Las amenazas al GPS están aumentando a un ritmo récord.
La escalada de conflictos en todo el mundo está socavando la confiabilidad del GPS a medida que una oleada de ataques de interferencia continúa impactando vastas áreas de Europa y Medio Oriente, causando importantes perturbaciones para los civiles. Al mismo tiempo, cada vez más delincuentes utilizan inhibidores para el tráfico de drogas, robos de camiones de carga y otras operaciones criminales en América del Norte. Los incidentes esporádicos de interferencia y suplantación de GPS han perturbado aeropuertos estadounidenses clave en los últimos años. Incluso los ciudadanos estadounidenses comunes y corrientes están comprando bloqueadores minoristas de bajo costo a medida que se difunden los temores sobre la privacidad y las teorías de conspiración antigubernamentales.
Los analistas de seguridad llevan años advirtiendo sobre la posibilidad de ataques dirigidos al GPS que podrían perturbar el sistema financiero, la red eléctrica, los sistemas de tráfico aéreo y los servicios de emergencia. Sin embargo, si bien hay cada vez más llamados para desarrollar capacidades de respaldo para GPS, hay otra cuestión crítica que también debe abordarse.
Estados Unidos necesita urgentemente un sistema de detección nacional automatizado que pueda identificar la interferencia del GPS en el momento en que ocurre y proporcionar mapas precisos en tiempo real de dónde se está produciendo realmente el impacto.
La falta de un sistema coordinado de detección de interferencias y suplantaciones de identidad en tiempo real y de alta precisión es una deficiencia crítica en nuestras capacidades de navegación por satélite que deja vulnerables a las operaciones gubernamentales, comerciales y de emergencia de los Estados Unidos dentro de sus propias fronteras.
La situación actual
Los métodos de detección y los mapas de cortes actuales son inadecuados, ya que dependen de una recopilación de datos limitada y de sistemas obsoletos, lo que deja enormes lagunas de cobertura que dificultan lograr una respuesta eficaz.
Hoy en día, las interrupciones del GPS se detectan principalmente a través de una mezcolanza de plataformas de gran altitud para una cobertura de área amplia, como la Transmisión y Vigilancia Dependiente Automática (ADS-B), generalmente a 30,000 pies o más, y sistemas satelitales, así como sistemas terrestres. sensores basados en algunos lugares específicos, como aeropuertos concurridos y bases militares. Ambos tienen limitaciones importantes. Los sensores basados en la aviación tienen más dificultades para detectar interferencias y suplantaciones que apuntan a activos terrestres o drones de baja altitud. Por ejemplo, sabemos por relatos de primera mano que hay chinos bloqueando Taiwán y el Estrecho de Taiwán. Esta interferencia a menudo no aparece en las aplicaciones de interrupción que dependen de ADS-B porque China utiliza bloqueadores dirigidos de ángulo bajo y blindaje del terreno para evitar la detección de estos sistemas. Mientras tanto, los sensores terrestres tienen un alcance general limitado, por lo que su despliegue limitado significa que no pueden proporcionar una cobertura geográfica extensa. Esto da como resultado una imagen muy incompleta de lo que está sucediendo.
Mapas de cortes
La prueba está en los mapas actuales de interrupciones del sistema de navegación global por satélite (GNSS). Si bien se están realizando varios esfuerzos valientes para rastrear los incidentes de interferencia, estos mapas están limitados por los datos insuficientes que reciben.
Como resultado, no proporcionan datos de ubicación altamente precisos y en tiempo real para actos de interferencia GPS, ni determinan la intensidad (o potencia) de la interferencia o suplantación, ni rastrean cómo varía esta intensidad a lo largo de la distancia física. por altitud y por características topográficas como colinas, montañas, árboles y edificios. Además, su eficacia se limita a las zonas inmediatas alrededor de aeropuertos y rutas de vuelo.
El efecto neto es que la mayoría de los mapas de interferencia tienen importantes lagunas de cobertura en determinadas ubicaciones geográficas. Estos mapas son útiles para proporcionar una idea general de dónde se produce ampliamente la interferencia GNSS, pero no son lo suficientemente precisos ni completos para que los utilicen las aeronaves militares, civiles, los buques marítimos o los servicios de evacuación médica, que necesitarían datos de ubicación precisos para coordinar sus operaciones. respuestas.
¿Son los smartphones la solución?
El Consejo Asesor Nacional del PNT Espacial ha estado fomentando activamente el desarrollo de un sistema nacional de detección y notificación de interferencias en los sistemas de navegación por satélite. Una de sus recomendaciones clave es basar dicho sistema en tecnología inalámbrica móvil.
Años de investigación han respaldado la detección de interferencias GPS/GNSS mediante teléfonos inteligentes mediante crowdsourcing. Con más de 300 millones de usuarios de teléfonos inteligentes en los Estados Unidos, estas potentes plataformas informáticas móviles representan una de las redes de sensores distribuidos más potentes del planeta.
Algoritmos sofisticados que combinan datos de muchos teléfonos inteligentes en un área pueden identificar anomalías en la señal que indican la presencia de interferencias y suplantaciones. Se puede utilizar un análisis espacial adicional de señales GNSS sin procesar de una red de teléfonos inteligentes para localizar la fuente de los ataques. Al aprovechar los indicadores en tiempo real, las redes basadas en teléfonos inteligentes podrían proporcionar alertas oportunas sobre posibles amenazas de interferencia o suplantación de identidad, lo que mejorará la protección de la navegación civil, la infraestructura crítica y las aplicaciones de sincronización contra interrupciones.
La vasta naturaleza distribuida de estas redes también podría abordar otros dos desafíos fundamentales en la detección de interferencias: localizar los emisores y determinar el área de efecto.
Seguimiento de emisores
Geolocalizar la fuente real de un ataque de interferencia (el emisor) es fundamental para lanzar contramedidas rápidas y efectivas, como desactivar el bloqueador para restaurar el servicio de navegación.
Encontrar el emisor también ayuda a revelar exactamente dónde se produce la interferencia, dónde es probable que tenga el mayor efecto y qué activos corren mayor riesgo.
Sin embargo, los emisores suelen ser difíciles de localizar con precisión utilizando sensores terrestres convencionales. Un desafío básico es que los inhibidores a menudo utilizan señales de baja potencia que son más difíciles de detectar a distancia y pueden reflejarse en edificios, automóviles y árboles. Los bloqueadores móviles también cambian de ubicación con frecuencia, lo que los hace más difíciles de rastrear. Los bloqueadores sofisticados también utilizan contramedidas de detección, como antenas omnidireccionales y saltos de frecuencia, que dificultan la triangulación.
Un sistema de detección basado en teléfonos inteligentes aumentaría enormemente la cantidad de sensores que rastrean al emisor. Una densa red de puntos de detección podrá detectar, confirmar y centralizar información sobre la ubicación de la señal en tiempo real de manera más rápida y precisa, incluso si el emisor cambia de ubicación. Ya hemos visto que grandes redes de dispositivos móviles pueden proporcionar monitoreo en tiempo real de la ionosfera para mejorar la precisión del posicionamiento.
Áreas de efecto
Los métodos de detección actuales enfrentan un desafío similar al determinar el área de efecto de la interferencia del GPS.
La intensidad de la señal y la eficacia general de los ataques de interferencia pueden variar ampliamente entre regiones debido a la distancia geográfica, las características topográficas naturales como colinas y bosques, la densidad urbana y los factores ambientales. Como resultado, el impacto real de un ataque puede ser sustancialmente diferente en un área que en otra, incluso dentro de una distancia relativamente cercana. Una red combinada de sensores terrestres ad hoc y de gran altitud proporciona un conjunto más diverso de entradas para lograr mejor el objetivo.
Otro factor importante es la altitud. En nuestras propias pruebas de campo con la unidad de innovación militar de Ucrania, encontramos diferencias significativas en el poder y la efectividad de las señales de interferencia según la altitud. Los objetos de “cielo despejado”, como los aviones, tienen más probabilidades de sufrir el efecto total del ataque de interferencia, mientras que otros vehículos, como los drones y los automóviles que vuelan bajo, pueden experimentar un efecto menor.
Determinar con precisión el área de efecto es esencial para proporcionar alertas procesables en tiempo real a los usuarios de navegación por satélite en esas áreas.
También en este caso los teléfonos inteligentes pueden desempeñar un papel importante. Una red distribuida de sensores móviles puede mejorar tanto la precisión como la velocidad para determinar el efecto distribuido de las señales de interferencia y suplantación de identidad midiendo el impacto en cada dispositivo y comparándolo con sus datos de ubicación.
A dónde ir desde aquí
El Departamento de Defensa, el Departamento de Seguridad Nacional, la Autoridad Federal de Aviación y otras agencias están trabajando en nuevos esfuerzos para mejorar la detección de interferencias del GPS. Estas iniciativas utilizan una variedad de tecnologías, incluidos satélites comerciales e inteligencia artificial.
Los teléfonos móviles deberían desempeñar un papel fundamental en estos esfuerzos de detección, ya que facilitan la dispersión de muchos sensores en áreas amplias, mejoran significativamente la redundancia y son más baratos de implementar que la mayoría de las otras soluciones.
En última instancia, lo que se necesita es un enfoque más unificado que integre todas estas tecnologías centrales en un único sistema avanzado para la detección en tiempo real. Por ejemplo, en nuestro propio trabajo, actualmente estamos probando nuevas capacidades para la detección y localización de emisores basadas en teléfonos inteligentes. Un sistema multicapa, que combine datos de detección de satélites, unidades terrestres, teléfonos móviles y plataformas de aviación, proporcionará la capacidad más sólida para identificar instantáneamente anomalías GNSS y rastrear sus efectos. El establecimiento de un sistema de detección de teléfonos móviles es particularmente importante, ya que esto permitiría un sistema económico de alerta temprana y señales, donde los sensores de los teléfonos proporcionan alertas iniciales de ataques que luego los satélites confirman.
Establecer una densa red de puntos de detección es el mejor camino a seguir para mejorar nuestras defensas y permitir una respuesta más rápida.
Sean Gorman es el director ejecutivo y cofundador de Zephr.xyz, un desarrollador de soluciones basadas en la ubicación de próxima generación. Gorman tiene más de 20 años de experiencia como investigador, empresario, académico y experto en la materia en el campo de la ciencia de datos geoespaciales y sus implicaciones para la seguridad nacional. Es el ex gerente de ingeniería del equipo de mapas de Snap, ex estratega jefe del Centro de desarrollo DC de ESRI, fundador de Pixel8earth, GeoIQ y Timbr.io, y ocupó otros puestos de alto nivel en Maxar e iXOL. Gorman se desempeñó como experto en la materia para el Grupo de Trabajo de Infraestructura Crítica del DHS y el Consejo Asesor de Seguridad Nacional, y se le han otorgado ocho patentes. También es ex profesor investigador en la Universidad George Mason.
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