GPS-Störung: Halten Sie Schiffe auf der Meerenge und schmal

Die University of Nottingham und die Royal Norwegian Naval Academy (RNoNA) untersuchen, wie verhindert werden kann, dass die GPS-Position (Global Positioning Signals) bei potenziellen Cyberangriffen blockiert wird, die dazu führen können, dass Schiffe vom Kurs abweichen und kollidieren oder auf Grund laufen.

Große, moderne Schiffe sind mit vernetzten Navigationssystemen hoch automatisiert, einschließlich Differential-GPS (DGPS), das eine genauere Positionierung (bis zu einem Meter) als herkömmliches GPS bietet.

Frühere Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass diese hochempfindlichen maritimen DGPS-Empfänger leicht zu stören sind, wenn Störsender im Wert von 50 GBP verwendet werden, die auf dem Markt weit verbreitet sind.

Eine Unterbrechung des DGPS-Signals, insbesondere wenn Schiffe durch enge Küstengewässer fahren, kann zu ungenauen Positions informationen führen und zu mehr Seeunfällen führen.

Für die Studie testeten Wissenschaftler des Nottingham Geospatial Institute (NGI) und des RNoNA Navigation Centre die DGPS-Störung auf den stark befahrenen Schifffahrtswegen der norwegischen Meerenge, auf denen Navigationsfehler die Hälfte der Unfälle ausmachen.

Dr. Lukasz Bonenberg, leitender technischer Mitarbeiter des NGI, sagte: "Die Hauptfaktoren für Seeunfälle in diesem Teil Norwegens sind der Zustrom ausländischer Schiffe, verbunden mit sich schnell ändernden Wetterbedingungen und der Gefährlichkeit der engen Küstengewässer.

"Unter diesen schwierigen Bedingungen, bei denen eine hochgenaue Navigation erforderlich ist, besteht tendenziell eine übermäßige Abhängigkeit von der DGPS-Technologie, was zu einem falschen Sicherheitsgefühl führen kann. Diese Fehler haben seit der Einführung von DGPS auf den meisten Schiffen erheblich zugenommen.

"DGPS-Staus von nahe gelegenen Klippen könnten beispielsweise den Schiffsverkehr durch die engen Meerengen und Fjordnetze ernsthaft beeinträchtigen. Betroffene Schiffe könnten lange Zeit brauchen, um ihre Reise zu korrigieren oder physisch anzuhalten, was das maritime Äquivalent eines Autobahnstapels verursachen kann. ", fügt Dr. Bonenberg hinzu.

Der Versuch wurde mit dem High-End-Vermessungsempfänger und der Antenne durchgeführt, die am Ufer platziert wurden, wobei sich der GPS Störsender auf einem kleinen Boot auf den Empfänger zu oder von ihm weg bewegte.

Ziel des Versuchs war es, den Störungseffekt zu quantifizieren und die Annäherung eines Schiffes an eine enge Küstenstraße zu simulieren. Die Forscher fanden heraus, dass der DGPS-Empfänger nicht ganz aufhörte zu funktionieren. Stattdessen gab es im Bordnavigationssystem falsche Messwerte mit Positionsdaten, die sich mehr als 10 Meter bewegten.

"Beobachtete Abweichungen von bis zu 10 Metern sind angesichts der engen Natur der norwegischen Meerengen, die häufig von schlechten Sichtverhältnissen betroffen sind, sehr gefährlich", erklärt Lieutenant Commander Oeystein Glomsvoll vom RNoNA Navigation Center.

"GPS-Störungen sind ein weltweit wachsendes Problem. Die Technologie für Störungen ist leicht verfügbar, was in den letzten Jahren in vielen Fällen zu absichtlichen Störungen geführt hat, und die Aufmerksamkeit, die diesem Problem gewidmet wird, hat zugenommen."

Das Forschungsteam suchte nach einer Lösung, mit der die Position eines Transporterschiffs mithilfe zusätzlicher GPS-Signalfrequenzen genauer und schneller festgelegt und beibehalten werden kann, anstatt die Navigationssysteme an Bord zu aktualisieren.

Derzeit sind die meisten maritimen Empfänger DGPS L1-Empfänger. Die Autoren schlagen vor, dieses System mit dem Mehrfrequenz-GLONASS-Empfänger zu kombinieren - einem alternativen Navigationssystem zu GPS -.

Dies liegt daran, dass das Frequenzband von GPS + GLONASS-Signalen zusammen viel breiter ist als das doppelte L1- und L2-Frequenz-GPS oder GLONASS allein, was die Positionsgenauigkeit erhöht.

Dies ist nicht nur auf die erhöhte Anzahl der verwendeten Satelliten zurückzuführen, sondern auch auf die höhere Höhe und bessere Abdeckung der von den russischen Luft- und Raumfahrt-Streitkräften betriebenen GLONASS-Satelliten.

Dr. Bonenberg von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften sagte: "Die Verwendung von Empfängern mit mehreren Konstellationen und eine Erhöhung der empfangenen Frequenzen bieten eine bessere Störfestigkeit für die küstennahe Navigation."

Die GPS-Signalisierung wird derzeit modernisiert, einschließlich einer zusätzlichen Frequenz (L5) und eines offenen L2C-Codes auf einer L2-Frequenz. Derzeit bietet nur eine begrenzte Anzahl von Satelliten diese Signale an. Die während dieses Experiments beobachteten Daten legen nahe, dass die Verwendung dieses modernisierten Signals ähnliche Vorteile wie das Mehrfrequenz-GLONASS-Signal bietet.