رصد التشويش على نظام تحديد المواقع العالمي (GNSS) وانتحال صفته

يمكن تقسيم التداخل في نظام GNSS إلى الفئتَين التاليتَين:

  • التشويش
  • الانتحال

تتضمّن هجمات التشويش بث إشارات لاسلكية قوية في النطاق الترددي نفسه الذي يستخدمه نظام GNSS، ما قد يؤدي إلى إضعاف الإشارات الأضعف نسبيًا التي تبثها أقمار GNSS الاصطناعية. ويمكن أن يمنع ذلك أجهزة استقبال GNSS، بما في ذلك الهواتف، من حساب موقعها الجغرافي.

الانتحال هو هجوم أكثر تطورًا يتم خلاله بث إشارات مزيفة تبدو وكأنّها إشارات GNSS حقيقية. يمكن أن تخدع هذه الإشارات المزيفة جهاز استقبال GNSS لحساب موضع أو وقت مختلفَين تمامًا عن الواقع، ما يكفي لتضليل تطبيقات الخرائط والتطبيقات الملاحية وتقديم معلومات خاطئة للمستخدمين.

لمحة عن انتحال إشارات GNSS أو التشويش عليها

يمكن أن تكون قوة الإشارة أو نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) للإشارة، بالإضافة إلى الـ تحكّم التلقائي في الكسب (AGC) لجهاز استقبال GNSS اللاسلكي في الهاتف، مؤشرًا جيدًا على التداخل.

يميل التحكّم التلقائي في الكسب (AGC) إلى الانخفاض عند رصد الانتحال أو التشويش. عندما يتلقّى جهاز الاستقبال موجات لاسلكية قوية، يخفّض كسب المُكبِّر (AGC) لضبط قوة الإشارة المستلَمة.

مقارنة بين قوى الإشارات التي تشير إلى التداخل
الشكل 1. ينخفض التحكّم التلقائي في الكسب (AGC) أثناء التداخل (المنطقة الحمراء)، و يعود إلى مستوياته العادية عند إزالة التداخل (المنطقة الخضراء). (مصدر الصورة: https://doi.org/10.33012/navi.537)

ومع ذلك، يتغيّر سلوك نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) بين أحداث التشويش والانتحال. بالنسبة إلى أحداث التشويش، تكون الضوضاء التي يرصدها جهاز الاستقبال أقوى بكثير من المعتاد، وبالتالي يزداد مقام نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وتنخفض قيمة C/N0. بالنسبة إلى الانتحال، يحدث العكس، لأنّه يتم بث إشارة مزيفة عالية بما يكفي لإضعاف الإشارة الحقيقية من القمر الصناعي، وبالتالي تكون قوة الإشارة الإجمالية قوية، ولهذا السبب تزداد نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0).

التحقّق من انتحال إشارات GNSS أو التشويش عليها

يمكنك استخدام علامة التبويب الانتحال/التشويش في تطبيق GnssLogger لاستكشاف تأثير البيئة على نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) في الوقت الفعلي.

رسم بياني في الوقت الفعلي للتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0)

تعرض علامة التبويب الانتحال/التشويش رسمًا بيانيًا في الوقت الفعلي للتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) لكل مجموعة من كوكبات GNSS ونطاق (مثل "GPS L1" أو "G:L1:" أو "Galileo E5a" أو "E:E5A:").

رسم بياني لميزة "التحكّم التلقائي في مستوى الصوت" ونسبة الموجة الحاملة إلى الضوضاء (C/N0) لكل مجموعة ونطاق GNSS
الشكل 2. ينخفض كل من التحكّم التلقائي في الكسب (AGC) ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) عندما يتم وضع الهاتف بجانب جهاز توجيه Wi-Fi (شكل بيضاوي أحمر). تظهر الإشارات الثلاث الأولى في المتوسط لكل مجموعة من كوكبات GNSS ونطاق على شكل خطوط متقطعة. يظهر التحكّم التلقائي في الكسب (AGC) لكل مجموعة من كوكبات GNSS ونطاق، وهو قيمة واحدة، على شكل خط متصل. يوضّح القسم الذي تم وضع دائرة حمراء حوله في الرسم البياني كيف ينخفض كل من التحكّم التلقائي في الكسب (AGC) ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) عندما يتم وضع الهاتف بجانب جهاز توجيه Wi-Fi، وبالتالي يتم رصد التداخل.

عمليات التحقّق في الوقت الفعلي من الانتحال والتشويش

أسفل الرسم البياني في الوقت الفعلي للتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0)، يعرض التطبيق سلسلة من عمليات التحقّق الآلية من البيانات التي تحدّد الظروف المرتبطة بالتداخل في نظام GNSS.

واجهة مستخدم تعرض أدلة على حالات قد تكون ناجمة عن الانتحال والتشويش
الشكل 3. يمكن أن تحدّد عمليات التحقّق الآلية الظروف التي قد تكون ناجمة عن الانتحال والتشويش.

في قسم عمليات التحقّق من التشويش ، يتحقّق التطبيق ممّا إذا كان متوسّط آخر 10 فترات من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) قد تغيّر مقارنةً بآخر 50 فترة. إذا انخفضت نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) في الوقت نفسه، يمكن أن يكون ذلك من أعراض التشويش على نظام GNSS. في حال رصد هذه الحالة، تعرض البطاقة رسالة "تعذّر" بالإضافة إلى مزيد من المعلومات:

الحالات التي قد يكون سببها تداخل نظام GNSS
الشكل 4. يشير هذا الخطأ إلى أنّه تم رصد ظروف قد تكون ناجمة عن التداخل في نظام GNSS.

تتحقّق البطاقة الأولى في قسم عمليات التحقّق من الانتحال أيضًا من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC)، ولكنّها تبحث عن زيادة متزامنة في نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) وانخفاض في التحكّم التلقائي في الكسب (AGC).

تبحث عملية التحقّق الثانية المرتبطة بالانتحال عن فرق يزيد عن ثانية واحدة بين وقت GNSS المحسوب على الجهاز والوقت الذي يتم استرداده عبر الإنترنت من خادم "بروتوكول وقت الشبكة" (NTP) (وقت الشبكة - وقت GNSS). يمكن أن يشير الفرق الكبير إلى أنّ وقت GNSS المحسوب غير صالح.

النصائح والتلميحات والتحذيرات

في ما يلي بعض النقاط التي يجب وضعها في الاعتبار عند استخدام ميزة الانتحال/التشويش في تطبيق GnssLogger:

  • هذه ميزة تجريبية، ومع اكتسابنا مزيدًا من المعلومات عن خصائص التحكّم التلقائي في الكسب (AGC) على أجهزة Android المختلفة، قد يتم تعديل الخوارزميات الدقيقة المستخدَمة لتغييرات الانتحال والتشويش.
  • لا ترصد هذه الميزة كل حالات الانتحال والتشويش، إذ يسهّل الرسم البياني في الوقت الفعلي وعمليات التحقّق من البيانات اكتشاف خصائص البيانات في الوقت الفعلي، ولكنّها ليست قوية بما يكفي لرصد كل أمثلة الانتحال أو التشويش.
  • تم تصميم هذه الميزة لرصد التغيير في نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC)، فإذا فتحت التطبيق في حال حدوث انتحال أو تشويش وظلّت نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) ثابتَين، لن يتم رصد الانتحال والتشويش.
  • ليست خوادم "بروتوكول وقت الشبكة" (NTP) آمنة بالضرورة، إذ يمكن انتحال وقت الشبكة أيضًا.

يمكنك تقديم ملاحظات عن ميزة الانتحال/التشويش باستخدام أداة تعقُّب المشاكل العامة.