Производители ГНСС-приемников начали борьбу со спуфингом

В  научно-популярном журнале GPS World от 29 января 2018 г.  опубликована заметка «Экспертное мнение: вызовы, с которыми сталкиваются разработчики мультисистемных ГНСС-приемников»  (Expert Opinions: Challenges faced by multi-constellation GNSS receiver designers).  В материале приводится интервью с Джавадом Ашджаи (Javad Ashjaee), – основателем и президентом компании Javad GNSS, выпускающей высокоточные навигационные приемники геодезического класса.

По мнению г-на Ашджаи, самая большая проблема, стоящая перед производителями ГНСС-приемников сегодня, заключается в спуфинге – преднамеренной подмене реальных сигналов ГНСС на ложные.

«Несколько лет назад проблемой было обеспечение работоспособности ГНСС-приемников  в присутствии наземных беспроводных широкополосных передатчиков компании LightSquared.  Многие производители  были уверены, что сигналы LightSquared будут мешать GPS, и нужно потратить миллиарды долларов, чтобы сделать существующие приемники GPS совместимыми с LightSquared. Чтобы решить эту проблему, мы создали J-Shield и показали, что технология J-Shield может защищать от LightSquared и подобных сигналов. Мы изготовили десятки единиц приемников, которые были успешно протестированы несколькими независимыми лабораториями», — отметил г-н Ашджаи.

Сегодня потребители ГНСС сталкиваются с проблемой спуфинга. Отчеты о черноморском спуфинге и другие примеры показывают настоятельную необходимость обратить внимание на эту проблему. Так называемые спуферы успешно подменяют информацию как о местоположении пользователя, так и о времени.

Спуферы используют три метода: первый и самый простой способ — передавать сигналы, похожие на сигналы ГНСС, которые несут неверную информацию о дальности, что при использовании дает неправильные решения по местоположению и времени. Скорее всего, это метод, который профессор Тодд Хамфрис использовал для дискредитации ГНСС-приемника на яхте стоимостью 80 миллионов долларов [«GNSS Lies, GNSS Truth», GPS World, ноябрь 2014]. Этот метод обманывает приемник ГНСС, игнорируя пик корреляции реального спутникового сигнала и используя пик корреляции спуфингового сигнала. Чтобы справиться с этим типом спуфинга, мы используем 864 канала отслеживания  и более 130 000 каналов быстрого сбора данных нашего чипа TRIUMPH. Мы назначаем более одного канала каждому спутниковому сигналу, и мы отслеживаем все их пики: реальный пик и пики спуфера. Затем на Шаге 1 ниже мы исключаем все сигналы с более чем одним пиком корреляции.

Второй способ — трансляция фальшивых сигналов для спутников, находящихся под горизонтом в «подделываемой области» или спутников, которых не существует. В этом случае существует только один пик корреляции. Наше оборудование и платы OEM могут загрузить достоверные и сертифицированные данные альманаха с нашего сайта, чтобы узнать статус спутников и их видимость перед их миссией. Данные Альманаха могут использоваться в течение нескольких недель.

Третий способ состоит в том, чтобы перекрыть сигнал видимого спутника шумом, а поверх шума добавить сигнал спутника с большей мощностью. Мы распознаем такие спутники по их необоснованной мощности сигнала и фоновому шуму.

На первом этапе контр-спуфинга мы игнорируем следующие сигналы:

  • те, у кого больше одного пика;
  • те, которые согласно нашему альманаху не должны быть видны;
  • те, у которых зафиксировано необоснованно высокое или несогласованное отношение сигнал / шум (signal-to-noise ratio, SNR);
  • системы, у которых все спутники имеют аналогичное SNR;
  • спутники, которые не генерируют полные многочастотные сигналы (спуферы обычно генерируют только код C/A).

После удаления всех сомнительных сигналов мы используем оставшиеся сигналы для вычисления нашего приблизительного положения. Нам нужно как минимум 4 сигнала от множества доступных спутников GPS L1, L2P, L2C, L5, GLONASS L1, L2, L3 и множества  сигналов BeiDou, QZSS и IRNSS.

На втором этапе мы проверяем все сомнительные сигналы относительно приблизительной позиции, которую мы рассчитали, и сохраняем только те, которые проходят нашу проверку. Затем мы повторно вычисляем более точное положение, используя все «хорошие» сигналы. Мы последовательно отбрасываем пик корреляции спуфинга и используем настоящий спутниковый сигнал.

Если все сигналы всех спутников подделаны, мы предупреждаем пользователя о необходимости игнорировать сигналы ГНСС и использовать некоторые другие датчики (например, компас и гироскоп), чтобы выйти из подделанной области. Спуфинг, который сможет «обманывать» все сигналы всех спутников, будет очень дорого строить и его сложно развертывать.

В очень сложной ситуации пользователь может ввести свое приблизительное положение, чтобы быстро понять, существуют ли спутники, а затем идентифицировать их.

Поскольку в настоящее время большинство спуфинов обманывают код L1 C / A, мы можем просто изначально игнорировать сигналы C / A для вычисления начальной приблизительной позиции и использовать ее для идентификации поддельных сигналов.
Очень важно, чтобы в зонах, где существует опасность спуфинга, пользователи использовали платы OEM, которые предоставляют больше спутниковых систем и больше сигналов, а не используют простой код GPS C / A, например.

Все методы контр-спуфинга, которые обсуждались выше, являются предметом патентов Javad GNSS.

 

Источник:  НТЦ «Интернавигация» по материалам GPS World