Rastreamento de uma poderosa fonte de interferência GNSS sobre os céus da Europa

 (arxiv.org)
1 pontos por GN⁺ 4 시간 전 | 1 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • Uma fonte de interferência GNSS baseada no espaço causou dezenas de eventos fortes e temporários de interferência de ampla área sobre o continente europeu, Greenland e Canada desde 2019, afetando até a banda GPS L1 e ampliando preocupações sérias para aviação, navegação marítima e sistemas de tempo de alta precisão
  • Nos dados das estações de referência IGS em 1 Hz, o CNR do GPS L1 caiu bruscamente de forma simultânea em vários pontos dentro da resolução de amostragem de 1 Hz, e eventos simultâneos em locais distantes como Finland, Italy e Greenland sustentam, mais do que uma única causa terrestre ou baseada em aeronave, a hipótese de uma origem espacial com base em detecção por potência recebida
  • Entre 2019 e 2026, em dados de 165 estações de referência, foram encontrados 75 dias com eventos amplos de GPS L1 em que o CNR caiu mais de 5 dB em pelo menos um ponto, e a inclusão de mais 47 dias de eventos mais fracos não altera muito a distribuição; o padrão mostra ocorrência principalmente em dias úteis e horário comercial; registrando dias de ocorrência forte/fraca {b:75,47}
  • Observações espectrais mostram que o pico de interferência está em 1577.5 MHz, cerca de 2 MHz acima da frequência central do GPS L1 de 1575.42 MHz, com largura de banda de cerca de 5 MHz; em alguns eventos, ocorre em seguida um burst na faixa de 1558.5 MHz, mas as duas bandas não ficam ativas ao mesmo tempo
  • CNR e TDOA têm limitações quando usados isoladamente, mas a combinação de potência recebida e diferença de tempo de chegada permite reduzir os candidatos, e a causa pode ser identificada com confiança como um pequeno grupo de satélites russos de alerta antecipado em órbita Molniya

Natureza do problema e base observacional

  • GNSS como o GPS oferecem precisão de posicionamento em nível de metros, acesso global, operação em qualquer clima e operação em silêncio de rádio, mas sofrem degradação de desempenho com facilidade por interferências intencionais como jamming e spoofing, além de interferências naturais como multipercurso e efeitos atmosféricos
  • Nos últimos 5 anos, as perturbações de GNSS aumentaram fortemente nos setores de aviação e marítimo, e quando a perda ou contaminação do GNSS provoca problemas em subsistemas, isso pode gerar falhas em cascata para além de simples erros de navegação ou de tempo
  • O alvo da análise são dados públicos da rede de estações de referência do International GNSS Service (IGS), usando em especial os dados de CNR do GPS L1 C/A de estações que fornecem observações GNSS em alta taxa de 1 Hz
  • Desde 2019, estações de referência na Europa, Greenland e Canada observaram quedas curtas e simultâneas de CNR em todos os sinais GPS L1 que estavam rastreando, com os instantes de início alinhados dentro da resolução de amostragem de 1 Hz, sugerindo uma única fonte de interferência
  • A extensão geográfica dos receptores terrestres afetados é ampla demais para que uma única fonte de interferência terrestre ou baseada em aeronave alcance todos eles, o que reforça a hipótese de uma origem espacial
  • O GPS L1 é a principal banda usada globalmente em aviação, navegação marítima e temporização de precisão, por isso é motivo de forte preocupação que uma interferência continental de alta potência afete essa banda

Método de detecção baseado em potência recebida

  • As estações IGS fornecem observações de fase da portadora, pseudodistância, Doppler e CNR no formato RINEX, e durante interferência o CNR passa a ser tratado como relação portadora sobre interferência+ruído (CINR)
  • Como eventos temporários de interferência normalmente duram de 3 a 5 segundos, o detector usa uma estatística diferencial na forma de ξij[k] = 1/2(zij[k+l] - 2zij[k] + zij[k-l]) para capturar a variação do CNR antes e depois do evento
  • A estatística de detecção por estação Λi[k] é a média de ξij[k] entre vários sinais GNSS rastreados naquele instante, e a decisão sobre presença de interferência é feita com base na variância estimada a partir de dados históricos e em um limiar νi de taxa constante de falso alarme (CFAR)
  • Em um intervalo de 15 minutos no dia 160 de 2021, METG (Finland), MATE (Italy) e THU2 (Greenland) detectaram simultaneamente interferência por volta do segundo 700, sob a condição l=3 e com limiar de probabilidade de falso alarme 10^-4
  • Na detecção em toda a rede de estações nesse mesmo dia, primeiro 21 estações identificaram um evento de baixa potência e, em seguida, 58 estações detectaram um evento mais forte; no evento forte, a queda de CNR do GPS L1 C/A chegou a 6 dB perto da região do Baltic
  • Detecções regionais de interferência em estações individuais não são raras, mas a assinatura temporal alinhada de uma mesma queda de CNR de cerca de 3 segundos em locais distantes como Finland, Italy e Greenland aponta para uma fonte comum de interferência

Padrões temporais e espaciais entre 2019 e 2026

  • A análise de dados em 1 Hz de 165 estações entre 1º de janeiro de 2019 e 4 de maio de 2026 encontrou 75 dias com eventos temporários amplos de interferência em GPS L1 nos quais o CNR caiu mais de 5 dB em pelo menos uma estação
  • No mesmo período, houve 47 dias com eventos amplos temporários mais fracos, e incluí-los não altera significativamente a distribuição por dia da semana e horário
  • A detecção mais antiga de interferência ampla e temporária relevante ocorreu em outubro de 2019, e os eventos de alta potência se concentram principalmente em dias úteis e horário comercial em UTC, sugerindo intervenção humana mais do que fenômenos naturais aleatórios
  • Em algumas datas ocorreram vários eventos de alta potência no mesmo dia e, no dia 146 de 2021, o padrão de um burst de baixa potência seguido por um burst de alta potência se repetiu duas vezes, com cerca de 32,6 minutos entre os eventos fortes
  • O atraso entre bursts de baixa e alta potência foi de 317 segundos no dia 160 de 2021 e de 115 segundos em cada um dos dois eventos do dia 146 de 2021; dentro de um mesmo dia, o timing dos bursts costuma ser periódico, e muitos dos bursts grandes aparecem espaçados por múltiplos inteiros de 150 segundos
  • Espacialmente, as estações europeias foram as mais afetadas, e em quase todos os eventos fortes a região do Baltic apresentou a maior queda de CNR
  • A maior queda de CNR entre todos os eventos foi de 10 dB, registrada em 2025 na estação LAMA, na Poland, e não foram detectadas perturbações semelhantes em outras regiões do mundo simultaneamente aos eventos amplos na Europa
  • No dia 204 de 2020, houve um padrão incomum em que o centro da interferência se deslocou do Baltic Sea, passando pela Germany, até o Norwegian Sea em cerca de 20 minutos; isso pode estar relacionado ao movimento do satélite, a uma mudança no apontamento do feixe da fonte de interferência ou a uma entre várias fontes espaciais ativas

Características espectrais e diferença em relação a rajadas de rádio solares

  • A estação experimental de observação de RFI em Gdynia, Poland, coletou dados de espectro com um receptor GNSS u-blox F9P conectado a uma antena GNSS Trimble; como a perda entre a antena e o front-end do receptor não é conhecida, a análise se concentra na comparação relativa de PSD, não na potência absoluta recebida
  • A mensagem SPAN em 1 Hz do receptor u-blox fornece observações espectrais não calibradas e adimensionais, mas adequadas para comparar eventos entre si e com condições de referência sem interferência
  • Os espectros de 48 eventos fortes de interferência em 2024–2025 mostraram forma consistente, com pico em 1577.5 MHz, cerca de 2 MHz acima da frequência central do GPS L1 de 1575.42 MHz, e largura de banda de cerca de 5 MHz
  • Junto com o GPS L1 C/A, os sinais rastreados Galileo E1 e BeiDou B1C/B1A também apresentaram quedas simultâneas de CNR durante os eventos de interferência; como os três compartilham a mesma frequência central, a magnitude da queda em cada estação ficou próxima
  • O BeiDou B1I, centrado em 1561.098 MHz, não se sobrepõe ao espectro de interferência em 1577.5 MHz, mas mesmo assim apresentou uma queda de CNR pequena porém perceptível em eventos fortes, o que pode ser interpretado como sensibilidade do método de estimação do piso de ruído usado pelos receptores IGS para reportar CNR à interferência próxima de L1
  • Em 15 dos 75 dias, depois que a queda e a recuperação do CNR do GPS L1 C/A terminavam, seguia-se uma queda e recuperação do CNR do BeiDou B1I de magnitude semelhante; a primeira observação foi em junho de 2020
  • Esse padrão implica que a fonte de interferência pode gerar sinais perto de 1577.5 MHz e de 1561.098 MHz, e uma amostra bruta de banda larga obtida em fevereiro de 2026 em Amsterdam, Netherlands, mostrou claramente um burst em 1577.5 MHz seguido por outro em 1558.5 MHz
  • As duas bandas de interferência não parecem ficar ativas ao mesmo tempo, e ainda não foram observados eventos amplos e temporários de interferência perto das bandas GPS L2 ou L5
  • Rajadas de rádio solares também podem reduzir fortemente o CNR de GNSS em áreas amplas e causar degradação de até 25 dB na face iluminada da Terra, mas costumam ser de banda larga, evoluem mais lentamente e mantêm a queda de CNR por mais tempo
  • Durante um flare solar X5.1 e uma tempestade geomagnética de classe G4 em 11 de novembro de 2025, os sinais GPS L1, L2 e L5 da estação SUTM, na South Africa, foram todos afetados, com L2 e L5 chegando a cair até 17 dB por várias centenas de segundos, um comportamento diferente da interferência temporária por satélite

Redução dos satélites candidatos e identificação

  • A primeira redução dos satélites candidatos usa os Two-Line Elements (TLE) públicos do space-track.org, mantidos pela United States Space Force para segurança de voo espacial, buscando objetos que estivessem sobre a região afetada no momento da interferência
  • A estimativa de posição baseada em TLE tem precisão de cerca de 1 km no epoch e piora com o envelhecimento do TLE, mas ainda oferece precisão suficiente para uma triagem preliminar de candidatos
  • Se um objeto espacial s satisfaz a condição de elevação αis ≥ α0 em todas as estações i que detectaram a interferência, ele permanece como candidato, e essa condição permite calcular a altitude mínima de apogeu possível
  • A posição de raio mínimo r* pode ser obtida como um problema de otimização que minimiza ||r|| ao mesmo tempo em que satisfaz as restrições de máscara de elevação de todas as estações detectoras, e a solução é única quando α0 ≥ 0
  • As estações que não detectaram interferência são difíceis de usar para restringir ainda mais a região candidata sem conhecer o padrão de ganho da antena da fonte de interferência, e uma fonte com antena de feixe estreito pode não ser observada em muitas estações mesmo satisfazendo a condição de elevação
  • A variação espacial do CNR sozinha não basta para identificar de forma única a fonte de interferência, mas se quatro ou mais estações terrestres capturarem simultaneamente amostras brutas de banda larga da faixa afetada, técnicas de diferença de tempo/frequência de chegada (T/FDOA) permitem estimar imediatamente posição e velocidade
  • Assumindo que o satélite interferente esteja presente em um catálogo de efemérides de satélites, até duas estações já bastam para reduzir as possibilidades a um conjunto administrável
  • Um framework de associação que combina medições de CNR e diferença de tempo de chegada (TDOA) identifica com confiança a fonte de interferência como um pequeno grupo de satélites russos de alerta antecipado em órbita Molniya, e, se isso for intencional, representa uma escalada qualitativa na interferência GNSS na banda GPS L1

Leituras relacionadas

1 comentários

 
GN⁺ 4 시간 전
Comentários do Hacker News

  • É interessante que tenham conseguido identificar até mesmo o satélite específico. Agora que sabem a origem, fico curioso se dá para fazer alguma coisa
    Trabalhei em projetos de construção na costa da Romênia, ou seja, logo ao sul da Ucrânia, e também nas águas da plataforma continental polonesa, logo a oeste de Kaliningrado, e sofríamos interferência de GPS todos os dias

    • Se a interferência vem de perto de Kaliningrado, isso também deve estar afetando os moradores da Rússia, não? A menos que esteja sendo apontada com extrema precisão, parece provável; e, numa situação em que se quer cobrir uma área ampla, uma mira tão precisa parece pouco provável
    • A Rússia vem fazendo interferência de GPS contra a UE continuamente
      https://www.bbc.com/news/articles/clyx3ly54veo
      É até engraçado ver gente de fora da UE ou favorável à Rússia comentando sobre esse assunto
    • A Rússia assinou o Tratado do Espaço Sideral (OST) em 1967, então isso pode ser uma violação desse tratado ou de outros, e talvez seja possível reagir ou retaliar com essa base
      Dá para hackear satélites, interferir ou atrapalhar a operação com outros meios de guerra eletrônica. Também dá para abatê-los com mísseis. O X-37B está no espaço agora, e é uma possibilidade bem óbvia que uma das razões de sua existência seja intervir em ativos espaciais, mas como é um projeto secreto ninguém fala isso abertamente

  • Vídeo relacionado do Veritasium: https://www.youtube.com/watch?v=tz23G_UXCGA

    • A teoria de que eles transmitem comunicações em bandas próximas ao GPS para suprimir interferência no próprio sistema de alerta antecipado deles parece plausível
      Não faria muito sentido exibir capacidade de interferência de GPS, porque qualquer ator estatal com satélites militares em órbita obviamente já teria considerado essa opção ou teria essa capacidade. Então essa perturbação seria ou um teste regular de capacidade, ou comunicação real, certo?
    • O vídeo não chegou a uma conclusão sobre o incidente de interferência no avião durante a aproximação de von der Leyen a Plovdiv, mas, se bem me lembro, foi provavelmente uma mentira não intencional
      A razão de von der Leyen ou seu porta-voz não terem admitido isso é que o episódio revelou uma falta básica de compreensão do mundo por parte dela e de seu gabinete

  • Um tanto interessante, e parece haver alta chance de relação. Hoje, cerca de 5 drones marítimos ucranianos apareceram à deriva perto e ao largo da costa de Constanta, na Romênia; um deles explodiu no porto e os demais explodiram em algum lugar por perto
    Vídeo do grande estrondo no porto: https://youtu.be/Y8kdneBU_3Q?si=cr07TeMnxJTG-3TM&t=17
    Não houve grandes danos. Parece que o lado ucraniano perdeu o controle dos drones e eles foram parar ali. Minha hipótese pessoal é que a guerra eletrônica russa atrapalhou os sinais de controle e induziu interferência de GPS, empurrando-os até Constanta. Se foi intencional, então a guerra eletrônica russa fez algo bem impressionante

  • Resumo da conclusão do artigo: ao combinar várias técnicas, eles identificaram com alto grau de confiança o Cosmos 2546 (NORAD ID 45608) como uma das fontes de interferência
    Análises adicionais indicam que a constelação russa de satélites de alerta antecipado Edinaya Kosmicheskaya Sistema, à qual o Cosmos 2546 pertence, é coletivamente responsável pela interferência ampla e temporária que vem degradando a qualidade de GNSS em toda a Europa desde 2019

    • Além disso, o Cosmos 2546 foi lançado em maio de 2020, então não pode ter sido a causa dos eventos de interferência ocorridos em 2019
      Também houve alguns eventos de interferência após maio de 2020 em que o Cosmos 2546 não estava sobre a Europa. No entanto, em todos os eventos ao longo dos 75 dias da Tabela 1, havia pelo menos um satélite EKS com elevação acima de 35 graus para todas as estações de referência que observaram a interferência. Portanto, é muito provável que os eventos de interferência GNSS ampla e temporária observados desde 2019 sejam causados pela constelação EKS como um todo

  • Não vejo discussão sobre quanta potência seria necessária para causar interferência numa área tão grande. Mesmo que o sinal de GPS útil no solo seja bem fraco, esse satélite não precisaria de potência na faixa de kW?

    • O satélite tem painéis solares de vários kW

  • Fico curioso por que chamam essa descoberta específica de “interferência”. O que foi encontrado parece ser uma transmissão em rajadas relativamente rara numa faixa de cerca de 5 MHz, e algo que se parece com um prefixo cíclico de 12 ms, com intervalos relacionados a múltiplos de 150 segundos
    Parece um sinal de sincronização ou de dados perto da frequência L1 do GPS, e talvez o efeito colateral seja reduzir o CNR dos receptores GPS. Além disso, é algo em torno de 10 dB, então também é discutível chamar isso de “interferência”. No geral, parece uma interpretação excessivamente ajustada à ideia maior de um ator malicioso por trás da observação

    • Chamam de interferência porque de fato está interferindo

  • O mais surpreendente é alguém ter ficado surpreso com isso. O GPS é muito vulnerável
    Há alguns anos isso também virou notícia nos EUA, quando Ajit Pai teve a brilhante ideia de permitir o chamado serviço de comunicação “5G” numa banda muito próxima das frequências do GPS. Pelo visto, isso ainda não foi resolvido: https://physicstoday.aip.org/news/new-5g-exemption-may-jam-g...

  • Estranhamente, comecei a montar um sistema de navegação estimada exatamente dois dias atrás, então o timing foi perfeito

    • A interferência de GPS já acontece há anos, e navegação estimada não é exatamente uma ideia revolucionária absurda
    • Na maior parte do mundo, as torres locais de telefonia celular já fornecem aos módulos GPS sinais de referência de posição mais precisos
      O beamforming sem fio adicional dos sistemas 5G+ também dificulta que um atacante amador faça interferência de longa distância, porque a propagação de sinais coerentes é limitada. Na prática, radioamadores já vinham detectando navios russos interferindo ou enganando o tráfego portuário local anos antes do início de vários conflitos internacionais oficialmente reconhecidos. Não sei se isso era patrocinado pelo governo ou algum tipo de contrabando, como acontecia com certos navios em portos chineses disparando sinais para todo lado

  • Se é um sinal de comunicação dentro da banda do GPS, será que é um sinal de controle para um ataque à cadeia de suprimentos de software de GPS?

  • Também existe um mapa em tempo real: https://gpsjam.org

    • Isso não tem relação com este post. Este post é sobre interferência baseada em satélite