GPS è sotto una crescente minaccia globale.

L’aumento dei conflitti in varie regioni del mondo minaccia la stabilità del GPS, mentre un’onda di attacchi di interferenza continua a colpire ampie zone in Europa e nel Medio Oriente, generando notevoli disagi per i civili. Parallelamente, un numero crescente di criminali utilizza dispositivi di disturbo per traffico di droga, furti di camion e altre attività illecite negli Stati Uniti. Incidenze sporadiche di disturbo e falsificazione del GPS hanno influenzato importanti aeroporti americani negli ultimi anni. Oggi, anche cittadini americani stanno acquistando dispositivi di disturbo a basso costo, alimentati dalle paure per la privacy e dalle teorie cospirazioniste.

Gli analisti della sicurezza hanno dedicato anni ad avvertire del potenziale rischio di attacchi mirati al GPS, che potrebbero danneggiare il sistema finanziario, la rete elettrica, i sistemi di traffico aereo e i servizi di emergenza. Nonostante i crescenti appelli per sviluppare capacità di backup per il GPS, esiste un’altra questione critica da affrontare.

L’America ha urgentemente bisogno di un sistema automatizzato di rilevamento nazionale capace di individuare le interferenze GPS nel momento in cui si verificano e di fornire mappe accurate in tempo reale su dove si stia realmente verificando l’impatto.

L’assenza di un sistema coordinato di rilevamento di disturbo e falsificazione in tempo reale di alta precisione rappresenta una significativa lacuna nelle nostre capacità di navigazione satellitare, esponendo le operazioni governative, commerciali e di emergenza americane a rischi all’interno dei propri confini.

La situazione attuale

I metodi di rilevamento attuali e le mappe di interruzione sono inadeguati, poiché si basano su una raccolta di dati limitata e su sistemi obsoleti, lasciando enormi lacune di copertura che rendono difficile rispondere in modo efficace.

Oggi le interruzioni del GPS vengono principalmente scoperte attraverso un mix di piattaforme ad alta quota per la copertura di ampie aree, come il Surveillance-Broadcast automatico dipendente (ADS-B) — tipicamente a 30.000 piedi o più — e i sistemi satellitari, insieme a sensori di terra mirati a pochi luoghi specifici, come aeroporti molto frequentati e basi militari. Entrambi presentano importanti limitazioni. I sensori aerei hanno più difficoltà a individuare il disturbo e la falsificazione che colpiscono asset terrestri o droni a bassa quota. Ad esempio, sappiamo da resoconti di prima mano che esiste un disturbo cinese attorno a Taiwan e nello Stretto di Taiwan. Questo disturbo spesso non appare nelle app di interruzione che si basano su ADS-B, perché la Cina utilizza jammer a bassa angolazione e schermatura del terreno per prevenire la rilevazione da questi sistemi. Nel frattempo, i sensori a terra hanno una portata complessiva limitata, quindi la loro distribuzione limitata non consente una copertura geografica estesa. Questo crea un quadro molto incompleto di ciò che sta accadendo.

Mappe delle interruzioni

La prova si trova nelle attuali mappe di interruzione del sistema di navigazione satellitare globale (GNSS). Anche se diversi sforzi lodevoli sono in corso per tracciare gli incidenti di interferenza, queste mappe sono limitate dalla scarsità dei dati che ricevono.

Di conseguenza, non forniscono dati di posizionamento in tempo reale ad alta precisione per atti di interferenza GPS, né determinano l’intensità del disturbo o della falsificazione, né tracciano come questa intensità varia in base alla distanza fisica, all’altitudine e alle caratteristiche topografiche come colline, montagne, alberi e edifici. Inoltre, la loro efficacia è limitata alle aree immediate attorno agli aeroporti e ai percorsi di volo.

L’effetto netto è che la maggior parte delle mappe di interferenza presenta significative lacune di copertura in alcune località geografiche. Queste mappe sono utili per fornire un’idea generale di dove si sta verificando l’interferenza GNSS, ma non sono sufficientemente precise o complete per essere affidabili per le operazioni militari, gli aerei civili, le imbarcazioni marittime o i servizi di emergenza che necessitano di dati di localizzazione precisi per coordinare le loro risposte.

Gli smartphone sono la soluzione?

Il National Space-based PNT Advisory Board ha incoraggiato attivamente lo sviluppo di un sistema nazionale di rilevamento e segnalazione per interferenze nella navigazione satellitare. Una delle sue principali raccomandazioni è di basare tale sistema su tecnologie wireless mobili.

Anni di ricerca supportano la rilevazione delle interferenze GPS/GNSS tramite smartphone crowdsourced. Con oltre 300 milioni di utenti di smartphone negli Stati Uniti, queste potenti piattaforme informatiche mobili rappresentano una delle più potenti reti di sensori distribuiti del pianeta.

Algoritmi sofisticati che combinano i dati provenienti da molti smartphone in un’area possono identificare anomalie di segnale che indicano la presenza di disturbo e falsificazione. Un’ulteriore analisi spaziale dei segnali GNSS grezzi da una rete di smartphone può essere utilizzata per localizzare la fonte degli attacchi. Sfruttando indicatori in tempo reale, le reti basate su smartphone potrebbero fornire avvisi tempestivi su potenziali minacce di disturbo o falsificazione, migliorando la protezione della navigazione civile, delle infrastrutture critiche e delle applicazioni di temporizzazione da interruzioni.

La vasta natura distribuita di queste reti potrebbe anche affrontare altre due sfide fondamentali nel rilevamento delle interferenze: identificare gli emettitori e determinare l’area d’effetto.

Tracciamento degli emettitori

Geolocalizzare la fonte effettiva di un attacco di interferenza — l’emettitore — è fondamentale per lanciare contromisure rapide e efficaci, come disattivare il jammer per ripristinare il servizio di navigazione.

Trovare l’emettitore aiuta anche a rivelare esattamente dove si sta verificando l’interferenza, dove è probabile che abbia l’effetto maggiore e quali asset sono più a rischio.

Tuttavia, gli emettitori sono spesso difficili da localizzare in modo preciso utilizzando sensori a terra convenzionali. Una sfida di base è che i jammer spesso utilizzano segnali a bassa potenza che sono più difficili da rilevare da lontano e possono riflettersi su edifici, automobili e alberi. I jammer mobili cambiano anche frequentemente posizione, rendendoli più difficili da rintracciare. I jammer sofisticati utilizzano anche contromisure di rilevamento, come antenne omnidirezionali e salto di frequenza, che rendono difficile la triangolazione.

Un sistema di rilevamento basato su smartphone aumenterebbe notevolmente il numero di sensori per rintracciare l’emettitore. Una griglia densa di punti di rilevamento sarà in grado di rilevare, confermare e centralizzare più rapidamente e accuratamente le informazioni sulla posizione del segnale in tempo reale — anche se l’emettitore cambia posizione. Abbiamo già osservato che vaste reti di dispositivi mobili possono fornire monitoraggio in tempo reale dell’ionosfera per migliorare la precisione del posizionamento.

Aree d’effetto

I metodi di rilevamento attuali affrontano una sfida simile nel determinare l’area d’effetto delle interferenze GPS.

La forza del segnale e l’efficacia complessiva degli attacchi di interferenza possono variare notevolmente tra le regioni a causa della distanza geografica, delle caratteristiche topografiche naturali come colline e foreste, della densità urbana e di fattori ambientali. Di conseguenza, l’impatto effettivo di un attacco può essere sostanzialmente diverso in un’area rispetto a un’altra, anche a distanze relativamente vicine. Una rete mista di sensori a alta quota e terrestri ad hoc fornisce un insieme più diversificato di input per raggiungere al meglio l’obiettivo.

Un altro fattore importante è l’altitudine. Nei nostri test sul campo con l’unità di innovazione militare ucraina, abbiamo riscontrato differenze significative nella potenza e nell’efficacia dei segnali di disturbo in base all’altitudine. Gli oggetti “cielo libero”, come gli aerei, sono più suscettibili di subire il pieno effetto dell’attacco di disturbo, mentre altri veicoli, come droni a bassa quota e automobili, possono subire un effetto minore.

Determinare con precisione l’area d’effetto è essenziale per fornire avvisi azionabili in tempo reale agli utenti di navigazione satellitare in quelle aree.

Anche qui, gli smartphone possono svolgere un ruolo importante. Una rete distribuita di sensori mobili può migliorare sia la precisione che la velocità nel determinare l’effetto distribuito dei segnali di disturbo e falsificazione, misurando l’impatto su ciascun dispositivo e confrontandolo con i dati di localizzazione.

Cosa fare da qui in poi

Il Dipartimento della Difesa, il Dipartimento della Sicurezza Nazionale, la Federal Aviation Authority e altre agenzie stanno lavorando a nuovi sforzi per migliorare il rilevamento delle interferenze GPS. Queste iniziative utilizzano una varietà di tecnologie, inclusi satelliti commerciali e intelligenza artificiale.

I telefoni mobili dovrebbero svolgere un ruolo critico in questi sforzi di rilevamento, in quanto rendono facile distribuire molti sensori su aree ampie, migliorando significativamente la ridondanza e risultando più economici da implementare rispetto alla maggior parte delle altre soluzioni.

Ciò che è veramente necessario è un approccio più unificato che integri tutte queste tecnologie fondamentali in un unico sistema avanzato per il rilevamento in tempo reale. Ad esempio, nel nostro lavoro, stiamo attualmente testando nuove capacità per il rilevamento basato su smartphone e la localizzazione degli emettitori. Un sistema a più livelli — combinando i dati di rilevamento provenienti da satelliti, unità a terra, telefoni mobili e piattaforme aeree — fornirà la capacità più robusta per identificare istantaneamente le anomalie GNSS e monitorare i loro effetti. L’istituzione di un sistema di rilevamento per telefoni mobili è particolarmente importante, poiché consentirebbe un economico sistema di allerta precoce, dove i sensori dei telefoni forniscono avvisi iniziali di attacchi che sono poi confermati da satelliti e altri sistemi.

Stabilire una griglia densa di punti di rilevamento rappresenta il miglior percorso per migliorare le nostre difese e abilitare una risposta più rapida.