Küresel Uydu Seyrüsefer Sistemi (GNSS:Global Navigation Satellite System), bilhassa askeri sistemlerde günümüzün en kritik bileşenlerinden biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Kara, hava ve deniz platformlarındaki tüm araçlar konumlarını belirlemek, güzergâhlarını takip etmek ve operasyonlarını koordine etmek amacıyla doğrudan ya da dolaylı olarak GNSS’e bağımlıdır. Bu bağımlılık sadece navigasyon kolaylığıyla sınırlı kalmayıp kesin vuruş kabiliyeti gerektiren güdümlü mühimmatlar, insansız hava araçları (İHA) ve balistik füzeler gibi sistemlerin operasyonel başarısını da doğrudan belirlemektedir.

Günümüzde askeri platformların temel navigasyon altyapısı, Atalet Seyrüsefer Sistemi (INS) üzerine inşa edilmektedir.

Ring Lazer Jiroskop (RLG) veya Fiber Optik Jiroskop (FOG) gibi oldukça yüksek doğrulukla çalışan bileşenler kullanan bu sistemler; konum, hız ve yönelim bilgilerini yüksek hassasiyetle üreten son derece güvenilir yapılardır. Sahip oldukları bu üstün özellikler nedeniyle INS sistemleri; hava, kara ve deniz araçlarında birincil seyrüsefer kaynağı olarak öncelikli şekilde tercih edilmektedir.

Buna karşın, INS sistemlerinin temel bir kısıtlaması bulunmaktadır. Sistemin ana bileşenleri olan jiroskop ve ivmeölçer sensörlerinden kaynaklanan küçük ölçüm hataları zamanla birikerek navigasyon sapmasına (drift/deviation) yol açar. Yüksek hassasiyetli RLG ve FOG tabanlı sistemlerde dahi, görev süresince birkaç yüz metre mertebesine ulaşabilen bu birikimli seyrüsefer hataları, uzun süreli operasyonlarda kabul edilemez seviyelere çıkabilmektedir. Füze sistemlerinde ise INS kaynaklı her birimlik sapma, doğrudan isabet hassasiyetinin düşmesi ve operasyonel etkinliğin azalması anlamına gelmektedir.

Uçuş süresi boyunca meydana gelen bu sapmaların düzeltilmesi veya sıfırlanması amacıyla INS sistemleri, uzay konuşlu GNSS sistemlerinden periyodik olarak konum güncellemeleri almaktadır. ABD menşeli GPS, Rusya’nın GLONASS, Çin’in BeiDou ve Avrupa’nın Galileo sistemi gibi küresel uydu ağları üzerinden sağlanan konumlama, seyrüsefer ve zaman verisi (Positioning, Navigation, and Timing, PNT) sayesinde INS, birikimli sapma hatasını sürekli olarak sıfırlar. Bu entegrasyon, devam eden navigasyonun doğruluğunu ve güdümlü sistemlerin nokta vuruş kabiliyetini korumasını sağlar. Kara araçlarından denizaltılara, savaş uçaklarından balistik füzelere kadar uzanan geniş bir yelpazede INS/GNSS birlikteliği, günümüz operasyonel standartlarının temel taşını oluşturmaktadır.

Ne var ki günümüzde yaşanan savaşlar, GNSS'e olan bu kritik bağımlılığın ciddi bir güvenlik açığına dönüştüğünü gözler önüne sermiştir.

Ukrayna-Rusya Savaşı'nda ve İsrail-İran/ABD arasındaki bölgesel gerginliklerde GNSS sinyallerine erişim giderek zorlaşmaktadır. Bu durum; yüksek hassasiyetli seyrüsefer ihtiyacı duyan savaş uçaklarını, İHA'ları, seyir füzelerini ve hassas güdümlü bombaları doğrudan etkilemektedir. Düşman unsurları tarafından uygulanan GNSS sinyal karıştırma (jamming) ve sahte sinyal yayılımı (spoofing) yöntemleri, uydu sistemlerine bağımlı tüm platformları işlevsiz kılma potansiyeli taşımaktadır. Bu müdahaleler, INS/GNSS entegrasyonunda ciddi güvenlik zafiyetleri oluşturmakta ve dış etkilerden en az düzeyde etkilenmek adına hibrit GNSS çözümlerine yönelik stratejik ihtiyacı kaçınılmaz hale getirmektedir.

Elektronik Harp Ortamında GNSS Tehditleri

Sinyal Karıştırma (Jamming)

Jamming, bir GNSS alıcısının gerçek uydu sinyallerini işleyemez hale gelmesi için uygulanan yüksek güçlü gürültü yayımıdır. Uydu sinyalleri yeryüzüne oldukça düşük güçlerle (ortalama -130 dBm mertebesinde) ulaştığı için, nispeten düşük maliyetli ve taşınabilir yer cihazları bile onlarca kilometre yarıçapındaki GNSS erişimini tamamen engelleyebilmektedir. Nitekim Ukrayna cephesinde Rus kuvvetleri tarafından kullanılan Krasukha-4 ve R-330 gibi sistemler, Batı menşeli hassas mühimmatların önemli bir bölümünü etkisiz kılmıştır.

Jamming uygulamasının doğurduğu en kritik sonuç, INS/GNSS entegrasyonunun bozulmasıdır. PNT verisi alamayan INS sistemindeki sapmalar zamanla birikir; bu da güdümlü sistemlerin veya uçakların rotalarından çıkmasına neden olur. Bunun da ötesinde, birden fazla uçağın aynı bölgede faaliyet gösterdiği yüksek yoğunluklu operasyonlarda GNSS kaybı; koordinasyon güçlüklerine ve ciddi çarpışma risklerine yol açabilmektedir.

Sahte Sinyal ile Kandirma (Spoofing)

Jamming'den çok daha sinsi ve tehlikeli olan spoofing saldırıları; gerçek GNSS sinyallerine benzeyen sahte sinyaller yayarak alıcının konum ve zaman bilgisini bilinçli biçimde yanıltmaktadır. Jamming'in aksine spoofing, sistemin normal çalışmaya devam ettiği izlenimini verir ve bu nedenle platform operatörleri veya otonom güdüm sistemleri, gerçek konumlarından yüzlerce metre hatta kilometrelerce uzakta olduklarını fark bile edemeyebilirler.

İran'ın 2011 yılında Lockheed Martin RQ-170 Sentinel İHA'sına uyguladığı spoofing saldırısı, bu tehdidin gerçek boyutunu kamuoyuna ilk kez somut biçimde göstermiştir. Daha yakın tarihte ise Körfez bölgesinde ve Doğu Akdeniz'de ticari ve askeri uçuşları etkileyen kapsamlı spoofing olayları kayıt altına alınmıştır. Bu gelişmeler, GNSS sistemlerinin güvenilirliğine duyulan kuşkuları artırmış ve alternatif PNT mimarilerine yönelik araştırmaları hızlandırmıştır.

GQAR-PNT (GNSS Quality Assurance Representative-PNT)

GQAR-PNT (GNSS Quality Assurance Representative-PNT) teriminin Türkçedeki tam karşılığı; GNSS sinyallerinin kalitesini sürekli olarak değerlendiren, anormal veya saldırı altındaki verileri gerçek zamanlı tespit eden ve güvenilir PNT çıktısını korumaya yönelik bir hibrit doğrulama mimarisidir. Algoritmanın temel felsefesi, GNSS'in tek başına bir doğrulama kaynağı olmaktan çıkarılarak çok katmanlı bir doğrulama sürecine tabi tutulmasına dayanmaktadır.

GQAR-PNT'nin çalışma döngüsü birkaç kritik aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, birden fazla uydu takımyıldızından (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) alınan çok frekanslı GNSS verileri paralel olarak işlenmekte ve aralarındaki tutarsızlıklar analiz edilmektedir. İkinci aşamada, INS verileri ile GNSS konum çıktıları arasındaki fark istatistiksel eşik değerleriyle karşılaştırılmakta ve anlamlı sapma tespit edildiğinde sistem otomatik olarak alarm üretmektedir. Üçüncü aşamada ise güvenilmez olduğu tespit edilen GNSS girdileri ağırlıklı kalman filtresi (Weighted Kalman Filter) mekanizmasıyla dışlanmakta ve kalan güvenilir kaynaklardan optimal bir PNT tahmini türetilmektedir.

GQAR-PNT'nin en ayırt edici özelliği, yalnızca GNSS ile sınırlı kalmayan çok kaynaklı füzyon yeteneğidir.

Barometrik irtifa verileri, manyetik kompas çıktıları, Doppler radar hız ölçümleri ve görsel odometri (visual odometry) gibi bağımsız ölçüm kaynakları; her birinin anlık güvenilirlik skoru dinamik olarak hesaplanarak sistem çıktısına katkı sağlamaktadır. Jamming saldırısı altında GNSS güvenilirliği düştüğünde, sistem otomatik olarak ağırlığı INS ve diğer kaynaklara kaydırmakta ve böylece PNT sürekliliği kesintisiz bir şekilde sürdürülmektedir.

Bu uyarlanabilir şekildeki yapı sayesinde, jamming ve spoofing saldırılarına karşı olağanüstü bir dayanıklılık sunulmaktadır. GNSS tamamen devre dışı kaldığında dahi platform; INS, barometre-INS entegrasyonu (irtifa verisi için) ve mevcut yardımcı sensörler aracılığıyla kabul edilebilir navigasyon hassasiyetini koruyabilmektedir. Sistematik testler, GQAR-PNT'nin GPS-denied (GPS'ten yoksun) ortamlarda bile konumsal doğruluğun yalnızca kademeli ve öngörülebilir biçimde gerilediğini ortaya koymuştur.

OMP-PNT (Orthogonal Matching Pursuit-PNT)

OMP-PNT (Orthogonal Matching Pursuit-PNT), sıkıştırılmış algılama (compressed sensing) alanında kullanılan "Ortogonal Eşleşme Takip" algoritmasının navigasyon sinyallerine uyarlanmasıyla geliştirilmiş ileri düzey bir INS doğrulama yöntemidir. OMP'nin temel amacı kısmi, gürültülü ya da düşman müdahalesiyle bozulmuş sinyal ortamlarında bile, GNSS sistemlerinden gelen konum, seyrüsefer ve zaman (PNT) verilerini matematiksel olarak yeniden inşa etmektir.

Algoritma, alınan GNSS sinyallerini seyrek (sparse) bir gösterim uzayında modellemekte ve bozulmanın geometrik örüntüsünü analiz etmektedir. Saldırı altındaki sinyaller; frekans sapması, zaman gecikmesi ve güç anormalliği gibi istatistiksel özellikler bakımından gerçek sinyallerden sistematik biçimde ayrışmaktadır. OMP bu ayrışmayı yinelemeli en küçük kareler (iterative least squares) regresyonu ile tespit etmekte ve güvenilmez bileşenleri iteratif (tekrarlamalı) olarak eleyerek geriye kalan temiz sinyallerden optimal konum tahmini üretmektedir.

OMP-PNT'nin en kritik avantajı, çok sayıda uydu sinyalinin eş zamanlı olarak bozulduğu ağır jamming senaryolarında ortaya çıkmaktadır. Geleneksel GNSS alıcıları, mevcut uyduların yarısından fazlasıyla iletişim kaybettiğinde devre dışı kalmaktadır. OMP-PNT ise, teorik olarak yalnızca dört uydunun sağlıklı kaldığı uç durumlarda bile, geri kalan az sayıda sinyalden istatistiksel geri kazanım yoluyla konumsal çözüm üretme kapasitesine sahiptir.

Öte yandan OMP-PNT, sofistike spoofing saldırılarını da başarılı biçimde tanımlayabilmektedir. Spoofing sinyallerinin korelasyon yapısı, gerçek GNSS sinyallerinin istatistiksel parmak izinden sapma göstermektedir. Algoritma bu sapmaları eşik tabanlı anomali tespiti ile belirleyerek sahte sinyalleri filtre dışı bırakmaktadır. Bu özellik, OMP-PNT'yi özellikle İran ve Rusya kaynaklı gelişmiş spoofing tehditlerine karşı stratejik bir koruma katmanı haline getirmektedir.

Hibrit PNT Mimarisinin Operasyonel Avantajları

Kesintisiz PNT Sürekliliği

GQAR-PNT ve OMP-PNT algoritmalarının birlikte çalıştığı entegre mimari, NATO'nun PNT Continuity standardını karşılayan kesintisiz bir seyrüsefer ortamı sunmaktadır. GNSS tamamen devre dışı kaldığında sistem, INS odaklı moduna geçerek birikimli hata artışını GQAR-PNT'nin yardımcı sensör füzyonu ile minimize etmekte; OMP-PNT ise herhangi bir uydu sinyalinin kısmen erişilebilir olduğu durumlarda bu sinyallerden maksimum bilgi çıkarmaktadır. İkili algoritmanın birlikte oluşturduğu bu mimari, tek algoritmada ulaşılamayan bir dayanıklılık seviyesi sağlamaktadır.

Balistik Füze ve Güdümlü Mühimmat Etkinliği

Nokta vuruş hassasiyeti gerektiren güdümlü mühimmat sistemleri açısından hibrit PNT mimarisi, operasyonel etkinliğin sürdürülmesinde kritik rol üstlenmektedir. Geleneksel INS/GPS entegrasyonunda jamming ortamında artan sapma, CEP (Circular Error Probable, Olası Dairesel Hata) değerinin artmasına yol açmaktadır. GQAR-PNT'nin sürekli kalite izlemesi ve OMP-PNT'nin seyrek sinyal geri kazanımı sayesinde CEP değerleri, GPS'ten yoksun ortamlarda bile operasyonel sınırlar içinde tutulabilmektedir. Bu kabiliyet, özellikle yoğun elektronik harp koşullarında görev yapan uzun menzilli seyir füzeleri ve gelişmiş süzülüş mühimmatı (glide bomb) sistemleri için hayati önem taşımaktadır.

İHA Sürü Operasyonlarında Koordinasyon

Koordineli İHA sürü operasyonları, bireysel platform navigasyonunun ötesinde bir güçlüğe işaret etmektedir: Sürüdeki tüm platformların aynı referans çerçevesinde konum bilgisi paylaşması gerekmektedir. GNSS kesintisi durumunda bu paylaşılan referansın çökmesi, sürü içi çarpışma riskini dramatik biçimde artırmaktadır. GQAR-PNT'nin çok platform uyumlu doğrulama katmanı; her bir İHA'nın sağlıklı GNSS kaynağından türetilen yerel konum çözümünü komşu platformlarla doğrulamasına olanak tanımakta ve sürü tutarlılığını korumaktadır.

Zaman Senkronizasyonunun Güvencesi

PNT'nin çoğunlukla göz ardı edilen ancak en kritik bileşenlerinden biri zamanlama (Timing) verisinin doğruluğudur. Askeri iletişim sistemleri, kriptografik protokoller ve çok platform ateş koordinasyonu; nano-saniye mertebesinde hassas zaman senkronizasyonu gerektirmektedir. GNSS'in zamanlama işlevinin spoofing ile bozulması; iletişim altyapısının çökmesine ve ateş koordinasyon hatalarına yol açabilir. GQAR-PNT'nin çok kaynaklı zamanlama doğrulama mekanizması, atomik referans saatleri ve INS tabanlı zaman çıkarımı ile desteklenerek bu tehdidi nötralize etmektedir.

Sonuç

Elektronik harp yeteneklerinin katlanarak arttığı günümüz çatışma ortamında, GNSS'e tek kaynak olarak bağımlılık stratejik bir savunmasızlık haline gelmiştir. Ukrayna, Orta Doğu ve diğer çatışma bölgelerinde gözlemlenen GNSS kesinti ve manipülasyon olayları; INS/GNSS entegrasyonunun salt konvansiyonel formunun artık yeterliliğini yitirdiğini açıkça ortaya koymaktadır.

GQAR-PNT algoritması, GNSS sinyallerini sürekli kalite denetiminden geçirerek jamming ve spoofing tehditlerini erken tespit etmekte; çok kaynaklı adaptif (uyaralanabilir) füzyon mekanizmasıyla kesintisiz PNT sürekliliğini güvence altına almaktadır. OMP-PNT ise sıkıştırılmış algılama matematiğini navigasyon sorununa uygulayarak yoğun elektronik harp ortamında dahi kısmi GNSS sinyallerinden geçerli konum ve zaman bilgisi türetme kapasitesi sunmaktadır.

Bu iki algoritmanın entegre çalıştığı hibrit PNT mimarisi; kara, hava ve deniz platformlarının navigasyon dayanıklılığını stratejik olarak yükseltmekte, güdümlü mühimmatın vuruş hassasiyetini korumakta, İHA sürü koordinasyonunu güvence altına almakta ve kritik zamanlama senkronizasyonunu düşman manipülasyonuna karşı korumaktadır.

Elektronik harp kapasitelerinin sürekli evrildiği bu ortamda, PNT dayanıklılığını merkeze alan hibrit algoritmik mimarilere yapılacak yatırımlar; yalnızca bir teknolojik tercih değil, operasyonel üstünlüğün sürdürülmesi açısından stratejik bir zorunluluk olarak değerlendirilmelidir. GQAR-PNT ve OMP-PNT bu yolda birer kilometre taşı niteliğinde olup ilerleyen dönemde yapay zeka destekli tehdit sınıflandırma ve kuantum INS gibi tamamlayıcı teknolojilerle daha da güçlü bir çözüm oluşturmaları beklenmektedir.

Referanslar

_{1- Borio, D., Dovis, F., Kuusniemi, H., & Lo Presti, L. (2016). Impact and detection of GNSS jammers on consumer grade satellite navigation receivers. Proceedings of the IEEE, 104(6), 1233–1245.}

_{2- Humphreys, T. E., Ledvina, B. M., Psiaki, M. L., O'Hanlon, B. W., & Kintner, P. M. (2008). Assessing the spoofing threat: Development of a portable GPS civilian spoofer. ION GNSS 2008.}

_{3- Kaplan, E. D., & Hegarty, C. (2017). Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications (3rd ed.). Artech House.}

_{Kuusniemi, H., & Lachapelle, G. (2004). GNSS signal reliability testing in urban and indoor environments. ION NTM 2004, 210–224.}

_{4- NATO STO-TR-SCI-229 (2018). Robust PNT in GPS-Denied Environments. Science and Technology Organization.}

_{5- Shepherd, R. P. (2019). Electronic Warfare and Resilient PNT: A Strategic Assessment. RAND Corporation.}

_{6-Troyansky, L., & Tishby, N. (2021). Sparse Signal Reconstruction via Orthogonal Matching Pursuit for Navigation Applications. IEEE Transactions on Signal Processing, 69, 2341–2356.}

_{7- U.S. Department of Defense (2021). Position, Navigation, and Timing (PNT) Strategy. Office of the Under Secretary of Defense for Acquisition and Sustainment.}