„ GPS Jamming” a GPS jelek szándékos zavarása Horváth Tamás Tea előadás FÖMI-KGO

1. „GPS Jamming” a GPS jelek szándékos zavarása Horváth Tamás Tea előadás FÖMI-KGO Penc, 2005. április 12.

2. Háttér Civil és katonai GPS felhasználók A sebezhető GPS Nem szándékos zavarás Szándékos zavarás Emberi hibaforrás Beltéri GPS sebezhetősége Tartalom

3. Háttér Egy 100 Wattos izzó 1018-szor nagyobb teljesítményű, mint egy GPS műhold jele a vevő antennánál! • Ismert, hogy a GPS által kisugárzott jelek rendkívül kis teljesítményűek: -130 dBmW (0 dBmW = 1 mW, 50 dBmW = 100W). • Mint bármely más rádiójelet, a GPS jeleit is lehet zavarni. • Egy pikowatt (10-12 W) teljesítményű interferencia forrás is elegendő a GPS jel tönkretételéhez. • Jelenleg egyetlen civil GPS frekvencia létezik, a civil vevők döntő többsége egyfrekvenciás. A modulált kód jól ismert. • A GPS jamming technológia nem titkos, egyszerű, házilag összeszerelhető jammer modellek leírása megtalálható az Interneten, komolyabb berendezéseket meg is lehet vásárolni.

4. Civil GPS felhasználók • Egyre több alkalmazás támaszkodik a GPS-re • Közlekedés/Áruszállítás • Emberi élet védelme • Földmérés/Térinformatika • Környezetvédelem • Időszinkronizálás • Katasztrófa elhárítás • Precíz mezőgazdálkodás • Távközlés • Bankügyletek • Kereskedelem • Egyéb

5. Katonai GPS felhasználók • A GPS alapvetően katonai rendszer • A katonai GPS vevők sokkal hibatűrőbb berendezések, mint civil társaik

6. A sebezhető GPS • Nem szándékos zavarás • Az ionoszféra okozta interferencia • Rádióforrások okozta nem szándékos interferencia • Szándékos zavarás • Jamming • Spoofing • Meaconing • Emberi tényező • GPS vevők tervezési hibái • Navigációs rendszerek üzemeltetési hibái • Felhasználói ismeretek hiánya

7. Az ionoszféra okozta interferencia • Ionoszférikus jelkésleltetés • Szabad elektronok okozta refrakció • 11 éves, évszakos és napi periódusú változások • Szcintilláció • lokális elektronsűrűség változás okozta gyors amplitúdó és fázisváltozások a jelben teljes jelvesztést okozhat, soha nem az összes műholdra vonatkozik

8. Napkitörések geomágneses viharok (utolsó nagyobb vihar 2005 januárjában volt) a referenciaállomások észlelésein jól nyomon követhető • Legerősebb hatás a geomágneses egyenlítő és a pólusok környékén

9. Mit lehet tenni? • Két(több)frekvenciás vevők használata • GPS modernizáció – még több civil jel • Geomágneses vihar figyelmeztetések figyelembe vétele mérés tervezéskor • Australian Space Weather Agency http://www.ips.gov.au

10. Rádióforrások okozta nem szándékos interferencia • URH adók • 23-as, 66-os és 67-es TV csatornák • Digitális TV adások • Ultra szélessávú radar és kommunikációs berendezések • Hibásan műküdő adók • Műholdas Mobil Telekommunikációs Szolgáltatások • Horizont feletti radar • Személyes elektronikus berendezések (pl. mobil telefonok használata repülőgépek fedélzetén) • más rádiónavigációs műholdrendszerek (pl. Galileo), a spektrum telített

11. Mit lehet tenni? • Frekvenciaszabályozás és -védelem • Nemzetközi hatóságok: ITU, WRC, CEPT, ... • Hazai hatóságok: NHHH  SIMON • Monitoring – spektrum analizátorral • mérési tartomány alsó határa -110 dBmW ! • a zajforrás lehet időszakos is,nem biztos, hogy jókor mérünk • nem egyszerű feladat a mérési eredmények interpretálása, a módszer előrejelzésre nem alkalmas • a megtalált zavaró jel megszűntetése a bürokratikus eljárás miatt hosszadalmas

12. Elektronikus berendezések tervezőinek együttműködése, szabályozás szigorú betartatása (al- és felharmonikus sugárzás teljesítményének határértéke) • GPS modernizáció • több civil jel, nagyobb kisugárzott teljesítmény, az L5-ös jel struktúrája miatt jobban ellenáll majd az interferenciának • Felhasználók együttműködése

13. Interferenciabejelentés • Az amerikai parti őrség(USCG) navigációs központja nyilvántartja a világ bármely pontján észlelt GPS vételi problémákat. • A http://www.navcen.uscg.gov weboldalon lehet bejelenteni az interferencia-gyanús észlelési problémákat. • A bejelentéseket kiértékelik és 30 napon belül válaszolnak

14. Szándékos GPS zavarás • A katonai védelem jól ismert módszere, a rádiólokációval együtt született • A GPS katonai felhasználásának gyors terjedésével párhuzamosan fejlődött • Jelentős veszélyt jelent a civil felhasználókra nézve

15. GPS Jamming • Elegendően „nagy” energiájú és megfelelő karakterisztikájú zavaró jel kibocsátása a GPS frekvenciákon interferenciát okoz. • Zavaró jel típusa lehet: • keskenysávú folyamatos adás (CW) a GPS sávban, • szélessávú folyamatos adás sáv átfedéssel, • szórt spektrumú (spread spectrum) GPS jelhez hasonló GPS Spoofing • A gyanútlan GPS felhasználó megtévesztésére valódinak tűnő hamis C/A jelek kisugárzása  a számított pozíció távolodik a valódi helyzettől GPS Meaconing • jelvétel és késleltetett újrasugárzás, amellyel összezavarják a vevőket

16. GPS Jammerek • Nagyteljesítményű (kW-MW) katonai jammerek • Többféle karakterisztikájú zavaró jelet tudnak kibocsátani • Igen drágák (több ezer, akár millió dolláros eszközök) • Könnyen be lehet mérni és meg lehet semmisíteni • Alacsony teljesítményű jammerek • Egyszerű felépítésűek (elektronikai boltokban kapható alkatrészekből házilag megépíthetőek) • Olcsók (néhány 100dollár) • tömeggyárthatóságban rejlik az igazi veszélyük Orosz Jammer 1 wattos Jammer

17. GPS Jammerek Professor David Last [257]Last, J.D., ‘Global satellite navigation in Europe - On course?’, The European Navigation Conference GNSS2003, Graz, Austria, 22-25 April 2003 (Invited keynote paper)

18. Szándékos zavarás - konzekvenciák • Egy 1 wattos CW jammer 10 km-es hatótávolságon belül minden GPS vevőt a holdak elvesztésére kényszerít, 85 km-en belül pedig lehetetlenné teszi új holdak vételét. • Egy 1 wattos szórt spektrumú jammer 1000 km-en belül teszi lehetetlenné a C/A jel vételét  rendkívül nehéz kimutatni hagyományos módszerekkel pl. spektrum analizátorral. • Egy 1 wattos spoofer 350 km-es hatótávolságon belül teljes jelvesztést okoz.

19. Szándékos zavarás – további konzekvenciák • Mielőtt bekövetkezne a jelvesztés a GPS vevő akár többszáz méteres hibával terhelt pozíciót is számíthat 20-30 másodpercen át, anélkül, hogy a felhasználó bármilyen figyelmeztetést kapna  ez GPS vevő tervezési hiba. • A jamming megszűnése után rossz esetben 1-2 perc is eltelhet, amíg a vevő újra normálisan működni kezd, vannak vevők, melyek csak újraindításra jönnek rendbe  ez szintén GPS vevő tervezési hiba. • Nemcsak a pozícionálás szűnhet meg! – kommunikációs berendezések a GPS időjelet veszik.

20. Van-e jamming ellenszer? • Digitális szűrés – elő- és utókorreláció • Keskenysávú zavaró jel ellen időbeli és spektrális szűrés (olcsóbb) • Szélessávú zavaró jel ellen térbeli szűrés (drágább) • Antenna tömb használata • a jammer(ek) helyének bemérése, az antenna gain pattern-jének megváltoztatása (nulla irány a jammer felé = null steering) nagyon drága, inkább katonai alkalmazások • Gain pattern: A GPS antennák nem egyformán érzékenyek minden irányban (anizotrópok), van olyan kitüntetett irányuk, amelyből nagyobb energiát képesek felvenni.

21. Van-e jamming ellenszer? • Polarizáció alapú megkülönböztetés • RHCP↔ LHCP, olcsóbb, de repülőkre tervezve • GPS modernizáció • L5: nagyobb teljesítmény (+ 6 dB), hosszabb kód, nagyobb chipfrekvencia  hatásos védelem CW jamming ellen • 100%-os védelmet egyik módszer sem garantál • Tartalék navigációs berendezések!!!

22. Mit lehet tenni a spoofing ellen? • Jel hitelesítés • Navigációs üzenet hitelesítése: csatolt digitális kód az efemerisz, almanac, stb. hitelesítésére, ismételt ellenőrzés (5 percenként)  jelentősen megnehezíti a spoofing eljárást • Kód hitelesítés: speciális csatolt kód, hasonló a P(Y) kódhoz, csak azok férnek hozzá a jelhez, akik rendelkeznek a kulccsal.

23. Az emberi hibák okozta biztonsági kockázat A legtöbb légi balesetet, amelyben a GPS technológia is szerepet játszott, emberi mulasztás okozta • Repülési magasság meghatározásra DGPS korrekciók nélkül • Pilóták repülés közbeni kézi GPS használata • Kézi GPS akkumulátorainak lemerülése • A pilóták hajlamosabbak rossz időjárási körülmények között is kockázatos manőverekre, ha GPS-el van felszerelve repülőgépük • A pilótáknak nehézségeik támadnak, ha nem a megszokott GPS vevőjükkel kell navigálni

24. Túlzott óvatosság: Katonai teszteléskor kiderült, hogy egyes alakulatok a Jamming jelenlétének lehetősége miatt azonnal kikapcsolták vevőiket, lemondva a GPS navigáció nyújtotta előnyökről • Túlzott bizalom: helikopter konvoj figyelmen kívül hagyva egyértelmű figyelmeztetéseket, letértek a helyes repülési irányról és a jamming alatt levő GPS vevő által javasolt hamis irányban haladtak tovább • Tudáshiány a felhasználók nem tudják felismerni, ha a GPS navigáció nem működik megfelelően • A meglévő kiegészítő rendszerek figyelmen kívül hagyása • GPS vevő tervezési hibák • A GPS rendszer túlmisztifikálása (TDKdolgozat vakok navigációjáról) • Mindezek felhívják a figyelmet az oktatás fontosságára a jamming felismerésének és kezelésének területén, és alkalmazástól függően az azonnali tartalék/kiegészítő (INS, radar) berendezésekre való átállás lehetőségére.

25. Beltéri GPS és a „belső ellenség” • Új alkalmazási terület • A falakon átjövő, vagy visszaverődött GPS jelek vételéhez az eddigieknél is érzékenyebb vevőkre van szükség (-20 dB) • Ilyen alacsony jelszinten (-150 dBmW) már az igen kis energiájú zajforrások is komoly gondot okozhatnak: • A szobában lévő elektronikus berendezések • Zavaró felharmonikusok • A GPS-el ellátott berendezés (pl. mobiltelefon) belső zaja • A GPS chipset saját zaja! • Az elektronikus berendezések elektromágneses zajkibocsátására vonatkozó határértékek jóval a kérdéses tartomány fölé esnek • GPS Chip és modulgyártó cégek feladata a problémamegoldás

26. Összefoglalás, javaslatok • Egyre nagyobb mértékben támaszkodunk a GPS-re • Kritikus alkalmazásokban is nagy szerepet kap • Kiváló technológia, használjuk ezután is bátran! De! A GPS technika sebezhetősége veszélyt jelenthet az emberi életre, a környezetre, a gazdaságra • Legyünk tisztában a veszélyforrásokkal!  nagy szerepe van az oktatásnak • Jelentsük be ha interferenciát észlelünk! • Alkalmazzunk megfelelő eljárásokat a zavaró hatás csökkentésére! • Rendelkezzünk megfelelő tartalék/kiegészítő eszközökkel!

27. Kérdések? • Információ: • Web: www.gpsnet.hu, www.sgo.fomi.hu • E-mail: Horvath@gpsnet.hu • Telefon:(27) 374-980, (27) 374-844/115