top of page

ההבדל בין זיוף לבין חסימת GPS


כאשר אותות ה-GPS תוכננו בראשית שנות השבעים, עקרונות הלוחמה האלקטרונית כבר היו ידועים היטב. באופן כללי, יריבים עשויים לנסות להפריע לפתרונות מיקום, ניווט וזמן הנגזרים מה-GPS באחת משתי דרכים: זיוף (גרימה למקלט GPS לחשב מיקום שגוי); וחסימה (ביטול אותות לוויין GPS מקומית כך שמקלט כבר לא יכול לפעול).

זיוף וחסימה הן בעיות שונות, והפתרונות האפשריים להגנה עבור המשתמש שונים בהתאם.

 

זיוף - כדי לזייף מקלט, היריב צריך ליצור מחדש את האותות ממספר לוויינים ולאחר מכן לשדר את אות ה"זיוף" כדי לתפוס מקלט GPS מקומי. (ראה איור 1). אם מקלט ה-GPS הנתון לא מסוגל להבחין בין אותות הלוויין האמיתיים לאותות המזויפים, אותות הזיוף יצליחו לרמות את מקלט היעד ולהראות כנמצא במיקום שונה.


אותות ה-GPS מדור קודם כוללים קוד בינארי מוצפן של 1 ו-0 המכונה קוד Y המועבר בתדרים L1 ו-L2, כאשר אותות אלו מיועדים לשימוש צבאי בלבד. הקוד הבינארי המוצפן הזה משתנה 10.23 מיליון פעמים בשנייה, וקוד ה-Y אינו חוזר על עצמו במהלך שבוע שלם (במילים אחרות, רצף ייחודי של 6.18 טריליון 1 שניות ו-0 שניות ללוויין בשבוע).


ללא הצפנה כמעט בלתי אפשרי עבור יריב ליצור את קוד ה-Y, ומכאן, כמעט בלתי אפשרי לזייף מקלט GPS שהוגדר לעקוב אחר קוד Y. אותות ה-GPS מדור קודם כוללים גם קוד C/A, שנועד במקור לסייע ברכישת קוד ה-Y, אך משמש כעת עבור כל מקלטי ה-GPS האזרחיים.


קוד ה-C/A אינו מוצפן, ה-1 וה-0 משתנים 1.023 מיליון פעמים בשנייה, והקוד עצמו חוזר על עצמו כל אלפית שנייה (רצף ייחודי של 1,023 שניות ו-0 שניות בכל אלפית שנייה). מכיוון שמבנה קוד ה-C/A גלוי לציבור, ניתן ליצור אותו מחדש על ידי יריב מוכשר, שיכול לאחר מכן ליצור גרסה "מזויפת" של אות ה-GPS שתוכל לתפוס מקלט.


כיצד נוכל להגן מפני זיוף?

הדרך הטובה ביותר להגן מפני זיוף היא לעקוב ישירות אחר קוד ה-Y המוצפן. כמובן, זה אפשרי רק באמצעות שימוש במקלט GPS שיש לו מודול למניעה (SAASM). מקלטי SAASM יכולים לעקוב אחר קוד ה-Y כאשר הם טעונים במפתח פענוח, והמודולים הם עמידים בפני הפרעה כדי למנוע היפוך מהנדסי על ידי יריבים.


מקלטי SAASM כגון NovAtel OEM625s זמינים רק ללקוחות המאושרים על ידי הממשלה, והמכירות וההפצה של יחידות אלה נשלטות בצורה הדוקה על ידי משרד ההגנה של ארצות הברית.

למשתמשים אזרחיים, מקלטים רב-לוויינים שיכולים לעקוב אחר מספר מערכות GNSS כגון GPS, GLONASS, Galileo ו-BeiDou בו-זמנית יכולים להיות יעילים נגד יריבים, כי היריב יצטרך לייצר ולשדר את כל אותות ה-GNSS האפשריים בו-זמנית כדי לזייף את מקלט היעד.


מידה נוספת של הגנה יכולה להיות מוספת על ידי סיוע לפתרון הניווט עם יחידת מדידת תאוצה (IMU), כיוון שיריב אינו יכול לזייף את שדה הכובד של כדור הארץ או את דינמיקת הרכב ולגרום ליחידה האינרציאלית לחשוב שהיא נעה בדרך שהיא לא.


חסימה - עוצמת אות קליטה נמוכה מאפשרת את חשיפת כל האותות CDMA, לא רק GNSS, להפרעה מקרית ומכוונת. כאשר רמת ההפרעה עוברת גבול מסוים, אות ה-GNSS יאבד בתוך אות ההפרעה. (ראה איור 2.)


העובדה שקוד ה-Y מועבר בקצב פי 10 מקצב הקוד של קוד ה-C/A מספקת שיפור מובנה בביצועי השיבוש. זה נובע מ"פיזור" הספק P/Ycode על פני פי 10 מטווח התדרים, מה שמאפשר למקלטי קוד Y להתמודד פי 10 מעוצמת השיבוש של מקלטי קוד C/A.


את אותו שיפור בביצועי השיבוש ניתן לראות עם כמה מהאותות האזרחיים החדשים והמהירים יותר כמו GPS L5, Galileo E5a ו-Galileo E5b. אבל אם רמת ההפרעה גבוהה מספיק, גם האותות של קצב קוד נמוך וגם של קצב קוד גבוה יתגברו בסופו של דבר; כך שאפילו מקלטי SAASM יכולים להיתקע.


כיצד נוכל להגן מפני חסימה?

למרבה המזל, יש לנו אסטרטגיות מרובות שיעזרו לנו להתגבר על הפרעות:


1. סינון במקלט. קו ההגנה הראשון להפרעות מכל סוג בכל מערכת RF הוא לסנן כמה שיותר מההפרעות ברגע שהיא מגיעה למקלט. זה יעיל במיוחד עבור מה שאנו מכנים אותות מחוץ לפס, או אותות שאינם נמצאים ישירות בתדרי ה-GNSS שאנו מנסים לקלוט. למרבה הצער, אם אות נופל ישירות בתוך הפס, הוא עדיין עלול להכריע את המקלט.


2. סיוע למקלט עם IMU. יחידות IMU חסינות להפרעות תדר רדיו ויכולות לספק פתרון ניווט לגשר על פערים במשך שניות עד כמה דקות בביצועי ה-GNSS.


3. ביטול אות ההפרעה באמצעות מערך אנטנות אדפטיבי. על ידי שימוש במספר רכיבי אנטנה המרוחקים במרחק ידוע זה מזה, ניתן להשתמש בטכניקות עיבוד אותות כדי להבחין בכיוון שממנו מגיע אות ההפרעה ולאחר מכן לשנות בצורה אדפטיבית את עוצמת הקליטה הנראית לעין של מערך האנטנות, וליצור שטחים מתים ("nulls") בתבנית קליטת האנטנה. על ידי כוונת שטחים מתים אלו לעבר מקור ההפרעה, ניתן להגן על המקלט מפני הפרעות המגיעות מאותו כיוון (ראה איור 3).


אנטנות דפוס קליטה מבוקרות, או CRPAs כגון אנטנת GAJT® anti-jam של NovAtel יעילות ביותר בהפחתת כל סוגי ההפרעות, גם אם ההפרעה הזו נופלת בטווח התדרים של GNSS.



2,339 צפיות

留言


WhatsApp logo
bottom of page