ادعای گمراه‌کننده «جایگزینی GPS با ماهواره‌های موقعیت‌یاب چینی»

در جریان جنگ دوازده‌روزه میان جمهوری اسلامی ایران و اسرائیل، هم‌زمان با حملات سایبری و فیزیکی متقابل، کاربران ایرانی در نقاط مختلف کشور از اختلال گسترده در سامانه‌های موقعیت‌یاب خبر دادند. از مسیر‌یاب‌های خودرو و تاکسی‌های اینترنتی گرفته تا برنامه‌های پرکاربردی مانند اسنپ و بلد، همگی با افت دقت و قطع‌های متناوب روبه‌رو شدند.

گزارش‌های اولیه در شبکه‌های اجتماعی و سپس در رسانه‌های داخلی، به‌ویژه در روزهای پایانی جنگ، از «اختلال در GPS» سخن می‌گفتند و برخی آن را نتیجه اقدام علیه عملیات ریزپرنده‌های اسرائیلی می‌دانستند. در روزهای پس از آتش‌بس نیز روند اختلال ادامه یافت و دولت سرانجام آن را «اقدامی امنیتی» توصیف کرد. احسان چیت‌ساز، معاون وزیر ارتباطات، در میانه تیرماه ۱۴۰۴ به رسانه‌های داخلی گفت:

در جریان مذاکرات ایران و چین، یکی از محورهای اصلی توافق مشترک، بهره‌گیری از ظرفیت منظومه بیدو چین برای موقعیت‌یابی دقیق در ایران بود. بیدو یک معماری بسیار پیشرفته با دقت بالا و پوشش ویژه در آسیاست و خلاف GPS، کنترل آن خارج از دست آمریکا است. ما در حال تدوین برنامه‎ای هستیم که بخشی از خدمات مکان‌محور کشور در حمل‌ونقل، کشاورزی، اینترنت اشیاء به‌تدریج از جی‌پی‌اس به سمت بیدو مهاجرت کند.

در ادامه شکل‌گیری این گفتمان در بین مقامات کشور هفته پیش رئیس پژوهشگاه فضایی ایران اعلام کرد که ماهواره‌های چینی جایگزین GPS می‌شوند. او گفت کشور در دوره‌های اختلال GPS آسیب‌پذیر است و در کوتاه‌مدت باید از منظومه‌های چینی استفاده کند تا زمان توسعهٔ سامانهٔ بومی برسد. رسانه‌های داخلی با تیترهایی نظیر «ماهواره‌های چینی جایگزین GPS می‌شوند» این سخنان را برجسته کردند؛ ادعایی که به‌سرعت در فضای عمومی بازتاب یافت، اما بنیان فنی و سیاسی آن چندان روشن نبود.

در ادامه ابعاد فنی این ماجرا را بررسی می کنیم تا ببینیم این گفته رئیس پژوهشگاه فضایی که «ماهواره‌های چینی جایگزین GPS می‌شوند» چقدر به واقعیت نزدیک است و چطور ممکن است محقق شود.

سامانه GPS چیست و تفاوت نسخه شهری و نظامی آن چیست؟

سامانه موقعیت‌یاب جهانی (Global Positioning System) یا به اختصار GPS، از بنیادی‌ترین اختراعات قرن بیستم است؛ سامانه‌ای ماهواره‌ای که در دهه ۱۹۷۰ میلادی در چارچوب پروژه‌ای با نام «Navstar» به سفارش وزارت دفاع آمریکا شکل گرفت. هدف اولیه آن، افزایش دقت ناوبری موشک‌ها و نیروهای نظامی بود. در سال ۱۹۷۸ نخستین ماهواره‌های آزمایشی GPS به مدار میانی زمین پرتاب شدند و در اوایل دهه ۱۹۹۰، پس از جنگ خلیج فارس، این سامانه به مرحله بهره‌برداری کامل رسید. تجربه موفق نیروهای آمریکایی در استفاده از GPS در عملیات نظامی، توجه بازار غیرنظامی را نیز جلب کرد؛ از آن پس دولت آمریکا تصمیم گرفت نسخه‌ای عمومی از سامانه را در اختیار کاربران سراسر جهان قرار دهد.

GPS دو سرویس مجزا دارد: سرویس نظامی رمزگذاری‌شده (P(Y)-code و M-code) و سرویس تجاری (C/A-code). سرویس نظامی در باندهای فرکانسی L1 و L2 با دقتی در حد سانتی‌متر کار می‌کند و فقط در اختیار نیروهای مسلح آمریکا و متحدان نزدیکش قرار دارد. سرویس تجاری در همان باند L1 اما با دقتی در حد چند متر فعالیت می‌کند و هر گیرنده تجاری می‌تواند آن را دریافت کند.

اداره و نگهداری شبکه ماهواره‌ها اکنون زیر نظر نیروی فضایی ایالات متحده (US Space Force) و با مدیریت فنی مرکز کنترل ماهواره‌ای پترسون در کلرادو (Mission Delta 31) انجام می‌شود. در این سیستم ماهواره‌ها به‌طور پیوسته داده‌های زمانی را از ساعت‌های اتمی خود به زمین می‌فرستند و گیرنده‌ها (مانند موبایل یا خودرو) با اندازه‌گیری تاخیر زمانی میان ارسال و دریافت و با استفاده از قوانین مثلثات، زمان و مکان دقیق گیرنده را محاسبه می‌کنند.

آیا فقط وزارت دفاع آمریکا خدمات موقعیت‌یابی ارائه می دهد؟

خیر. در کنار GPS، امروز چند منظومه ماهواره‌ای دیگر نیز در مدار فعال‌اند: GLONASS روسیه، Galileo (گالیله) اتحادیه اروپا و BeiDou (بیدو) یا به اختصار BDS چین. این سامانه‌ها که در مجموع «سامانه‌های ناوبری ماهواره‌ای جهانی» یا GNSS نامیده می‌شوند، خدمات موسوم به PNT، مخفف موقعیت‌یابی (Positioning)، ناوبری (Navigation) و زمان‌بندی (Timing) را ارائه می‌دهند.

در دنیای امروز هر کشوری که کنترل سامانه PNT‌ ای را در دست داشته باشد، در عمل بر اقتصاد دیجیتال و قدرت نظامی دیگران نیز نفوذ دارد. همین موضوع رقابت شدیدی میان قدرت‌های بزرگ ایجاد کرده است. چین با تکمیل منظومه BeiDou-3 در سال ۲۰۲۰، وارد همان سطحی شد که آمریکا با GPS و اروپا با گالیله در آن قرار دارند. بیدو اکنون علاوه بر خدمات آزاد، سرویس‌های دقیق‌تر و رمزگذاری‌شده‌ (مانند PPP-B2b)‌ ارائه می‌دهد و در قالب سیاست «کمربند و جاده» به ابزاری برای گسترش نفوذ فناورانه چین بدل شده است.

داشتن چند منبع مستقل برای PNT باعث می‌شود گیرنده‌ها بتوانند از داده‌های متنوع استفاده کنند و ضمن افزایش سرعت قفل و دقت محاسبه، در برابر اخلال رادیویی (Jamming) یا جعل سیگنال (Spoofing) مقاوم‌تر شوند. اما فراتر از بعد فنی، PNT به معنای واقعی کلمه زیرساخت حیاتی تمدن دیجیتال مدرن است. از هدایت هواپیماها و کشتیرانی گرفته تا زمان‌بندی تراکنش‌های بانکی، هم‌زمان‌سازی شبکه‌های برق، عملکرد ایستگاه‌های ۵G و ناوبری موشک‌های بالستیک، همگی به دقت زمانی در حد نانوثانیه و مختصات مکانی دقیق متکی‌اند.

​​در کنار این سامانه‌های جهانی، چند منظومه منطقه‌ای نیز در شرق آسیا و جنوب آسیا فعال‌اند: QZSS ژاپن که پوشش فوق‌العاده دقیقی بر فراز اقیانوس آرام و شرق آسیا فراهم می‌کند و NavIC هند که برای ناوبری در شبه‌قاره طراحی شده است. این سامانه‌ها با تکیه بر مدارهای ویژه و ایستگاه‌های زمینی بومی، نشان می‌دهند که رقابت بر سر «زمان و مکان» دیگر محدود به قدرت‌های بزرگ نیست و هر کشور در تلاش است سهمی از بازار PNT جهانی را به‌دست آورد.

آیا دولت نقشی در خدمات موقعیت‌یابی در ایران دارد؟

خیر. عبارت «ماهواره‌های چینی جایگزین GPS می‌شوند» در دل خود، نوعی کژفهمی و گمراه‌کنندگی دارد؛ انگار در این میان دولت یا هر نهاد دیگری در جمهوری اسلامی ایران عاملیت دارد. افکار عمومی ممکن است گمان کنند که «قطع GPS در ایران» به معنی «خاموش‌شدن چیزی است که ایران کنترلش می‌کند».

اما سیگنال‌های GNSS توسط ماهواره‌های کشورهای فوق ارسال می‌شود و دولت جمهوری اسلامی ایران نقش عملی در ارسال این سیگنال‌ها ندارد؛ کاربران در ایران این سیگنال‌ها را از آسمان دریافت می‌کنند همان‌طور که در سراسر جهان دریافت می‌شود. آن‌چه یک دولت می‌تواند بکند شامل مواردی مثل ایجاد اختلال محلی، فیلتر رادیوفرکانسی یا اجرای عملیات جعل (اسپوفینگ) است؛ این‌ها خطراتی واقعی‌اند اما «تولید» یا «انتقال» اصلی سیگنال GPS اموری فراتر از کنترل یک دولت منطقه‌ای است و در اختیار اپراتورهای سامانه است.

از قضا، در تاریخ GPS نیز سابقه اعمال اختلال عمدی از سوی خود ایالات متحده وجود دارد. در سال‌های دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰، ایالات متحده عمدا مقداری «خطای مصنوعی» (Selective Availability) در سیگنال تجاری اعمال می‌کرد تا دقت کاربران غیرنظامی از حد مشخصی فراتر نرود. این محدودیت تا سال ۲۰۰۰ پابرجا بود تا آنکه رئیس‌جمهوری وقت این کشور بیل کلینتون دستور لغو آن را صادر کرد و از آن پس دقت GPS عمومی برای همهٔ کاربران جهان به‌طور چشمگیری افزایش یافت. با این حال، ایالات متحده همچنان می‌تواند در شرایط بحرانی یا نظامی، در مناطق خاصی سیگنال GPS را تضعیف یا مختل کند؛ موضوعی که نشان می‌دهد کنترل کامل این سامانه در اختیار کشور مالک آن باقی مانده است.

مقایسه دقت GPS تجاری در برابر بیدو در ایران

مطالعات فنی و گزارش‌های علمی نشان می‌دهند که با توجه به اینکه منظومه ماهواره‌ای بیدو، شامل ماهواره‌های مدار میانی (MEO)، ماهواره‌های مدار مایل (IGSO) و ماهوراه‌های زمین ثابت (GEO) که پوشش آسیا را تقویت می‌کنند، در نواحی آسیایی از جمله قلمرو ایران، عملکرد بیدو در برخی معیارها برابر یا بهتر از GPS تجاری است.

دقت نسبی سامانه موقعیت‌یابی چینی بیدو در برابر GPS آمریکایی در قلمرو جغرافیایی ایران (عرض‌های ۲۵ تا ۴۰ درجه شمالی و طول‌های ۴۴ تا ۶۳ شرقی) براساس پنج شاخص اصلی به این صورت است:

۱) شاخص PDOP (شاخص هندسی کیفیت هندسه ماهواره‌ها)؛ مقدار PDOP پایین‌تر یعنی هندسه بهتر.

این شاخص نشان می‌دهد آرایش ماهواره‌ها در مدار چقدر برای محاسبه موقعیت مناسب است؛ هر چه مقدار PDOP کمتر باشد، دقت بهتر است.

سامانه GPS دارای ۳۱ ماهواره در مدار ۲۰،۲۰۰ کیلومتری است. بیدو ۳۰ ماهواره در مدار ۲۱،۵۰۰ کیلومتری دارد اما چندین ماهوارهٔ آن در مدارهای IGSO و GEO بر فراز آسیا و اقیانوس هند تقریباً ثابت‌اند. گلوناس روسی هم ۲۴ ماهواره در مدار ۱۹،۱۰۰ کیلومتری دارد.

وجود ماهواره‌های IGSO و GEO بیدو باعث می‌شود در عرض‌های ۲۰ تا ۴۰ شمالی (از جمله ایران) هندسه پوشش بهینه‌تر از GPS باشد. در نتیجه در شاخص کیفیت هندسه ماهواره‌ها در ایران، PDOP معمول بیدو بین ۱/۲ تا ۱/۸ است، در حالی‌که GPS بین ۱/۵ تا ۲/۲ متغیر است.

۲) شاخص خطای UERE (خطای مؤثر ناشی از مسیر سیگنال و ساعت)؛ مقدارش با متر بیان می‌شود و هر چقدر کمتر باشد بهتر است.

خطای UERE ناشی از خطای ساعت ماهواره یا وضعیت اختلالات جوی در لایه یونوسفر و تروپوسفر است که روی امواج ارسالی از ماهواره، اثر الکترومغناطیسی می‌گذارند است. در مدل‌های تجربی نشان داده شده که در مناطق خاورمیانه، میانگین UERE برای GPS حدود ۳/۲ متر و برای بیدو ۲/۸ متر است.

زیرا بیدو از سیگنال سه‌فرکانسی (B1I, B1C, B2a) استفاده می‌کند که تصحیح خطاهای یونوسفری را آسان‌تر می‌کند. البته GPS نیز در نسل جدید ماهواره‌هایش (Block IIIA) به سمت سه‌فرکانسی (L1, L2C, L5) رفته، اما در بسیاری از گیرنده‌ها هنوز دو فرکانس فعال است.

۳) شاخص دقت CEP / RMS: دقت نهایی در موقعیت افقی و عمودی.

این دقت به گیرنده سیگنال ربط دارد نه فرستنده.

دقت گیرنده‌های GPS تجاری، در حالت افقی بین ۲/۵ تا ۴ متر و در حالت سه بعدی (RMS) بین ۴ تا ۶ متر است. دقت گیرنده‌های بیدو در حالت افقی بین ۱/۵ تا ۳ متر و در حالت سه بعدی (RMS) بین ۳ تا ۵ متر است (در آسیا دقیق‌تر است). یعنی در قلمرو ایران، بیدو به‌تنهایی اندکی بهتر از GPS عمل می‌کند، به‌ویژه در شرق کشور که ماهواره‌های IGSO چین دید مستقیم بهتری دارند.

اما نکته مهم این است که برای بهبود دقت، تولیدکنندگان گیرنده از جمله در گوشی‌های موبایل (اپل، سامسونگ، گوگل و …)، گیرنده‌های ماهواره روی خودروها، ماژول‌های دستی ناوبری برای مکتشفین، طبیعت‌گردان و … (هَندهلد) از چیپ‌هایی استفاده می‌کنند که هم زمان از سیگنال همه منظومه‌ها (آمریکایی، چینی، اروپایی، روسی و …) استفاده می‌کنند.

در حالت واقعی چند منظومه‌ای (به طور خاص ترکیب GPS و بیدو و گالیله) دقت افقی ۱ تا ۲ متر و دقت سه بعدی بین ۲ تا ۳ متر است.

۴) شاخص زمان قفل (TTFF): مدت‌زمان تا اولین موقعیت معتبر:

گیرنده سیگنال GPS تجاری به‌طور متوسط ۲۵ تا ۳۵ ثانیه برای قفل اولیه نیاز دارد اما برای بیدو این زمان ۲۰ تا ۲۵ ثانیه است. در گوشی‌های موبایل (یا هر گیرنده دیگری) که به اینترنت وصل هستند از A-GNSS استفاده می‌کنند (داده کمکی از اینترنت). به این ترتیب زمان به زیر ۵ ثانیه می‌رسد.

از نظر پایداری سیگنال در محیط‌های شهری (Multipath) بیدو با داشتن چند فرکانس و الگوریتم تفکیک زاویه‌ای (NLOS suppression) کمی پایدارتر است. GPS تجاری در فرکانس L5 این ضعف را جبران می‌کند، اما هنوز همه گیرنده‌ها L5 را پشتیبانی نمی‌کنند.

۵) پایداری سیگنال و مقاومت به اخلال (Jamming/Multipath)

بیدو به‌دلیل استفاده از پهنای باند گسترده‌تر (و مدولاسیون BOC در باند فرکانسی B1C) در برابر تداخل‌ها کمی مقاوم‌تر است. GPS نظامی (M-code) بسیار مقاومت بیشتری دارد، ولی این در دسترس عموم نیست (هر چند در این کیس ممکن است در اختیار اسرائیل بوده باشد). در کاربردهای غیرنظامی، تفاوت قابل‌توجه اما نه تعیین‌کننده است.

آیا می‌شود موبایل، خودرو و… را طوری تغییر داد که هنگام اختلال فقط از بیدو استفاده کنند؟

به عبارت دقیق‌تر آیا می‌شود گیرنده‌های چندمنظوره (موبایل، ماژول خودرو، هَندهلد) را طوری پیکربندی کرد که هنگام جمینگ یا اسپوفینگ سیگنال GPS تجاری فقط به سیگنال بیدو اتکا کنند؟

از منظر فنی و به طور کلی؛ بله، اما در وضعیت امروز تهران که مردم به‌دنبال رفع مشکل مسیریابی در شهر هستند؛ خیر!

در «گیرنده‌های چندمنظومه‌ای قابل‌پیکربندی» می‌توان اولویت‌ها یا حتی لیست سفید/سیاه منظومه‌ها را تغییر داد تا در صورت نامعتبر شدن سیگنال‌های GPS، دستگاه تنها به سیگنال بیدو تکیه کند. اما این کار در دو سطح متفاوت است.

۱) ماژول‌ها و گیرنده‌های حرفه‌ای (مثلاً u-blox, Septentrio, Trimble):

این برندها تجهیزات ناوبری حرفه‌ای تولید می‌کنند که رابط تنظیمات دارند که اجازه می‌دهد کاربر انتخاب کند کدام منظومه‌ها فعال باشند، پارامترهای خطا برای حذف سیگنال‌های ضعیف تعریف شود و روی آنها الگوریتم‌های تشخیص اختلال پیاده‌سازی شوند. در این دستگاه‌ها که عموما کاربرد حرفه‌ای دارند «سوئیچ هوشمند» استاندارد است.

توجه به این نکته بسیار مهم است که تفاوت بین «امکان‌پذیری فنی» و «هزینه و پیچیدگی عملیاتی» مهم است. برای «صرفا بیدو» کار‌کردن در سطوح صنعتی، کشور باید در سه سطح همزمان سرمایه‌گذاری کند: ماژول‌های حرفه‌ای، شبکه ایستگاه‌های مرجع و تصحیحات، و استانداردسازی ادوات و نرم‌افزارها.

یک کارشناس نقشه برداری از تجربه عملی خود در جنگ ۱۲ روزه به رسانه‌ها گفته:

زمانی که جمرها فعال شدند و روی فرکانس‌های GPS اختلال ایجاد کردند، ما به صورت دستی و نرم‌افزاری تلاش کردیم تا فقط به سامانه‌های دیگر مثل بیدو یا گالیله متکی شویم. در عمل دیدیم که با حذف کامل سرویس‌دهی GPS، دستگاه‌ها قادر به ادامه کاربری عمومی نبودند و برای کارهای دقیق عملاً از کار می‌افتادند. اتکای صرف به بیدو نتیجه‌بخش نبود.در کارهای دقیق اجرایی، به‌خصوص در برداشت‌های استاتیک، بیدو در حال حاضر دارای نقایص و ضعف‌هایی است. این سامانه با وجود تلاش برای اصلاح، هنوز در مقایسه با سامانه‌های قدیمی‌تر، در داده‌های دریافتی شامل اختلال و خطاهایی (Drift) است که به ما اجازه نمی‌دهد اتکای کاملی برای تعیین موقعیت‌های تخصصی و دقیق به آن داشته باشیم.حذف GPS و جایگزینی با بیدو، یک هزینه سخت‌افزاری و نرم‌افزاری بسیار سنگین را بر دوش کاربران (مهندسان، شرکت‌ها و پیمانکاران) می‌گذارد. ما برای رسیدن به نقطه‌ای که همه زیرساخت‌ها و تجهیزات نرم‌افزاری و سخت‌افزاری کاربران به‌روزرسانی شود، زمان و هزینه زیادی نیاز داریم.

۲) گوشی‌های هوشمند (Android/iOS): اینجا وضعیت کاملا متفاوت است:

۲-۱)‌ در iOS:

کنترل اپل بر Location بسیار محکم است. آیفون گزینهٔ چندانی در تغییر رفتار چیپ GNSS در اختیار کاربر یا اپ‌های 3rd Party نمی‌گذارد. توسعه‌دهنده اپلیکیشن یا کاربر عادی عملا نمی‌تواند انتخاب کند که سیستم فقط از بیدو استفاده کند یا GPS را خاموش کند. تغییرات عمیق نیاز به تغییر در سطح سیستم عامل یا سخت‌افزار است و معمولاً امکان‌پذیر نیست. حتی با جیل‌برک iOS هم نمی‌توان این دسترسی را ایجاد کرد.

۲-۲) در اندروید:

در اندروید پتانسیل پیکربندی وجود دارد؛ OEMها (سازندگان دستگاه مانند سامسونگ، گوگل و …) و تولیدکنندگان چیپ GNSS می‌توانند نسخه‌هایی از Android/AOSP را عرضه کنند که استانداردها و تنظیمات GNSS را تغییر داده یا در اختیار کاربر قرار دهند.

جمهوری اسلامی ایران طی سال‌های اخیر بارها پروژه‌هایی را با برچسب «امنیت ملی» پیش برده که هدف واقعی‌شان انحصار داده و کنترل کاربر بوده است: شبکه ملی اطلاعات (NIN)، پیام‌رسان‌های بومی، مرورگر ملی و … یکی از مشهورترین اینها پروژه سیستم‌عامل ملی برای موبایل است که در سطح تحقیقاتی مطرح است. هدف رسمی همیشه «کاهش وابستگی به غرب» و «افزایش امنیت» عنوان می‌شود، اما در عمل نتیجه افزایش کنترل حکومتی، حذف نظارت خارجی و وابستگی بیشتر به جمهوری خلق چین است.

در حوزه سخت‌افزار، چین شریک اصلی فنی ایران است و شرکت‌های هواوی و ZTE از تامین‌کنندگان کلیدی تجهیزات مخابراتی جمهوری اسلامی ایران هستند. از ۲۰۱۹ به بعد، با تحریم‌های آمریکا و حذف خدمات گوگل، هواوی سیستم‌عامل مستقل HarmonyOS و فروشگاه AppGallery را معرفی کرد. HarmonyOS از لحاظ فنی، fork اندروید است که لایه‌هایی از GNSS و خدمات مکان را خودش مدیریت می‌کند. در ایران، بسیاری از گوشی‌ها و مودم‌ها از چیپ‌ست‌های Huawei/HiSilicon استفاده می‌کنند که از بیدو به‌طور پیش‌فرض پشتیبانی می‌کنند.

بنابراین، اگر جمهوری اسلامی بخواهد کاربران را به سمت یک «سیستم‌عامل ملی» سوق دهد، طبیعی است که بر بستر همین ساختار چینی حرکت کند؛ مثلاً نسخه‌ای بومی‌شده از HarmonyOS یا Android AOSP با لایه نظارتی داخلی.

تاکید رسمی بر «جایگزینی» می‌تواند بخشی از پروژه بزرگ‌تر «بومی‌سازی اکوسیستم دیجیتال» باشد که هم فرصت (کاهش وابستگی خدمات به بازیگران غربی) و هم ریسک (افزایش کنترل حکومتی و وابستگی فناورانه به چین) به همراه دارد. شواهد رسانه‌ای و بیانیه‌های رسمی نشان می‌دهد که این جهت‌گیری سیاسی-فنی در دستور کار بعضی نهادها قرار گرفته است.

آیا با جایگزینی GPS با بیدو، حملات ریزپرنده‌های اسرائیلی کم می‌شود؟

خیر. برفرض استفاده ریزپرنده‌های اسرائیلی از GPS تجاری، آنها هم مانند رانندگان تاکسی به بیدو سوئیچ می‌کنند.