L’aumento dell’integrazione del GPS nelle infrastrutture civili ha portato a un corrispondente aumento della suscettibilità del sistema a disturbi e interferenze. Questa vulnerabilità viene sfruttata dai trasgressori che cercano di interrompere i sistemi abilitati al GPS, portando alla disponibilità diffusa di dispositivi di disturbo GPS online. Questi dispositivi economici, spesso a un prezzo inferiore rispetto ai ricevitori GPS di base, rappresentano una minaccia considerevole per il funzionamento senza interruzioni di numerosi sistemi basati sul GPS. Il panorama delle interferenze intenzionali a radiofrequenza (RF) è vario e comprende varie forme come toni, forme d’onda spazzate, impulsi, rumore a banda stretta e rumore a banda larga, tutte in grado di interrompere i segnali GPS.

La mitigazione degli effetti del jamming e delle interferenze, nonché l’individuazione delle loro fonti, possono essere ottenute con vari metodi. Questi metodi possono essere ulteriormente migliorati utilizzando informazioni preliminari sulla fonte di interferenza. Questo articolo fornisce tali informazioni preliminari, concentrandosi su un set di disturbatore e valutando le minacce associate. I nostri risultati si basano su due test. Il primo test ha comportato la registrazione di dati RF grezzi da disturbatore selezionati e l’analisi utilizzando metodi spettrali a trasformata di Fourier veloce (FFT). Il secondo test ha valutato la portata effettiva di un sottoinsieme di disturbatori gps utilizzando un ricevitore COTS (Commercial Off-The-Shelf). I risultati presentati in questo articolo si basano su 18 disturbatori GPS civili. Tuttavia, è importante notare che ci sono altri tipi di disturbatore GPS disponibili per la vendita che non sono stati testati. Inoltre, è probabile che il comportamento e la progettazione dei disturbatori civili si evolvano nel tempo.

I dispositivi Civil GPS disturbatore, che affermano di disturbare o “bloccare” i segnali GPS, sono facilmente accessibili attraverso vari siti Web ed entità online. Il costo di questi dispositivi varia in modo significativo, da poche decine di dollari a diverse centinaia. Tuttavia, il loro prezzo non sembra essere correlato alle caratteristiche e all’efficacia dichiarate dai fornitori. Le portate effettive pubblicizzate vanno da pochi metri a diverse decine di metri, ma le distanze effettive sono spesso molto maggiori. Inoltre, i consumi energetici dichiarati e reali variano ampiamente, da una frazione di watt a diversi watt. In questo articolo, traiamo conclusioni basate esclusivamente sui disturbatore che abbiamo testato.

Abbiamo esaminato vari disturbatori GPS e li abbiamo classificati in tre gruppi distinti in base alla loro morfologia. Questi disturbatore, progettati per essere collegati a una presa di alimentazione ausiliaria da 12 volt per autoveicoli (presa accendisigari), costituiscono il Gruppo 1. Un altro set, il Gruppo 2, comprende disturbatore alimentati da una batteria interna ricaricabile e dotati di un’antenna esterna collegata tramite un connettore SMA. Infine, il Gruppo 3 comprende disturbatore camuffati da telefoni cellulari; Hanno batterie ma non antenne esterne. La Figura 1 illustra un esempio di ciascuno di questi tre gruppi. In tutti i 18 disturbatore, la maggior parte della potenza di trasmissione vicino alla frequenza portante L1, sei potenze di trasmissione vicino alla frequenza portante L2 e nessuna potenza di trasmissione vicino alla frequenza portante L5.

In questo articolo, ci concentriamo sui livelli di potenza trasmessi all’interno delle bande GPS L1 e L2 da vari disturbatori di segnale. I nostri risultati rivelano che molti di questi dispositivi possiedono il potenziale per una facile modifica, consentendo loro di trasmettere una potenza significativamente più elevata all’interno delle bande GPS. In particolare, mentre alcuni disturbatore operano anche a frequenze al di fuori dello spettro GPS, come i telefoni cellulari o le bande Wi-Fi, questi non sono l’oggetto della nostra discussione. Durante i nostri test, abbiamo rimosso le antenne del disturbatore per garantire misurazioni coerenti. Tuttavia, è importante riconoscere che nelle applicazioni del mondo reale, le antenne svolgono un ruolo cruciale nel plasmare il comportamento del disturbatore. In particolare, i disturbatore del Gruppo 1 e del Gruppo 2 utilizzano antenne monopolari caricate, mentre i disturbatore del Gruppo 3 si basano su antenne elicoidali elettricamente corte, che presentano un modello di guadagno simile a quello dei monopoli caricati.

Queste antenne emettono radiazioni polarizzate linearmente, a differenza della polarizzazione circolare destra dei segnali GPS. A causa di questa mancata corrispondenza di polarizzazione, le antenne del ricevitore GPS polarizzate circolarmente a destra subiscono una perdita di potenza. Questa tecnologia innovativa garantisce un flusso di segnale regolare mantenendo una qualità di ricezione ottimale, nonostante la riduzione di potenza intrinseca causata dalla differenza di polarizzazione.

• Quanto sono efficaci i segnali di disturbo? Un test delle caratteristiche
• Quanto sono efficaci i disturbatori di segnale? Rivelati i risultati dei test

Quanto sono efficaci i segnali di disturbo? Un test delle caratteristiche

L’obiettivo principale della nostra serie di test iniziale era quello di acquisire campioni complessi di segnali di disturbo e dedurre le caratteristiche del disturbatore da questi set di dati. Abbiamo adottato un approccio in due fasi per una raccolta efficace dei dati. Inizialmente, è stato utilizzato un analizzatore di spettro per individuare la gamma di frequenza del segnale di disturbo vicino a L1 e L2. Successivamente, i dettagli di frequenza identificati sono stati utilizzati per impostare la frequenza centrale di un dispositivo di digitalizzazione RF multiuso e di archiviazione del segnale, dotato di un array di archiviazione RAID a 12 unità. Sui dati registrati sono state condotte successive analisi offline. La nostra procedura di test ha comportato le seguenti fasi: Per i primi due gruppi, il disturbatore è stato posizionato all’interno di una custodia di prova schermata RF (fare riferimento alla FIGURA 2) per eliminare qualsiasi perdita di segnale. La sua porta di uscita del segnale SMA è stata quindi collegata al relativo dispositivo di raccolta dati tramite un cavo coassiale schermato.

L’involucro RF è stato utilizzato principalmente come misura precauzionale, assicurando che i segnali passassero dall’interno verso l’esterno attraverso il passante coassiale integrato. È interessante notare che per i disturbatori del Gruppo 1 e 2, non si è verificata alcuna radiazione del segnale del disturbatore nemmeno all’interno dell’involucro. D’altra parte, i disturbatori del Gruppo 3, privi di antenne esterne, erano autorizzati a irradiare all’interno dell’involucro RF utilizzando le loro antenne interne. Per catturare questi segnali, all’interno dell’involucro RF è stata posizionata un’antenna patch ricevente amplificata attivamente. L’uscita di questa antenna è stata quindi collegata al relativo dispositivo di registrazione RF tramite il passante coassiale dell’involucro. Il disturbatore e l’antenna ricevente erano separati da circa 14 centimetri, con il centro del campo visivo dell’antenna patch puntato direttamente verso il disturbatore. Il disturbatore era orientato in modo tale che l’asse della sua antenna elicoidale fosse perpendicolare alla linea che collegava l’antenna ricevente e il disturbatore.

Quanto sono efficaci i disturbatori di segnale? Rivelati i risultati dei test

Attraverso i metodi spettrali FFT e le misure della potenza in banda, abbiamo analizzato i segnali di 18 disturbatore, anche se qui viene discusso solo un sottoinsieme rappresentativo. La Figura 3 illustra i risultati di questa analisi per un tipico disturbatore del Gruppo 1. Il grafico superiore di questa figura rappresenta graficamente la frequenza sulla scala verticale rispetto al tempo sulla scala orizzontale, mentre il grafico inferiore rappresenta graficamente la potenza sulla scala verticale rispetto al tempo sulla scala orizzontale. Ogni fetta verticale del grafico dei dati RF registrati rappresenta un singolo spettro di frequenza FFT, che copre 62,5 MHz centrato sulla banda L1 con una risoluzione di circa 1 MHz. La densità spettrale di potenza relativa di ciascuna fetta è indicata dal colore. Gli assi temporali di entrambi i grafici si estendono su 80 microsecondi. Il grafico superiore della Figura 3 mostra chiaramente una modulazione di frequenza lineare intervallata da reset rapidi – una serie di chirp lineari. Ogni scansione richiede nove microsecondi e copre un intervallo di circa 14 MHz.

Esplorando le proprietà del segnale del disturbatore, abbiamo osservato notevoli variazioni all’interno dei dispositivi del Gruppo 1. Nonostante i loro esterni apparentemente identici, questi disturbatore hanno mostrato comportamenti di segnale distinti, differendo nella modulazione di frequenza e nella potenza in uscita all’interno della banda GPS L1. Questa gamma di frequenze civili, contrassegnata da una linea rossa orizzontale nel nostro grafico superiore, ha rivelato una potenza di uscita costante di circa 20 milliwatt tra i dispositivi. Curiosamente, tre di questi disturbatore sembravano condividere un modello comune, mentre uno si distingueva. Tutti trasmessi in esclusiva su L1. Inoltre, un disturbatore unico del Gruppo 2 ha attirato la nostra attenzione grazie alle sue doppie distinzioni, come visualizzato nella FIGURA 4. Questo dispositivo si rivolge specificamente allo spettro L2, con la sua frequenza centrale indicata dalla linea rossa, presentando un profilo spettrale insolito rispetto alle sue controparti.

Scopri le caratteristiche distintive dei disturbatori di segnale avanzati. A differenza della Figura 3, il disturbatore mostrato nella Figura 4 mostra una modulazione di frequenza d’onda triangolare, che si distingue per la sua frequenza di modulazione notevolmente elevata. Questa rapida modulazione vanta un periodo di appena 1 microsecondo, una diminuzione di dieci volte rispetto alle sue controparti. Inoltre, la sua scala orizzontale si estende su soli 8 microsecondi, offrendo uno sguardo più da vicino alle sue funzionalità. Mentre i disturbatore del Gruppo 2 utilizzano tipicamente modulazioni di frequenza a dente di sega, come mostrato nella Figura 3, questo particolare modello va oltre, trasmettendo potenza di disturbo sia alle frequenze L1 che L2.氓聙录氓戮聴忙鲁篓忙聞聫莽職聞忙聵炉,氓聫陋忙聹聣氓聫娄盲赂聙盲赂陋Group 2氓鹿虏忙聣掳氓聶篓氓

Sebbene due disturbatore non siano stati all’altezza a causa della loro modulazione di frequenza L1 mal progettata, senza potenza di disturbo inferiore a 4,6 MHz dalla portante L1, questo disturbatore eccelle nella sua portata e versatilità. Inoltre, i disturbatore del Gruppo 3 introducono un’altra modulazione insolita, con i risultati L1 catturati nella FIGURA 5, che mostrano le diverse capacità di questi dispositivi.

Quattro disturbatore del Gruppo 3 trasmettono potenza a L1, L2 e bande di frequenza aggiuntive, in genere utilizzando una modulazione di frequenza standard a dente di sega. Tuttavia, come si vede nel grafico superiore della figura, questa modulazione sembra essere distorta da improvvisi salti di frequenza, risultando in una modulazione di frequenza di tipo lineare. Nonostante la sua natura irregolare, questa forma d’onda mantiene la sua efficacia di disturbo. Tre dei disturbatore sembravano essere dello stesso modello, mentre un quarto differiva. La Figura 5 rappresenta un’eccezione, in cui sono stati osservati ulteriori tipi di distorsione dalla modulazione di frequenza nominale a dente di sega in alcuni disturbatori. Per brevità, la discussione di ogni variazione aggiuntiva è stata omessa qui. Per maggiori dettagli, fare riferimento al documento della conferenza di accompagnamento degli autori elencato nella barra laterale Ulteriori letture.