Системы защиты ГНСС-приемников от спуфинга и помех

Многие отрасли сейчас достаточно автоматизированы и роботизированы. Например, существуют беспилотные автомобили, дроны. Также оборудование используется в сельском хозяйстве. В связи с этим увеличивается спрос на средства навигации. Важно, чтобы устройства были точными и доступными.

Выбирая средство для навигации, нужно знать его преимущества и недостатки и то, как оно влияет на систему в целом. Работоспособность – важная черта для автономных устройств. Она позволяет оборудованию работать долго и качественно.

Безопасность – еще одна важная вещь при выборе средства навигации. Если будут обнаружены спуфинг или глушение, работу поломанных участков должны на себя сразу взять другие датчики.

Почти все независимые средства навигации работают на инерциальной навигационной системе ИНС. Она состоит из датчика инерционального измерительного блока IMU, а также ГНСС приемника. С помощью последнего в системе координат на карте достигается абсолютное позиционирование. Датчик IMUпредназначен для того, чтобы можно было измерить крен, тангаж и углы курса. Все это позволяет отслеживать движущуюся систему в пространстве.

Такое явление, как спуфинг, представляет большую угрозу для всех спутниковых приемников с системой ИНС. Бороться со спуфингом поможет установка механизмов безопасности абсолютно во все компоненты системы.

Второй вариант – это обнаружение и подавление сигнала. Сделать это можно за счет того, что спуфинговая атака протекает на уровне, по которому передается сигнал ГНСС. Чтобы обнаружить и устранить спуфинг, используется несколько разработанных способов. Те средства, которые создавались с учетом возможных атак и помех, не подвержены к уязвимостям ГНСС, в частности, к спуфингу и глушению. Использовать такие спутники выгодно в экономическом плане. Устройства позволяют разработчикам думать не о средствах защиты, а заняться работой по объединению навигации и датчиков.

Помехи можно назвать радиопомехами. Они подавляют несильные сигналы ГНСС. В свою очередь, это может привести к потере точных координат и позиционирования.

Помехи бывают преднамеренными и непреднамеренными. Непреднамеренные вызывают:

• электронные приборы, находящиеся в непосредственной близости с приемником;
• радиолюбители;
• системы авиации.

Преднамеренные средства глушения называются глушилками. Их иногда ставят, например, на транспортные средства. Глушилки помогают избежать внимания радаров и уплаты пошлин и штрафов.

Спуфинг – более сложная система помех. Тот, кто ловит сигнал, думает, что он в одной точке на карте, а по факту располагается в другой. Оба варианта преднамеренных средств глушения могут быть испорчены системами ИНС, пользующиеся позиционированием ГНСС.

В отличии от ГНСС, IMU не дает абсолютной точности. В IMU происходит замер относительного движения. Оно может быть не точным и содержать кумулятивную ошибку, которую еще называют дрейфом. Поэтому требуется многократная повторная калибровка.

Датчики ГНСС и ИНС соединены между собой особым способом. Благодаря этому ГНСС постоянно калибрует INU. В свою очередь INU сглаживает ГНСС, обеспечивая экстраполяцию. Если полученные помехи привели к утрате местоположения, то такой ГНСС приемник становится негодным. Не стоит его больше устанавливать в системы ИНС. В противном случае увеличится время инициализации. В IMU режим переключится на счисление пути. Это приведет к дрейфу позиции.

Помимо указанных выше проблем, из-за помех возникает выброс измерений. Это оказывает влияние на алгоритмы. Самой большой опасностью для систем ГНСС/ИНС является спуфинг. Когда атакующий не сильно корректирует географические координаты, он захватывает ИНС. Атаку могут не заметить, если используются обычные методы защиты от спуфинга.

В качестве дополнительного средства защиты от спуфинга также используются не только датчики ГНСС, а одометр и IMU. Они обнаруживают разницу между ГНСС и остальными датчиками и отмечают ее.

Использовать только альтернативные датчики для предотвращения спуфинговых атак будет ненадежно. Они лишь уменьшают риск, выдавая не совсем точные координаты, которые могут содержать кумулятивную ошибку. Работает это так. Системы ГНСС иногда содержат дрейф от метра и более. Происходит это, если спутники не видно долгое время. Спуферы пользуются этой ошибкой. При захвате позиционирования они медленно делают такой шаг, какой ожидаем в связи с дрейфом. Поэтому, когда спуфинг осуществляется в пределах дрейфа, система не сможет распознать атаку.  Требуется не один вариант защиты системы от спуфинговых атак. Защита нужна на двух уровнях: ИНС и ГНСС. Когда приемник смягчает или указывает на то, что происходит спуфинговая атака, система ИНС становится устойчивее. Таким образом, нужно знать, на сколько важен защитный механизм в ГНСС. Лучше всего выбрать устройство с системой предупреждения или же с хорошей защитной системой. Это позволит интегрированной ГНСС/ИНС системе работать лучше и эффективнее. Как говорилось ранее, защита от спуфинга может осуществляться на двух уровнях: ГНСС и ИНС. Для того чтобы эффективнее обнаруживать и отражать спуфинговые атаки лучше использовать комбинацию нескольких средств защиты с разных уровней. Любое направление в сфере безопасности требует постоянного обновления и совершенствования. И механизмы защиты от атак не исключение. Они гарантируют эффективную борьбу с помехами и спуфинговыми атаками. Производителям систем нужно постоянно совершенствовать системы защиты. Ведь со временем растут и угрозы, с которыми могут столкнуться люди, использующие ГНСС приемники. Благодаря этому разработчики смогут вкладывать деньги в приемники, у которых встроенная отказоустойчивость. Это позволит сосредоточиться на том, чтобы объединить датчики. Указанные в данном материале вещи могут применяться и использоваться как для ГНСС/ИНС систем, так и для всех устройств, в которых есть ГНСС приемники.