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GNSS Airport Interference Monitoring System (GAIMS)

Ziel
Das Ziel des Projekts "GNSS Airport Interference Monitoring System (GAIMS)" ist ein Demonstrator, der zuverlässig Störsignale entdeckt und wenn möglich klassifiziert.

Kurzbeschreibung
Anwendungen von Globalen Satellitennavigationssystemen (GNSS) wie GPS oder Galileo und satellitenbasierte Ergänzungssysteme (SBAS) wie EGNOS sind vermehrt das Ziel von Störattacken, hervorgerufen durch Störsignale wie Spoofer oder Jammer. Speziell im Bereich von sicherheitskritischen Anwendungen hat GNSS in den letzten Jahren eine nicht unwesentliche Rolle eingenommen. Eine sicherheitskritische Anwendung, die höchste Anforderungen des Systems verlangt, stellt die Luftfahrt dar. Durch den Einsatz von GNSS sowie satellitengestützten und bodengestützten Augmentierungssystemen (SBAS und GBAS) wird die Positionierungsgenauigkeit soweit verbessert, dass ein Landeanflug unter GNSS ermöglicht wird. GNSS Landing Systeme (GLS) sind in der Einführung. SBAS-Anflugverfahren und GNSS-basierte Rollverkehrsführungssysteme (SMGCS = Surface Movement Guidance and Control System) werden auf vielen Flughäfen bereits eingesetzt.

In den letzten Jahren sind immer wieder Berichte aufgetaucht, in denen von Störungen der SBAS/SMGCS-Systeme berichtet wurde. Am Flughafen Newark zum Beispiel wird das SMGCS immer wieder durch Jammer gestört. Die Jammer befinden sich dabei in LKWs und PKWs, die auf den, den Flughafen einschließenden, Schnellstraßen unterwegs sind. Obwohl der Einsatz von Jammern und Spoofern illegal ist, verwenden zahlreiche LKW- und Autofahrer solche Geräte, um die eingebauten GNSS-basierten Trackingsysteme außer Funktion zu setzen. Dass sie dabei die SBAS/SMGCS-Systeme wesentlich beeinträchtigen und damit Menschen in Gefahr bringen, ist ihnen nicht bewusst.

Dieses Beispiel zeigt, dass eine absolute Notwendigkeit zur Überwachung des betroffenen Frequenzspektrums besteht, um Störsignale entdecken zu können und dadurch die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von GNSS und SBAS/SMGCS auf Flugplätzen zu erhöhen.

Das Ziel des Projekts "GNSS Airport Interference Monitoring System (GAIMS)" ist ein Demonstrator, der zuverlässig Störsignale entdeckt, egal ob Spoofer oder Jammer. Um dies zu erreichen, wird der aktuelle Stand der Technik von Detektionsalgorithmen analysiert, wenn nötig weiterentwickelt und implementiert. Darüber hinaus wird das GAIMS- Projektteam versuchen, die unterschiedlichen Störsignale nicht nur in Spoofer und Jammer einzuteilen, sondern weitere Parameter der Signale, wie Leistung, Bandbreite oder Wiederholrate zu schätzen. Da der Trend in der Empfängerbranche während des letzten Jahrzehnts hin zu softwarebasierten Empfängern (SDR) geht, werden die Detektions- und Klassifizierungsalgorithmen in eine softwarebasierte Struktur eingebaut. Dies führt zu erhöhter Flexibilität und Anpassbarkeit der Lösungen und geringeren Hardware-Kosten. Parallel zur technologischen Entwicklung wird eine Markt- und Business-Analyse durchgeführt, um die Chancen eines Störsignalüberwachungssystems zu erforschen. Der Flughafen Graz, welcher in einer ähnlichen Situation, bezogen auf die ihn umgebenden Autobahnen und Schnellstraßen, wie Newark ist, ist sehr interessiert an diesem Projekt und hat sich deshalb bereit erklärt im Rahmen des Projektes als technischer Berater tätig zu sein.

Projektpartner
    TeleConsult Austria GmbH (Projektleitung)
    Brimatech Services GmbH
    Institut für Navigation, Technische Universität Graz

Finanzierung
Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG)

Status
    Erfolgreich abgeschlossen im Jahr 2014
 
 

 
GNSS-Störsender in Graz detektiert

Während einer intensiven Messkampagne im Zuge des GAIMS-Projekts gelang es Forschern der TeleConsult Austria, einen sogenannten Jammer (Störsender) in der Nähe des Flughafen Graz zu detektieren.

Diese Störsignale können den Betrieb von GNSS-Empfängern im Umkreis von bis zu 1000 m signifikant beeinflussen. Dies kann zu einer schlechteren Positionsgenauigkeit bis hin zu einer falschen Position oder zum totalen Ausfall der Positionierung führen.

Der Jammer konnte am 19. August 2014 um 11:24 in der Nähe des Flughafens Graz detektiert werden. Verschiedene speziell entwickelte Algorithmen detektierten den Störsender zur gleichen Zeit.

Im folgenden Plot, welcher die spektrale Leistungsdichte darstellt, erkennt man den Jammer, welcher das GNSS L1/E1 Band stört. Da das Störsignal über einen Zeitraum von ca. 7 Sekunden vorhanden war, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um ein sogenanntes "Personal Privacy Device" handelt, welches mit dem Zigarettenanzünder in einem LKW/PKW betrieben werden kann. Die schnell ansteigende und dann wieder abfallende Leistung unterstützt die These eines vorbeifahrenden Jammers.

Spektrale Leistungsdichte

Der Effekt des Störsenders wird auch am Signal-Rausch-Verhältnis (SN0R) der Satelliten deutlich. In diesem Plot sind die theoretischen SN0R der Satelliten strichliert eingezeichnet, während die gemessenen mit einer durchgezogenen Linie dargestellt sind. Während der Störsender vorbeifährt, sinkt die empfangene Signalleistung.

Signal-Rausch-Verhältnis

Derzeit werden die Messungen im Zuge des GAIMS- ("GNSS Airport Interference Monitoring System") sowie des GAIMS-II-Projekts weiter ausgewertet und untersucht.