Die Bedrohungen für GPS-Systeme nehmen ein beispielloses Ausmaß an, und eskalierende globale Konflikte gefährden die Zuverlässigkeit des Systems. Große Teile Europas und des Nahen Ostens sind von Störangriffen betroffen, die zu erheblichen Beeinträchtigungen für die Zivilbevölkerung führen. In Nordamerika nimmt die Kriminalität zu: störsender werden zunehmend für Drogenhandel, LKW-Diebstahl und ähnliche Zwecke eingesetzt. In den letzten Jahren haben vereinzelte GPS-Störungen und Spoofing-Vorfälle an wichtigen amerikanischen Flughäfen für Chaos gesorgt. Aufgrund von Datenschutzbedenken und regierungsfeindlichen Verschwörungstheorien kaufen selbst normale Amerikaner günstige Störsender. Sicherheitsanalysten warnen seit Jahren vor möglichen gezielten Angriffen auf GPS, die das Finanzsystem, das Stromnetz, die Flugsicherung und Rettungsdienste lahmlegen könnten. Während die Entwicklung von Backup-Lösungen für GPS immer dringlicher wird, erfordert ein weiteres dringendes Problem unsere sofortige Aufmerksamkeit.

Die amerikanischen Satellitennavigationssysteme sind aufgrund des Fehlens eines koordinierten, hochpräzisen Echtzeit-Erkennungssystems für GPS-Störungen und Spoofing gefährdet. Diese Lücke in unserer nationalen Sicherheit setzt staatliche, kommerzielle und Notfalleinsätze potenziellen Bedrohungen innerhalb unserer Grenzen aus. Die Implementierung eines automatisierten Erkennungssystems, das GPS-Störungen sofort lokalisiert und präzise Echtzeitkarten der betroffenen Gebiete erstellt, ist unerlässlich. Durch die Behebung dieses kritischen Defizits können wir die Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit unserer Satellitennavigationssysteme verbessern und so die Sicherheit lebenswichtiger Operationen im ganzen Land gewährleisten.

• Aktuelle Situation: Eine Untersuchung der gegenwärtigen Umstände
• Wo gibt es Stromausfälle?
• Sind Smartphones unsere ultimative Antwort?
• Wie verfolgt man Kohlenstoffemittenten?
• Wie funktionieren Wirkungsbereiche?
• Wohin sollten wir als nächstes gehen?

Aktuelle Situation: Eine Untersuchung der gegenwärtigen Umstände

Ineffektive aktuelle Erkennungsmethoden und veraltete Ausfallkarten stellen erhebliche Herausforderungen dar, da sie auf begrenzter Datenerfassung und nicht mehr aktuellen Systemen beruhen. Dies führt zu großflächigen Abdeckungslücken und erschwert wirksame Reaktionen. Herkömmliche GPS-Ausfälle werden derzeit durch eine Kombination aus hochgelegenen Plattformen zur großflächigen Überwachung, wie z. B. Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) in 9.100 Metern Höhe oder höher, Satellitensystemen und bodengestützten Sensoren, die auf bestimmte Standorte wie Flughäfen und Militärstützpunkte ausgerichtet sind, erfasst. Diese Ansätze sind jedoch mit inhärenten Einschränkungen behaftet. So haben luftfahrtbasierte Sensoren beispielsweise Schwierigkeiten, Störsender und Spoofing-Systeme zu erkennen, die auf terrestrische Anlagen oder niedrig fliegende Drohnen abzielen. Berichte aus erster Hand deuten auf chinesische Störsender rund um Taiwan und die Taiwanstraße hin.

China setzt Störsender mit niedrigem Winkel und Geländeabschirmung ein, um die Erkennung durch ADS-B-basierte Ausfall-Apps zu vermeiden. Diese subtile Störtaktik bleibt oft unentdeckt. Gleichzeitig bieten bodengestützte Sensoren mit ihrer begrenzten Reichweite aufgrund begrenzter Einsatzmöglichkeiten nur eine lückenhafte Abdeckung. Folglich bleibt das volle Ausmaß der Vorkommnisse weitgehend im Dunkeln und zeichnet ein unvollständiges Bild der aktuellen Lage.

Wo gibt es Stromausfälle?

Die Wirksamkeit aktueller Ausfallkarten des globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) ist offensichtlich, stößt jedoch an ihre Grenzen. Trotz aller Bemühungen, Störungen zu verfolgen, sind diese Karten durch unzureichende Daten eingeschränkt. Folglich können sie keine hochpräzisen Echtzeit-Standortdaten für GPS-Störungen liefern. Darüber hinaus ermitteln sie weder die Intensität von Störungen oder Spoofing noch erfassen sie, wie diese Intensität je nach Entfernung, Höhe und topografischen Merkmalen wie Hügeln, Bergen, Bäumen und Gebäuden variiert. Zudem ist ihr Nutzen in erster Linie auf die unmittelbare Umgebung von Flughäfen und Flugrouten beschränkt, was in bestimmten geografischen Gebieten zu erheblichen Abdeckungslücken führt.

GNSS-Störungen lassen sich mithilfe von Ausfallkarten weitgehend verfolgen und geben einen allgemeinen Überblick darüber, wo Störungen auftreten. Diese Karten weisen jedoch nicht die Präzision und Vollständigkeit auf, die Militär, Zivilflugzeuge, Schiffe oder Rettungsdienste benötigen, da diese für eine effektive Koordination auf genaue Standortdaten angewiesen sind.

Sind Smartphones unsere ultimative Antwort?

Ausgefeilte Algorithmen, die Daten mehrerer Smartphones nutzen, können Signalunregelmäßigkeiten lokalisieren und so auf Stör- oder Spoofing-Aktivitäten hinweisen. Dieser innovative Ansatz unterstreicht das Potenzial von Smartphones als riesiges, verteiltes Sensornetzwerk. In den USA bilden über 300 Millionen Smartphone-Nutzer ein leistungsstarkes Erkennungssystem. Gestützt auf jahrelange Forschung hat sich die Crowdsourcing-Smartphone-Erkennung von GPS/GNSS-Störungen als praktikable Lösung erwiesen. Das National Space-based PNT Advisory Board fördert die Einrichtung eines nationalen Systems zur Erkennung und Meldung von Störungen in Satellitennavigationssystemen und betont dabei den Einsatz mobiler Funktechnologie als Schlüsselkomponente.

Smartphone-Netzwerke bieten eine einzigartige Lösung für zeitnahe Warnungen vor Störsignalen oder Spoofing-Bedrohungen. Durch die räumliche Analyse von GNSS-Rohsignalen können diese Netzwerke Angriffsquellen lokalisieren und so den Schutz der zivilen Navigation und kritischer Infrastrukturen verbessern. Ihre weitläufige, verteilte Struktur löst zudem zentrale Herausforderungen bei der Störungserkennung: die Identifizierung von Sendern und die Bestimmung des betroffenen Gebiets. Dieser innovative Ansatz nutzt Echtzeitindikatoren und stärkt so die Widerstandsfähigkeit gegen Störungen von Zeitmessanwendungen und mehr.

Wie verfolgt man Kohlenstoffemittenten?

Die genaue Lokalisierung der Quelle von Störangriffen, des sogenannten Emitters, ist entscheidend für die Umsetzung schneller und effizienter Gegenmaßnahmen. Dazu gehört die Deaktivierung des Störsenders, um die Navigationsdienste wiederherzustellen. Die genaue Ortung des Emitters liefert Erkenntnisse über das Epizentrum der Störung, ihre potenziellen Auswirkungen und die am stärksten gefährdeten Anlagen. Herkömmliche bodengestützte Sensoren haben jedoch oft Schwierigkeiten, diese Emitter genau zu identifizieren. Ein Haupthindernis liegt in der Verwendung schwacher Signale, die aus der Ferne schwerer zu erkennen sind und von verschiedenen Oberflächen wie Gebäuden, Fahrzeugen und Laub reflektiert werden können. Zudem verändern mobile Störsender ständig ihre Position, was den Ortungsprozess zusätzlich erschwert. Moderne Störsender nutzen zudem Techniken zur Umgehung der Erkennung, wie Rundstrahlantennen und Frequenzsprungverfahren, was die Triangulation erschwert. Die Integration eines Smartphone-basierten Erkennungssystems würde das Sensornetzwerk deutlich stärken und die Chancen einer erfolgreichen Ortung des Emitters erhöhen.

Große Netzwerke mobiler Geräte ermöglichen die Echtzeitüberwachung der Ionosphäre und verbessern so die Positionsgenauigkeit. Dieser innovative Ansatz nutzt ein dichtes Raster von Detektionspunkten, um Signalstandortdaten schnell und präzise in Echtzeit zu erfassen, zu bestätigen und zu zentralisieren. Selbst bei Positionswechseln des Senders gewährleistet dieses System eine nahtlose Verfolgung. Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit dieser Netzwerke können wir die Überwachung und Ortung von Signalen revolutionieren und den Weg für fortschrittlichere und effizientere Positionierungstechnologien ebnen.

Wie funktionieren Wirkungsbereiche?

Die genaue Bestimmung des Wirkungsbereichs von GPS-Störungen stellt für aktuelle Erkennungsmethoden eine erhebliche Herausforderung dar. Schwankungen der Signalstärke und die allgemeine Wirksamkeit von Störangriffen werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter geografische Entfernung, natürliche Landschaften wie Hügel und Wälder, städtische Dichte und andere Umweltelemente. Folglich können die tatsächlichen Auswirkungen eines Angriffs an zwei Standorten erheblich variieren, selbst wenn diese relativ nahe beieinander liegen. Um dieser Komplexität zu begegnen, bietet ein kombiniertes Netzwerk aus hochgelegenen und ad hoc terrestrischen Sensoren ein breiteres Spektrum an Eingangsdaten und verbessert so die Fähigkeit, die Auswirkungen von GPS-Störungen präzise zu bewerten und zu mildern. Auch die Höhe dieser Sensoren spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Erkennungsfähigkeiten.

Durch Feldtests mit der ukrainischen Militärinnovationseinheit haben wir festgestellt, dass die Stärke und Wirkung von Störsignalen je nach Flughöhe deutlich variiert. Während Ziele mit klarem Himmel wie Flugzeuge anfälliger für die volle Wucht von Störangriffen sind, können Drohnen und Autos in geringer Höhe weniger Auswirkungen erfahren. Um Navigationsnutzer in betroffenen Gebieten in Echtzeit und effektiv zu warnen, ist die genaue Identifizierung des betroffenen Gebiets entscheidend. Smartphones erweisen sich in diesem Zusammenhang als wertvolles Hilfsmittel. Durch den Einsatz eines Netzwerks mobiler Sensoren können wir die weitreichenden Auswirkungen von Stör- und Spoofing-Signalen schneller und präziser bestimmen. Dies erreichen wir, indem wir die Auswirkungen auf einzelne Geräte bewerten und mit deren Standortdaten korrelieren, um eine schnelle und präzise Lösung zu bieten.

Wohin sollten wir als nächstes gehen?

Die Integration der GPS-Interferenzerkennungsmaßnahmen verschiedener Behörden wie dem Verteidigungsministerium, dem Heimatschutzministerium und der Federal Aviation Authority (FAA) ist von entscheidender Bedeutung. Durch die Nutzung kommerzieller Satelliten, künstlicher Intelligenz und insbesondere von Mobiltelefonen sollen diese Initiativen die Erkennungsmöglichkeiten verbessern. Mobiltelefone zeichnen sich durch ihre weite Verbreitung, Kosteneffizienz und die Möglichkeit zur Erhöhung der Redundanz aus. Was wir jedoch letztendlich benötigen, ist ein einheitliches System, das diese Technologien für eine Echtzeiterkennung zusammenführt. Derzeit testen wir neue Smartphone-basierte Funktionen zur Erkennung und Senderlokalisierung und ebnen so den Weg für eine umfassendere Lösung.

Sean Gorman, CEO und Mitgründer von Zephr.xyz, ist federführend bei der Entwicklung innovativer standortbasierter Lösungen. Kernstück der Innovation ist ein mehrschichtiges System, das Satelliten-, Boden-, Mobilfunk- und Flugdaten integriert und so eine beispiellose GNSS-Anomalieerkennung und -verfolgung ermöglicht. Dieser umfassende Ansatz gewährleistet eine schnelle Erkennung und Reaktion auf Bedrohungen. Insbesondere die Integration eines Mobilfunkerkennungssystems bietet einen kostengünstigen Frühwarnmechanismus. Telefonsensoren lösen Alarme aus, denen umgehend Satelliten- und andere Systembestätigungen folgen. Durch den Aufbau eines dichten Netzwerks von Erkennungspunkten verbessern wir unsere Abwehrfähigkeiten deutlich und beschleunigen Reaktionszeiten. Dies ebnet den Weg für eine sicherere Zukunft.

Gorman ist Experte für Geodatenwissenschaft und nationale Sicherheit und verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung als Forscher, Unternehmer und Wissenschaftler. Er hatte leitende Positionen bei Maxar und iXOL inne und gründete Pixel8earth, GeoIQ und Timbr.io. Als ehemaliger technischer Leiter des Kartenteams von Snap und Chefstratege des DC Development Center von ESRI verfügt Gorman über beispiellose Expertise. Er war Fachexperte der Critical Infrastructure Task Force des DHS und des Homeland Security Advisory Council und erwarb dafür acht Patente. Gormans umfangreiches Wissen erstreckt sich auch auf die Wissenschaft, wo er zuvor Forschungsprofessor an der George Mason University war.