Eine präzise GNSS-Position ist nur dann verlässlich, wenn auch die zugrunde liegenden Signale verlässlich sind. Im ersten Teil unserer Serie haben wir betrachtet, was bei GNSS Jamming und Spoofing passiert und welche Folgen gestörte oder manipulierte Satellitensignale für professionelle Anwendungen haben können.
Jetzt geht es einen Schritt weiter: Wie lassen sich GNSS Jamming und Spoofing erkennen? Und welche Informationen kann ein GNSS-Empfänger dem Anwender liefern, wenn in der Signalumgebung etwas nicht stimmt?
JAVAD GNSS setzt dafür direkt im Empfänger an. Funktionen zur Jamming- und Spoofing-Erkennung analysieren die empfangenen Signale und können Auffälligkeiten sichtbar machen. Für professionelle Anwender ist dabei nicht nur entscheidend, dass eine Störung erkannt wird. Ebenso wichtig ist, welche Informationen darüber zur Verfügung stehen und wie anschließend mit auffälligen Signalen umgegangen werden kann.
Jamming und Spoofing direkt im Empfänger erkennen
Bei Jamming und Spoofing muss der Empfänger unterschiedliche Situationen bewerten. Beim Jamming wird der Empfang der schwachen GNSS-Signale durch ein Störsignal beeinträchtigt. Bei Spoofing können dagegen weiterhin Signale empfangen werden, die jedoch manipuliert oder nachgebildet sind.
Für die Spoofing-Erkennung analysiert JAVAD unter anderem die Signalstruktur und mögliche zusätzliche Korrelationspeaks. Werden bei einem Satellitensignal mehrere plausible, konsistente Peaks erkannt, kann der Empfänger dies als Hinweis auf Spoofing bewerten und das betroffene Signal entsprechend kennzeichnen.
Für die Beurteilung einer Positionslösung steht damit mehr zur Verfügung als die berechnete Koordinate allein. Auch die Signale, aus denen sie entstanden ist, können betrachtet werden.
Was zeigt JAVAD NetView?
Für den Anwender werden solche Informationen unter anderem in JAVAD NetView sichtbar. Die Software ermöglicht einen detaillierten Blick auf den Signalstatus eines angeschlossenen GNSS-Empfängers.
In der Darstellung lassen sich verschiedene Satellitensysteme und die dazugehörigen Signale einzeln betrachten. Auffälligkeiten durch Jamming und Spoofing werden farblich gekennzeichnet. In der gezeigten NetView-Ansicht steht Orange für Spoofing, Gelb für Jamming und Rot für Signale, bei denen beide Zustände erkannt wurden.
Das ist in der Praxis interessanter als eine reine Meldung, dass mit der GNSS-Lösung etwas nicht stimmt. Der Anwender erhält einen genaueren Einblick in die Signalumgebung und kann Auffälligkeiten einzelnen Signalen zuordnen.
JAVAD entwickelt auch die Ausgabe dieser Informationen weiter. Neben der visuellen Darstellung in NetView sind Textausgaben vorgesehen, über die Informationen zu erkannten Ereignissen von nachgelagerten Systemen automatisiert verarbeitet werden können.
Jamming im Frequenzspektrum sichtbar machen
Noch detaillierter lässt sich die Signalumgebung über das Frequenzspektrum betrachten. Es zeigt vereinfacht gesagt, wie sich die empfangene Signalenergie über einen bestimmten Frequenzbereich verteilt.
Eine ungestörte Signalumgebung weist einen charakteristischen Verlauf auf. Wirkt eine Störquelle auf den relevanten Bereich ein, verändert sich dieses Bild. Im direkten Vergleich zwischen einem typischen Wideband-Spektrum und einem durch Jamming beeinflussten Spektrum werden solche Veränderungen sichtbar.
Für die technische Analyse liefert das Spektrum zusätzliche Informationen darüber, was in der unmittelbaren Signalumgebung des Empfängers passiert. NetView bereitet die Informationen dagegen so auf, dass auffällige Zustände konkreten GNSS-Signalen zugeordnet werden können.
Detection und Interference Rejection sind nicht dasselbe
Für die Einordnung der JAVAD-Funktionen ist eine Unterscheidung wichtig: Eine Störung zu erkennen bedeutet noch nicht, sie vollständig beseitigen zu können.
Jamming and Spoofing Detection dient zunächst dazu, Auffälligkeiten zu erkennen. Interference Rejection geht einen Schritt weiter und bezeichnet Verfahren, mit denen der Einfluss bestimmter Störsignale auf den GNSS-Empfang reduziert werden soll.
Bei JAVAD kommt unter anderem IBIR, In-Band Interference Rejection, zum Einsatz. „In-Band“ bedeutet, dass sich eine Störung innerhalb des Frequenzbereichs befindet, in dem auch das gewünschte GNSS-Nutzsignal liegt. Das stellt besondere Anforderungen an die Signalverarbeitung, weil Nutz- und Störsignal nicht einfach durch eine Trennung weit auseinanderliegender Frequenzbereiche voneinander separiert werden können.
Für den Anwender lässt sich der Unterschied einfacher zusammenfassen: Detection macht eine Auffälligkeit erkennbar. Interference Rejection soll den Einfluss bestimmter Interferenzen auf den Empfang reduzieren.
Was passiert mit auffälligen Signalen?
Besonders bei Spoofing stellt sich nach der Erkennung eine weitere Frage: Soll ein auffälliges Signal weiterhin für die Positionsberechnung verwendet werden?
JAVAD ermöglicht eine differenzierte Konfiguration der verwendeten GNSS-Daten. Einzelne Satelliten, Signale oder komplette Satellitensysteme können von der Positionsberechnung ausgeschlossen werden. Für als Spoofing erkannt bewertete Signale stehen zudem Funktionen zur Verfügung, über die ihr Einfluss auf die Positionsberechnung gesteuert werden kann.
Genau an diesem Punkt wird aus der reinen Erkennung eine Information, die für die weitere Bewertung der Positionslösung genutzt werden kann.
Ein vollständiger Schutz vor Spoofing lässt sich daraus allerdings nicht ableiten. Welche Reaktion sinnvoll ist, hängt von der Anwendung, der eingesetzten Hardware und der konkreten Störsituation ab.
Empfänger und Antenne als Gesamtsystem betrachten
Die Betrachtung endet nicht bei der Signalverarbeitung im Empfänger. Auch die Antenne kann dazu beitragen, den Einfluss unerwünschter Signale zu reduzieren.
JAVAD bietet beispielsweise Antennenvarianten mit J-Shield an. Die hardwareseitige Ausführung dient unter anderem dazu, unerwünschte Signale außerhalb der vorgesehenen Frequenzbereiche stärker abzugrenzen beziehungsweise zu filtern. Anders als eine reine Softwarefunktion muss diese Ausstattung bereits bei der Auswahl der Antenne berücksichtigt werden.
Empfänger, Signalverarbeitung und Antenne gehören deshalb zusammen. Welche Kombination sinnvoll ist, hängt davon ab, in welcher Umgebung das GNSS-System arbeitet und welche Anforderungen an Verfügbarkeit und Verlässlichkeit bestehen.
Wo die Technik an ihre Grenzen kommt
Bei Begriffen wie Anti-Jamming oder Anti-Spoofing entsteht schnell der Eindruck, ein entsprechend ausgestattetes System könne Störungen grundsätzlich ausblenden. So einfach ist es nicht.
Wird ein Störsignal so stark, dass am Empfänger kein ausreichend nutzbares Satellitensignal mehr ankommt, kann auch eine leistungsfähige Signalverarbeitung keine verlässliche GNSS-Position daraus erzeugen.
In der Praxis geht es deshalb nicht um das Versprechen einer unter allen Bedingungen störungsfreien Position. Wichtig ist, Auffälligkeiten zu erkennen, ihre Auswirkungen beurteilen zu können und die verfügbaren Informationen sinnvoll in die Positionslösung beziehungsweise deren Bewertung einzubeziehen.
Diese Grenzen gehören aus unserer Erfahrung genauso zur technischen Beratung wie die Möglichkeiten der jeweiligen Lösung.
Welche JAVAD Empfänger unterstützen die Funktionen?
Die verfügbaren Funktionen hängen von der jeweiligen Empfängergeneration und der eingesetzten ASIC-Technologie ab. ASIC steht für Application-Specific Integrated Circuit, also einen integrierten Schaltkreis, der für bestimmte Aufgaben entwickelt wurde und im GNSS-Empfänger wesentliche Teile der Signalverarbeitung übernimmt.
Nach den uns vorliegenden technischen Informationen unterstützen JAVAD-Empfänger auf Basis der T3- und T2-ASIC-Generationen Jamming and Spoofing Detection. Die Möglichkeiten zur Interference Rejection unterscheiden sich wiederum je nach Empfänger und ASIC-Generation.
Wie sich diese Fähigkeiten in einer weitergehenden Systemlösung nutzen lassen, zeigt das ALLSAT Jamming Detection System (AJDS). Dort werden Informationen verschiedener Komponenten zusammengeführt, um GNSS-Störungen nicht nur zu erkennen, sondern auch Störquellen zu lokalisieren. JAVAD GNSS-Referenzempfänger sind dabei Bestandteil der Systemarchitektur.
Bei der Auswahl eines professionellen GNSS-Empfängers lohnt sich deshalb der Blick über klassische Kriterien wie Genauigkeit, RTK-Fähigkeit oder die unterstützten Satellitensysteme hinaus. Soll auch der Umgang mit einer gestörten Signalumgebung berücksichtigt werden, spielen Empfängergeneration, Signalverarbeitung und Antennenkonzept eine Rolle.
Mehr wissen als nur die Position
Jamming- und Spoofing-Erkennung verhindert nicht jede denkbare Störung. Sie liefert aber zusätzliche Informationen darüber, unter welchen Signalbedingungen eine GNSS-Position entsteht.
Für professionelle Anwender erweitert sich damit die Betrachtung. Neben der Frage „Wie genau ist meine Position?“ wird eine zweite wichtig: „Was weiß ich über die Signale, aus denen diese Position berechnet wurde?“
Welche Funktionen auf Empfänger- und Antennenseite dafür sinnvoll sind und ob weitere Maßnahmen erforderlich werden, lässt sich nicht pauschal beantworten. Entscheidend sind die Anwendung, die Signalumgebung sowie die Anforderungen an Verfügbarkeit und Verlässlichkeit.
Sie möchten wissen, welche Möglichkeiten zur Jamming- und Spoofing-Erkennung für Ihre GNSS-Anwendung sinnvoll sind? Sprechen Sie mit uns. Wir beraten Sie gerne zu einer passenden Lösung.
