Montag, 11 März 2019 09:39

Fachvortrag: Jamming und Spoofing von GNSS-Signalen

Störpotential sowie Ansätze zur Detektierbarkeit

Karen von Hünerbein Werner Lange
Lange-Electronic GmbH

Inhalt:

  • GPS und andere GNSS
  • Was bedeutet Jamming, Spoofing, Meaconing?
  • Woher kommen die Störsignale?
  • Beispiele für Störer
  • Auswirkungen auf GPS / GNSS Empfänger
  • Störreichweiten
  • Ansätze zur Detektierbarkeit

GPS und andere GNSS (Global Navigation Satellite Systems)

GPS / GNSS ist Schlüsselsystem in Hunderten von Applikationen,

  • u.a. im Autonomen Fahren
  • kritische Infrastruktur
  • Luftfahrt

nicht nur für Ortung und Navigation sondern auch, weil GNSS-Systeme eine sehr präzise Zeit liefern.

GNSS-Systeme zeichnen sich durch sehr geringe Signalstärken von um die -130 dBm aus und sind dadurch leicht zu stören.

GPS Timing in kritischer Infrastruktur

  • Mobilfunk-Basisstationen
  • Telekommunikations- und TV Netzwerke
  • Banken und Geschäfte nutzen Zeitstempel
    • Verwalten zeitkritischer Transaktionen
    • Währungs- / Aktiengeschäfte korrekte Zeit = korrekter Kurs
  • Synchronisieren von Computer Netzwerken (Driften der internen Computeruhren)
  • Stromnetzbetreiber
    • Synchronisieren der Phasen des Wechselstroms

Was bedeutet Jamming, Spoofing, Meaconing

 

Jamming

wird verursacht durch Sender und Störsender, die in demselben Frequenzband L1, L2, L5 senden, z.B. DME -- Distance Measuring Equipment in der Luftfahrt

Unabsichtlich: z.B. Defekte Elektronische Geräte, Zigarettenanzünder

Absichtlich: Senden starker L-Band Signale zum Verhindern von GPS Empfang

Meaconing

Wiederabstrahlen empfangener GPS Signale

verzerrt Zeitinformationen oder die Position des Empfängers

Spoofing

Senden von Täuschsignalen, die den realen GPS/GNSS Signalen entsprechen,

aber dem Empfänger eine falsche Position oder Zeit vorgaukeln

Das Störpotential ist erheblich

  • die Empfänger tracken weniger Satelliten,
  • bis hin zu einem Totalausfall der GPS/GNSS Signale
  • die Empfänger liefern eine ungenaue Position
  • oder sogar eine falsche Position
  • es kommt zu abstürzenden Drohnen und Flugzeugen
  • oder einem Totalausfall von Kommunikationsnetzwerken

Die Reichweiten der Jammer sind oft größer, als der Störer denkt

Ansätze zur Detektierbarkeit

Externe Messysteme:

  • Spectrum Analyzer
  • eigens dafür gebaute Detektor-Geräte

Interne Prüfung im Empfänger:

  • Abnahme C/No - Satellitensignalverluste unspezifische Phänomene
  • Automatic Gain Control – höhere Rauschstärke
  • Spoofing + Meaconing – alle Satelliten sind mindestens doppelt vorhanden

Zusatz-Systeme:

  • Vergleich mit anderen Sensoren
  • Antennenarrays – CRPA
  • verbesserte Algorithmen
  • SBAS und andere externe Korrekturdaten

Technische Lösung:

  • Frequency Domain Adaptive Filtering
  • Adaptive Beamforming
  • CRPA - Controlled Reception Pattern Antenna
  • Digital Beamforming DBF
  • INS Inertialsensoren
  • Spezielles Antennen Design
  • Verwendung besserer HF und ZF Filter
  • Lineare Prädiktion
  • Mechanische Barrieren

Zusammenfassung

  • Jamming kann Ortung und Navigation mit GPS /GNSS massiv beeinträchtigen oder gar ganz ausschalten
  • Jamming Ereignisse hatten in unseren Messungen deutliche Auswirkungen auf einen hochwertigen GNSS Empfänger:
    • Abfall des Carrier to Noise Ratio
    • Verlust von getrackten Satelliten
  • Spoofing und Meaconing kann GPS / GNSS Empfänger gefährlich in die Irre führen
    • Bis hin zum Absturz von Flugzeugen
  • Es gibt eine Vielzahl an technischen Lösungen:
    • Messgeräte, Filterung, Empfängeralgorithmen, Zusatzsysteme
  • eine sehr gute ist CRPA Controlled Reception Pattern Antenna mithilfe von Antennenarrays: Nullforming und Digital Beam Forming (DLR)
  • Eine weitere sehr gute sind Inertialsensoren, mit hoher Kurzzeitstabilität und Unabhängigkeit von äußeren Signalen
  • Kontinuierliche, flächendeckende Messungen sind sinnvoll
  • In sicherheitsrelevanten Anwendungen braucht man technische Lösungen zum Absichern des GPS/GNSS Empfangs
    • Blockieren oder Herausfiltern der Jammingsignale
    • Zusatz-Systeme: Zusatzsensoren oder Oszillatoren

 

Dank an:

A. Hornbostel, M. Kuntz und
A. Konovaltsev, DLR
Felix Butsch, Deutsche Flugsicherung
Mirko Stanisak, TU Braunschweig
Alexander Rügamer, Fraunhofer iis
Guy Buesnel, Spirent Communications
Michael Jones, Roke, UK

Die ausführliche Präsentation zum Download: pdfKvH_Leibniz_Nov_2018_Störpotentiale-Jamming_Spoofing_Vortrag.pdf3.00 MB

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