない。一つの供給源を失い、宣言された不確実性が既知の限界内で増大し、利用可能な検証可能補正が誤差を抑える。外部補正も失っても運用は崩れない。精度が宣言された下限値まで低下し、それを超えるとシステムは機動を拒否し、安全な挙動へ後退する。不確実性の限界による拒否は能力であり、故障ではない。

デュアルユース：敵対的空間から高密度都市へ

GNSS拒否は軍事シナリオだけではない。都市の峡谷は高層ビルの間で衛星信号を遮る。鉱山とトンネルは定義上カバレッジなしで作動する。重要施設の内部は自然に信号を遮断する。太陽嵐は一地域全体の精度を数時間にわたり劣化させる。インフラストラクチャの点検、高密度構内での物流、都市部での緊急対応、閉じた林冠下での農業は、民生版において、電子戦が敵対版において生み出すのと同じ物理的問題に直面する。

だからこそ我々は耐性のある航法をデュアルユースのインテリジェンス基盤として扱う。すなわち、敵対的環境における防衛運用を支える同じ技術基盤が、障害のある環境における民生運用を支える。これは主権と経済的効用が一致する研究路線であり、代替案——我々が制御しない衛星群に専ら依存すること——が戦略的にも商業的にも脆弱である路線である。

研究の現状

現在の成果は、モデル化されたセンサを備えた高忠実度シミュレーション——ノイズ、ドリフト、部分的な故障を含む——と、決定論的に再現可能な環境から得られている。ドリフト下限値は測定され、受入基準として凍結される。陰性コントロールは、最後に知られた位置を記憶するだけのシステムがゲートを通過しないことを検証する。物理検証への移行は、シミュレーションをゲートとする我々の刊行物で述べた方法に従う。すなわち、同じソフトウェア、同じ厳格さ、プロセスの終わりにある物理世界である。

Zendrixの制度的立場は明確である。世界のいかなるシステムも提供しない完璧な航法を我々は約束しない。敵対的環境のための誠実な航法を構築し測定する。すなわち、宣言された不確実性をもつ推定、検証可能な信頼度をもつ補正、既知の下限値をもつ劣化、そして限界が来たときの安全な拒否である。これが、電子的な空が信頼できなくなったとき、責任ある自律性と無傷の人間の権限をもって作動するための国家的技術基盤を準備する方法である。