Av:
Geir Pettersen, statslos, Rogaland losoldermannskap, Kystverket
Odd Sveinung Hareide, seniorrådgiver, staben for digitalisering og innovasjon, Kystverket
Steinar Nyhamn, PNT-konsulent
Alexander Sauter, førsteamanuensis, Forsvarets Høyskole, Sjøkrigsskolen
KI-støttet oppsummering:
- GNSS er avgjørende for navigasjon: Satellittsystemer som GPS, Galileo, Glonass og Beidou er selve ryggraden i moderne sjø- og luftfart. Uten dem blir både sikkerhet og fremdrift mer sårbar.
- Forstyrrelser brukes som våpen: Jamming og spoofing er blitt verktøy i hybridkrigføring og forekommer stadig oftere. Norge har særlig merket dette langs grensen til Russland.
- Losene har flere støtteverktøy: GNSS er et viktig sekundærsystem for norske loser, men de navigerer først og fremst etter lykter og terrestrisk navigasjon. På spesielle oppdrag bruker de egne riggkofferter som gir ekstra nøyaktig posisjon og heading.
- Sårbarheten varierer: Mottakere som bare bruker én satellittkonstellasjon eller frekvens er mest utsatt. Multi-GNSS og multifrekvens gir betydelig bedre robusthet.
- Jammetester gir innsikt: Kystverket har deltatt i jammetester siden 2020, sist på Andøya og Bleik i 2024. Testene viser hvordan ulike mottakere reagerer på jamming og spoofing – og hvilke teknologier som gir best beskyttelse.
- Tiltak mot forstyrrelser: CRPA-antenner viste seg svært effektive mot kraftig jamming, selv om de er tunge og kostbare. Multi-konstellasjonsmottakere holder posisjon lenger og gir økt sjøsikkerhet.
- Veien videre: For å møte nye trusler må vi satse på bedre mottakere, anti-spoofing-teknologi og varslingssystemer i sanntid. Like viktig er å styrke opplæringen av mannskap og loser i å oppdage og håndtere forstyrrelser.
Hva med kysten?
For sivil luftfart finnes det foruten rene innflygningssystemer flere alternative navigasjonshjelpemidler, som radarover-våkning, treghetsnavigasjon og IRS (Internal Reference System). Felles for disse er langt dårligere nøyaktighet enn det satellittnavigasjon (GNSS) leverer.
Jamming fra øst, oftest registrert i grenseområdene i Sør-Varanger, er vi ikke like påvirket av langs kysten. Dette skyldes jordkrumningen. Forstyrrelsene går i direkte linje og forsvinner opp i høyden. Skulle ondsinnede derimot jamme lokalt, vil flere båter få problemer. For norske loser er de globale satellitt-systemene (GNSS) et viktig sekundærsystem. Det brukes som en av flere kilder for å kontrollere posisjonen. Losene bruker terrestriel navigasjon som for eksempel lyktene som hovedreferanse. Få land kan skilte med tilsvarende lyktdekning som det vi har i Norge.
Ved spesielle losoppdrag brukes eget GNSS-utstyr (Riggkoffert XR2/XR3), for å gi uavhengig posisjon, heading/rate of turn og fart. Med spesielle oppdrag menes riggforflytninger, større lekterforflytninger, dokkinger etc. Disse systemene gir en mer robust og mer nøyaktig posisjon.
Litt om GNSS (Global Navigation Satellite System).
Ca. 20000 kilometer over oss svever 4 ulike satellittsystemer. De opererer i forskjellige frekvensbånd, og hvert system har ca 30 satellitter. De omtales som:
- GPS (det amerikanske)
- Glonass (det russiske)
- Beidou (det kinesiske) og
- Galileo (det europeiske)
Veldig få fartøyer og fly benytter seg av alle konstellasjonene og hele frekvensbåndet, noe som gjør de mer sårbar for interferens.
Ulike typer forstyrrelser
- Jamming: Interferens/radiostøy som ødelegger/forstyrrer en frekvens. Lett å oppdage da du mister din posisjon. Det kan jammes på ett eller flere system. Er jammingen kraftig, mister du alle signal.
- Spoofing: Avansert utsending av falske signaler, hvor hensikten er å lure mottakeren til å tro den er et annet sted enn der den er. Kan være dynamisk og kan også gi mottakeren feil tid.
- Meaconing: Du mottar ekte signal som er forsterket og videresendt fra en annen mottaker. Skipets mottaker lures/ledes til en posisjon der mottakeren som mottok signalet står.
- Falske korreksjoner: SBAS (Satellite Based Augmentation Systems) er et system som skal gjøre GNSS mer nøyaktig og gi beskjed om satellitter som har problemer. Dette kan manipuleres og gi beskjed om f.eks., ikke bruk satellitt system GPS (L1).
Tiltak mot jamming/spoofing, gjennomføring av jammetest
Våren 2020 søkte Kystverket om midler fra Innovasjon Norge for å utvikle et enda mer robust støttesystem som er tilpasset moderne trusler (riggkoffert) for losene. Midlene (NOK 8 mill) ble bevilget, og Ad Navigation fra Sandefjord ble tilkjent kontrakten. Fokuset var å utvikle et bedre system som også varsler brukeren når uønskede hendelser/forstyrrelser oppstår. Resultatet ble en ny generasjon riggkoffert (XR3).
Som en del av utviklingsarbeidet fikk Kystverket i oppdrag å teste XR3 opp mot de kravene som er etablert i innovasjonsprosjektet. Krav som kun er mulig å teste under ekte interferens ble prioritert. Som referanse brukte vi forrige riggkoffert XR2. I tillegg ble ytelsen til XR3 sammenlignet mot standard Solas-godkjente skipsmottakere fra Koden og Furuno. Vanligvis er det to tekniske hjelpemidler som benyttes som tiltak mot jamming/spoofing:
Multimottaker: En multimottaker benytter flere satellitter. Jamming/spoofing angrep retter seg ofte mot en (eller flere) konstellasjoner. Jammes det på GPS (L1) vil en fremdeles ha posisjon fra Galileo.
Spoofing angrep er litt mer uforutsigbart, da ulike mottakere opptrer helt forskjellig. På XR3, som har RTK kapasitet (Real Time Kinematic positioning), er det flere indikatorer på spoofing: Tap av heading, tap av baseline (avstanden mellom boksene) og endringer av AGC (Automatic Gain Control). Endringer i disse parameter vil også bli varslet til bruker.
CRPA antenne: Controlled reception pattern antennas, anti-jamme-antenne. Jamming/spoofing testen ble gjennomført på Bleik, Andøya i 2024. Under våre tester viste CRPA antenne seg som meget effektiv. Den er litt ustabil ved svak jamming, men desto mer effektiv ved kraftig jamming. Ulempen er størrelsen/vekt og høy pris. Vi koblet en ekstra Koden skipsmottaker til en CRPA antenne, og monterte denne på et biltak, for å undersøke hvor godt den klarte seg.
Tirsdag 10 september kl 19:00 ble det gjennomført en high power jamming test (50W) fra toppen av fjellet Ramnan.
Det ble gjennomført to tester der vi startet fra skjulested bak samfunnshuset på Bleik og kjørte mot jammeren. På første run så det ut som om XR2 og XR3 ble degradert omtrent samtidig. XR2 driftet som vanlig mens XR3 sluttet å vise posisjon. På andre run driftet XR3 noe ut, men holdt fix lengre enn både XR2 og Koden som var tilkoplet CRPA antenne. XR3 viste en posisjon ca 2-300m feil, men var stadig inne med en posisjon i løpet av turen mot jammeren.
Flere spoofing scenarier hadde som formål å overta mottakerne og sende de langs en planlagt rute. Figur 4 viser et scenario der mottakerne startet utenfor spoofet område og det ble kjørt inn i området. Koden uten CRPA og Furuno mottakerne mister fix umiddelbart og stopper opp. XR2 holder noe lengre, men mister fix og drifter (som vanlig) langt av gårde. Koden med CRPA og XR3 klarte seg imidlertid ganske bra selv om nøyaktigheten var varierende. Grafikk på forrige side viser også dette.
Andre momenter
Under flere av jammetestene der styrken på jammingen ble gradvis økt så det ut som om CRPA antennen ikke klarte å hindre svakere (1 watt) jamming, men klarte seg fint ved 10 Watt der Koden mottakeren holdt fix. Det kan dermed virke som om CRPA antennen fungerer best med litt kraftigere jamming. Det er ikke avdekket noe som kan forklare dette. Koden mottakerne som er «gamle» GPS L1 mottakere var ikke så lettlurte under spoofing/ meaconing. Dvs. at de ikke hoppet til den spoofede posisjonen, men isteden oppførte seg som om de var jammet ut. Koden mottakerne kom også raskt tilbake til normal etter jamming ble avsluttet.
Koden lot seg heller ikke overstyre av spoofing av SBAS, Egnos «do not use GPS». De forkastet ikke L1 signalet de hadde. Furuno derimot (som er en dyrere mottaker) lot seg lure og forkastet alle de «sanne» GPS L1 signalene etter å ha fått beskjed via SBAS at de var «unhealthy». Dette er første gang denne type spoofing blir observert og er kanskje mer skremmende enn annen type spoofing.
Avslutning – Hvordan kan vi beskytte maritim navigasjon mot GNSS-forstyrrelser?
Kystverket har deltatt i jammetester siden 2020, og dette har gitt oss verdifull innsikt i hvordan GNSS-forstyrrelser påvirker navigasjonssystemer på skipsbroen og i losenes arbeidsverktøy. Testene på Bleik 2024 bekrefter at jamming og spoofing er reelle utfordringer for maritim navigasjon, men at det finnes effektive tiltak for å øke robustheten.
Hva har vi lært?
- Multi-konstellasjonsmottakere gir bedre robusthet
Mottakere som bruker flere satellitt systemer (GPS, Galileo, BeiDou, Glonass) har større sannsynlighet for å opprettholde en presis posisjon, selv under forstyrrelser. - CRPA-antennen gir betydelig beskyttelse mot jamming
Testene viste at CRPA-antennen reduserer effekten av jamming og bidrar til å opprettholde en stabil posisjon, noe som gjør den til et viktig verktøy for økt navigasjonssikkerhet. - Eldre mottakere reagerer forskjellig på spoofing
Enkelte mottakere valgte å miste fix fremfor å akseptere falske posisjoner, men dette er ikke nødvendigvis en konsekvent fordel. Hvordan en mottaker håndterer spoofing varierer med teknologi og konfigurasjon. - SBAS-spoofing kan utgjøre en skjult trussel
Furuno-mottakeren forkastet ekte GNSS-signaler etter en falsk «unhealthy»-melding via SBAS. Dette viser at mottakere bør ha bedre mekanismer for å verifisere integritetsvarsler.
Veien videre – Hvordan kan vi beskytte oss?
- Økt bruk av multi-GNSS og multi-frekvens mottakere for å redusere sårbarhet for jamming og spoofing.
- Videreutvikling av anti-spoofing teknologi i maritim navigasjon.
- Styrket opplæring av maritime operatører og loser i hvordan de kan oppdage og håndtere GNSS-forstyrrelser.
- Utvikling av varslingssystemer som kan detektere og indikere spoofing eller jamming i sanntid.
- GNSS-forstyrrelser vil fortsette å utvikle seg, og det er viktig at vi holder tritt. Kontinuerlig testing, teknologisk utvikling og økt bevissthet vil være avgjørende for å sikre presis og pålitelig navigasjon i fremtiden.