W dzisiejszych czasach globalne systemy nawigacji satelitarnej GNSS (Global Navigation Satellite System) odgrywają niezwykle ważną rolę w wielu dziedzinach działalności człowieka m.in.: wytyczanie tras kierowcom, dokonywania dokładnych pomiarów przez inżynierów, wykonywanie precyzyjnych operacji bojowych przez wojsko. Jednak pomimo precyzji wyznaczania pozycji przez systemy nawigacji satelitarnej, w środkach masowego przekazu napotykamy informacje dotyczące utrudnień związanych z użytkowaniem tego systemu, donoszą o tym najczęściej kierowcy czy też żeglarze.
Mechanizmy zakłócające sygnał GPS
Mechanizmy zakłócające sygnał GPS, można podzielić na dwa rodzaje:
– Naturalne (Zakłócenia Propagacyjne)
– Celowe (Jamming, Spoofing, Meaconing)
Zakłócenia naturalne, sprowadzają się do propagacji fal w atmosferze. Analizę przeprowadza się dla dwóch warstw atmosfery o odmiennych własnościach fizyczno-chemicznych takich jak troposfera i jonosfera. Wpływ tych zjawisk redukuję się poprzez wprowadzenie poprawek wyznaczonych na podstawie jednego z kilku dostępnych modeli atmosfery. Zjawiska propagacyjne zachodzące w troposferze wpływające na jakość sygnału satelitarnego to: refrakcja troposferyczna oraz tłumienie troposferyczne. Wartości błędów refrakcji są znikome przy założeniu, że obserwacje prowadzi się powyżej 5 stopni nad horyzontem i nie występują turbulencje mas powietrza.
Wpływ troposfery na pomiary GNSS wyznaczany jest na podstawie danych meteorologicznych lub numerycznych modeli pogody, poprawka troposferyczna rozkłada się na dwie części: pierwsza z nich zależy od temperatury i ciśnienia i stanowi aż 90% całkowitej refrakcji, natomiast pozostałe 10% to część mokra zależna od pary wodnej.
W jonosferze przyczyną występowania refrakcji jest zmiana gęstości elektronowej wraz z wysokością. Refrakcja jonosferyczna zależna jest od aktywności słonecznej, maksimum osiągane jest podczas burz jonosferycznych, których przy obecnym poziomie wiedzy nie jesteśmy w stanie przewidzieć.
Na dokładność pomiaru ma wpływ również otoczenie w którym się znajdujemy, ponieważ
do odbiornika dociera fala bezpośrednio z satelity oraz także fale odbita od przeszkody terenowej.
Zagłuszanie (Jamming) – celem jest przerwanie dostępności sygnału docierającego do odbiornika. Jamming polega na specjalnym emitowaniu fali elektromagnetycznej w kierunku odbiornika GPS na częstotliwości L1 (1575,42 MHz). Przy stosowaniu tej metody największe znaczenie ma to, czy emitowany sygnał jest o charakterze ciągłym, impulsowym oraz, czy częstotliwość jest niezmienna lub lekko zmienia się w czasie.
Fałszowanie (Spoofing) – celem jest wysłanie fałszywych danych, które zostaję porównywane w procesie replikacji kodu GPS, co powoduje błędne wyznaczenie pozycji, w której znajduję się odbiornik. Przy spoofing’u odbiornik może nie wykazywać oznak niepoprawnej pracy. Wyróżnia się 3 rodzaje oddziaływania, które mają na celu obniżenie dokładności otrzymanej pozycji:
- Programowe fałszowanie kodu – do oprogramowania odbiornika zostaje wgrane tzw. Malware czyli złośliwe oprogramowanie, które powoduje nieprawidłowe wyznaczanie pozycji
- Fałszowanie poprawek różnicowych – sfałszowane zostają sygnały korekt przesyłanych w systemach różnicowych.
- Fałszowanie sygnałów nadawanych przez satelity. Odbiornik otrzymuje specjalnie spreparowane, fałszywe sygnały i interpretuje je jako prawdziwe, wyznaczając błędnie pozycję.
Meaconing – polega na zakłóceniu i ponownym nadawaniu sygnału na tej samej częstotliwości, który jest opóźniony względem poprawnego co powoduje błędne wskazanie pozycji odbiornika.
Źródła:
– Czasopismo Geotest „GPS kontra zagłuszanie” Mariusz FIGURSKI, Marcin SZOŁUCHA, Piotr MIELNIK, Piotr SZYMAŃSKI, Maciej WRONA
– Czasopismo Logistyka „Podatność systemu nawigacji satelitarnej gps na zakłócenia i wynikające z niej zagrożenia dla transportu” Piotr KOWALECZKO, Jarosław SULKOWSKI
Autor: Jakub Sawka
III rok, Nawigacja
