Gli operatori del Mediterraneo orientale, del Mar Nero, delle regioni baltiche, della Polonia e di alcune zone della Scandinavia si trovano ad affrontare una sfida cruciale: le forti interferenze GNSS. Questa interferenza non solo disturba, ma rappresenta anche una minaccia significativa per la sicurezza della navigazione marittima e aerea sia militare che civile, evidenziando la moderna dipendenza da feed GNSS accurati, simile alla dipendenza di Colombo dalla sua bussola. Interrompere le operazioni non è fattibile e aggirare il disturbo comporta costi elevati. Pertanto, gli operatori devono rivolgersi a tecnologie avanzate che offrano protezione elettronica, capacità di identificazione dei disturbi e geolocalizzazione precisa delle fonti di disturbo.
- GNSS e GPS: Qual è la differenza? Panoramica
- Come funziona il disturbo del GPS?
- Dove i segnali GPS sono più disturbati?
- Le tecniche di protezione elettronica possono attenuare il disturbo del GPS?
- Quali sono le possibilità di inceppamento?
GNSS e GPS: Qual è la differenza? Panoramica
Il GPS, la costellazione satellitare GNSS più famosa, utilizza una rete di satelliti per trasmettere segnali ai ricevitori terrestri. Questi segnali, trasmessi nelle bande di frequenza L1, L2 e L5, trasportano dati temporali ad alta risoluzione, essenziali per individuare le coordinate esatte della posizione. La triangolazione, che utilizza i segnali di almeno quattro satelliti, consente al ricevitore GPS di calcolare con precisione la propria posizione. Tuttavia, questi segnali satellitari, viaggiando su grandi distanze, arrivano a Terra indeboliti, rendendoli suscettibili di interferenze. Altri sistemi GNSS, come Galileo dell’UE, GLONASS della Russia, Beidou della Cina, QZSS del Giappone e IRNSS dell’India, coesistono con il GPS, offrendo soluzioni di navigazione alternative.
Come funziona il disturbo del GPS?
Il jamming GPS è una forma di interferenza attribuita in cui gli avversari disturbano intenzionalmente le comunicazioni. Il meccanismo principale consiste nell’interrompere i segnali trasmessi dai satelliti GPS. I segnali GPS, essendo molto deboli quando raggiungono il ricevitore, diventano suscettibili di questo tipo di disturbo. Un oscillatore genera un segnale a radiofrequenza alla stessa frequenza su cui operano i dispositivi GPS. Questo segnale, dopo essere stato amplificato fino a raggiungere un livello in grado di sovrastare i segnali GPS entro un intervallo specifico, viene trasmesso tramite un’antenna. La possibilità di regolare l’amplificatore offre flessibilità in termini di portata operativa del disturbatore. L’interferenza trasmessa riduce effettivamente il rapporto segnale/rumore del ricevitore GPS, rendendo difficile o addirittura impossibile per il dispositivo distinguere i segnali GPS effettivi in mezzo al rumore di fondo.
Il jamming GPS disturba la ricezione del segnale GPS utilizzando due metodi principali: il blocco e lo spoofing. I metodi di blocco, tra cui il jamming a onda continua (CW) e a banda stretta, impediscono ai ricevitori di elaborare i segnali in arrivo. Nel disturbo CW, un dispositivo emette continuamente una singola frequenza o una banda di frequenza ristretta, inondando i ricevitori con segnali non modulati. Il jamming a banda stretta, invece, si rivolge a frequenze GPS specifiche con intervalli precisi di 2 MHz, riducendo al minimo i disturbi alle frequenze non bersaglio. Lo spoofing, un’altra tecnica di disturbo, prevede metodi di modulazione per ingannare i ricevitori GPS. Al centro di tutte le operazioni di disturbo c’è il circuito di controllo, che supervisiona i vari componenti, regolando la frequenza dell’oscillatore e la potenza dell’amplificatore per mettere a punto il disturbatore in base alle esigenze specifiche.
Le tecniche di modulazione utilizzano segnali che assomigliano ai dati GPS reali, confondendo il GPS e rendendo difficile distinguere le informazioni reali da quelle false. Questi metodi includono lo spoofing, in cui false posizioni ingannano i dispositivi GPS, e le interferenze complesse, che disturbano la capacità dei ricevitori GPS di agganciare il giusto segnale satellitare. A differenza delle tecniche basate sul rumore, che sovraccaricano il GPS, la modulazione si basa sulla trasmissione di segnali ingannevoli ma convincenti.
Dove i segnali GPS sono più disturbati?
L’inceppamento del GPS si è intensificato a livello globale dal 2016, con la Corea del Sud, il Canale di Suez, Cipro e Israele tra le regioni più colpite alla fine degli anni 2010. Nel 2024 la situazione si è intensificata, in particolare nel Mediterraneo orientale, nel Mar Nero, in alcune zone del Baltico, in Polonia e in Scandinavia, che sono emerse come le aree più disturbate al mondo. Per visualizzare i livelli di interferenza, un sito web open-source chiamato GPSjam utilizza i segnali ADS-B trasmessi dagli aerei. La gravità dell’interferenza viene stimata in base a questi segnali, fornendo un quadro chiaro delle zone colpite. L’immagine del marzo 2024, disponibile su GPSjam, illustra i vari gradi di interferenza GPS: il rosso indica un’interferenza elevata, il giallo una media e il verde una bassa. In particolare, i dati relativi ad altre regioni non sono ancora disponibili.
Le alternative al GPS sono ora essenziali, dato che GPSjam segnala un’impennata di interruzioni del GPS che interessano il trasporto marittimo, l’aviazione e le infrastrutture critiche. Questa tendenza allarma assicuratori, agenzie e governi. Per adattarsi, i capitani delle navi tornano alla navigazione tradizionale, i piloti adottano sistemi di riferimento inerziali e le forze armate si diversificano con soluzioni di Assured Positioning, Navigation, and Timing (A-PNT). Questo cambiamento sottolinea la necessità di alternative affidabili al GPS per mantenere l’integrità della navigazione globale.
GPSjam, pur essendo efficace nel mettere in luce i problemi di dominio pubblico, non offre alcun supporto a coloro che sono colpiti dal disturbo GPS. Tra questi, le forze militari che non dispongono di un sistema di posizionamento, navigazione e temporizzazione (PNT) sicuro, come i sistemi logistici, medici, aeroportuali e di comunicazione. Anche gli operatori di sistemi senza equipaggio di UAV, USV e UGV, così come le navi e gli aerei nelle zone di disturbo GPS, ne risentono. I porti e gli aeroporti civili critici nelle vicinanze sono altrettanto vulnerabili. Tuttavia, le vittime non devono limitarsi a evitare queste aree. Possono essere proattive implementando protezioni elettroniche contro il disturbo GPS, conducendo valutazioni del rischio di disturbo prima della missione e persino geolocalizzando il disturbatore stesso, trasmettendo la sua posizione alle forze militari o di polizia.
Le tecniche di protezione elettronica possono attenuare il disturbo del GPS?
Per contrastare efficacemente il jamming GPS, le antenne Controlled Reception Pattern (CRPA) rappresentano una valida alternativa alle antenne GNSS standard. Queste antenne phased array sono progettate per modellare i loro fasci di ricezione del segnale, riducendo così al minimo l’impatto dirompente dei segnali di disturbo e ottimizzando contemporaneamente la qualità di ricezione dei segnali satellitari GPS. Quando viene rilevata un’interferenza GPS, le antenne CRPA angolano abilmente i loro fasci verso i satelliti, ignorando di fatto i segnali di disturbo. Ciò è possibile grazie alla formazione adattiva del fascio, in cui il modello dell’antenna si regola dinamicamente verso i satelliti GPS e lontano dalle fonti di interferenza. Questa tecnologia non solo orienta il fascio per migliorare i segnali GPS, ma crea anche zone di sensibilità minima altrove, riducendo ulteriormente le interferenze. Per le applicazioni mission-critical come il monitoraggio dello spettro e la geolocalizzazione, l’integrazione di CRPA con i nodi RFeye di CRFS riduce significativamente il rischio di interferenze GPS, garantendo prestazioni GPS precise e ininterrotte.
La tecnologia Beamforming migliora la ricezione GPS incrementando il rapporto segnale/rumore, con il risultato di ottenere prestazioni più forti e affidabili, anche in aree ad alta attività di disturbo. Questo progresso è ottenuto grazie ad antenne direzionali che si concentrano e mantengono un potente collegamento con i segnali satellitari autentici, elevando così la funzionalità del GPS. Aumentando il guadagno dell’antenna e riducendo contemporaneamente al minimo il guadagno per i segnali provenienti da altre direzioni, il ricevitore diventa più abile nel catturare i segnali satellitari filtrando il rumore indesiderato. Inoltre, vengono impiegate tecniche di null steering per manipolare l’array di antenne, creando una zona di ricezione del segnale significativamente ridotta. Ciò avviene generando un’interferenza costruttiva per amplificare i segnali GPS desiderati e inducendo contemporaneamente un’interferenza distruttiva per neutralizzare le interferenze di disturbo. Queste innovazioni contribuiscono a rendere il GPS più robusto e affidabile, anche in ambienti difficili.
Quali sono le possibilità di inceppamento?
Valutare la probabilità di un disturbo comporta un processo meticoloso che va oltre una rapida determinazione. Richiede il rilevamento dei segnali di disturbo e la loro successiva integrazione con vari input di intelligence. Inizialmente, l’individuazione della presenza del disturbatore all’interno dello spettro serve come passo primario, prima dell’utilizzo di altre modalità di intelligence come ELINT, IMINT o COMINT. I nodi RFeye, dotati di un indicatore di disturbo del chipset u-blox, emettono un valore numerico da 0 a 256 che indica l’intensità del disturbo. Questo valore viene poi convertito in formato percentuale dal CRFS RFeye Mission Manager, un software avanzato di gestione dello spettro. Questa conversione facilita una rappresentazione visiva su un grafico, che mostra la percentuale di probabilità di disturbo nel tempo, contribuendo così a una valutazione completa del disturbo.