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Jamming Y Spoofing: Dos Amenazas Para El Sistema GNS De Su UAV

A medida que avanza la tecnología y surgen retos geopolíticos, se intensifica la demanda de una navegación fiable y segura para los sistemas aéreos no tripulados (UAS). Garantizar la integridad operativa tanto en el sector civil como en el de defensa es primordial. Con las señales de los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) cada vez más amenazadas por interferencias intencionadas y no intencionadas, las deficiencias de los sistemas de navegación tradicionales se vuelven evidentes.

Diversas fuentes pueden perturbar las señales GNSS, entre ellas los fenómenos naturales, los problemas técnicos y, lo que es más preocupante, las interferencias o bloqueos deliberados por parte de adversarios, que suponen una amenaza para la fiabilidad de las señales GNSS. Este artículo se centrará en estos últimos, que pueden dividirse en dos tipos de ataques: Jamming, en el que las señales GNSS se bloquean intencionadamente, y spoofing, que es aún más peligroso, ya que los adversarios crean señales GNSS falsas para despistar a las aeronaves, pudiendo provocar accidentes o dirigirlas a destinos no previstos.

Cuando se enfrentan a este tipo de dificultades, las consecuencias pueden ser graves para las operaciones que dependen exclusivamente de estas señales para la navegación. En escenarios sensibles al tiempo, como operaciones militares o respuestas en emergencias, incluso pequeñas desviaciones de las rutas planificadas o breves interrupciones en la navegación pueden conducir a resultados desastrosos. La creciente frecuencia en las interrupciones de la señal GNSS pone de manifiesto esta vulnerabilidad y subraya la urgente necesidad de una solución de navegación más robusta.

 

¿Qué es el Jamming?

El jamming se refiere a la interrupción o interferencia intencionada de las señales GNSS, hostigando las frecuencias genuinas con ruido o interrupciones, lo que dificulta la recepción de la señal original y a menudo provoca la pérdida de conexiones o datos inexactos.

Durante estos ataques, la potencia de la señal experimenta un incremento respecto a sus valores normales. Como podemos ver en el ejemplo adjunto, la señal aumenta sus valores en frecuencias cercanas a L1 (1575,42 MHz) debido al «jammer».

Figura 1. Efecto de un ataque interferente sobre una señal con valores nominales próximos a 120 dBm. Fuente: ResearchGate
 

Los riesgos asociados a las interferencias son significativos. Los sistemas que dependen en gran medida del GNSS pueden perder la capacidad de navegación, desviándose potencialmente del rumbo previsto, poniendo en peligro las misiones o exponiendo los activos a amenazas.

 

¿Qué es el Spoofing?

Por el contrario, la suplantación consiste en generar y transmitir señales GNSS falsas. En lugar de limitarse a interrumpir las señales como en el caso de las interferencias, la suplantación engaña a un receptor GNSS haciéndole creer que está recibiendo una señal genuina, produciendo datos de posicionamiento falsos que conducen a una navegación inexacta.

El proceso de identificación de un ataque de suplantación de identidad es más difícil que un ataque de interferencia, ya que los efectos sobre la señal son más complejos. Cuando una señal es alterada por un ataque de suplantación, afecta al patrón de modulación de la señal. Este patrón de modulación incluye cambios tanto en la amplitud como en la fase de la señal, representados por los componentes en fase (I) y en cuadratura (Q). Aunque el ataque de suplantación de identidad intente imitar ciertas características de la señal original, como el efecto Doppler causado por el movimiento, puede que no reproduzca perfectamente estas características. Como resultado, surgen discrepancias en el patrón de modulación, lo que provoca cambios detectables en la cuadratura de la señal. Estos cambios pueden analizarse para identificar y contrarrestar los efectos del ataque de suplantación, ayudando a mantener la integridad y seguridad del sistema.

Figura 2. Modulación I/Q de una señal sometida a un ataque de suplantación de identidad. Modulación I/Q de una señal sometida a un ataque de suplantación de identidad. Izquierda: señal original; Centro: Fin del ataque de suplantación; Derecha: Efecto cuando el ataque de suplantación intenta copiar el efecto Doppler. Fuente: Wasy Research

 

Los peligros del spoofing son profundos. Los ataques avanzados de spoofing pueden permitir a los adversarios redirigir potencialmente la trayectoria de la aeronave enviando mediciones erróneas de Posición, Velocidad y Tiempo (PVT), lo que podría provocar un accidente.

 

Una amenaza para el sistema de control de vuelo

La mayoría de los pilotos automáticos de los sistemas aéreos no tripulados (UAS) dependen en gran medida de los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) junto con los sensores inerciales de los Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) para mantener una posición y velocidad precisas, así como para navegar entre waypoints. Sin embargo, en caso de interferencia del GNSS o de ataque de suplantación de identidad, la dependencia exclusiva de los sensores inerciales MEMS para estimar la posición y la velocidad de la aeronave puede hacer que la solución de navegación sea vulnerable. Sin la entrada correctiva del GNSS, la solución inercial comienza a propagarse en el tiempo, lo que conduce a desviaciones progresivamente crecientes y a una mayor incertidumbre en las variables de navegación.

La filosofía de diseño del UAV Navegación-Grupo Oesía es que el UAV no puede depender de la disponibilidad de una señal GNSS; el sistema debe ser capaz de continuar la misión incluso en un entorno sin GNSS.

Cuando un sistema de control de vuelo está interferido o funciona en una zona de navegación denegada por GNSS, el UAS ya no tiene acceso a una solución GNSS PVT. Con sistemas inferiores, la única alternativa es que el piloto remoto tome el control manual, con lo que es probable que la misión fracase y, dependiendo de la distancia entre la estación de control en tierra (GCS), el UAV puede perderse. Como ya se ha mencionado, algunos sistemas pueden ser incapaces de mantener la estabilidad del UAV y la aeronave se caerá del cielo.

Este es uno de los principales puntos débiles de muchos sistemas de drones disponibles en el mercado, y es lo que ha hecho que los inhibidores y otras medidas contra los UAV sean tan populares en el sector.

 

El sistema de control de vuelo UAV Navigation-Grupo Oesía contrastado frente a ataques externos

Los sistemas de UAV Navigation-Grupo Oesía muestran una robusta resistencia frente a ataques externos a la señal GNSS. El sistema de control de vuelo incorpora algoritmos internos avanzados capaces de detectar intentos de interferencia y suplantación, reduciendo así la dependencia de las señales GNSS. Una vez detectadas, el sistema prioriza automáticamente otras fuentes de navegación para garantizar la seguridad del vuelo. En este sentido, el sistema GNC del UAS fusiona los datos de navegación inercial y visual de nuestro Sistema de Navegación Visual, con el VNS01 como fuente de navegación principal, lo que garantiza un funcionamiento sin problemas incluso en entornos sin GNSS.

La combinación de diferentes fuentes de navegación integradas con múltiples algoritmos de control y lógica de supervisión cruzada refuerza aún más la resistencia del sistema de control de vuelo frente a las interrupciones.

La fusión de la navegación inercial y visual, que permite una navegación a estima precisa con una deriva mínima, constituye la piedra angular de las capacidades de nuestro kit de navegación sin GNSS.

Además, a diferencia de los pilotos automáticos de código abierto u otros del mercado, nuestro sistema utiliza el ICD (Documento de Control de Interfaz) de la propiedad UAV Navigation-Grupo Oesía. Esto permite a nuestro sistema prevenir, analizar y detectar eficazmente cualquier interferencia potencial o fallo del sistema, mejorando así la integridad operativa general.

 

Caso de éxito: Alpha Unmanned Systems

Como Como mencionamos en uno de nuestros artículos, Alpha Unmanned Systems, cliente del sistema de control de vuelo UAV Navigation-Grupo Oesía, ha llevado a cabo pruebas de robustez en su plataforma de ala rotatoria ALPHA 800. A pesar de la severidad de estas pruebas, llevadas a cabo por una empresa especializada equipada con sistemas de interferencia anti-drones, el ordenador de control de vuelo UAV Navigation-Grupo Oesía fue capaz de continuar la misión sin ningún signo de ataque o degradación en sus prestaciones, demostrando su fiabilidad y robustez frente a los sistemas anti-drones.

 

 

En conclusión, UAV Navigation-Grupo Oesía tiene un profundo compromiso con el diseño de sistemas altamente robustos, abarcando tanto sus componentes hardware como de software. Mediante la integración de algoritmos avanzados capaces de detectar ataques externos y gestionar diferentes fuentes de navegación, nuestra solución garantiza un funcionamiento seguro y fiable, incluso en entornos con GNSS denegado. Este claro compromiso con la innovación y la resistencia subraya nuestra dedicación a proporcionar soluciones de navegación sin parangón, adaptadas para responder a los retos cambiantes de la aviación moderna.

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UAV Navigation is a privately-owned company that has specialized in the design of flight control solutions for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) since 2004. It is used by a variety of Tier 1 aerospace manufacturers in a wide range of UAV - also known as Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) or 'drones'. These include high-performance tactical unmanned planes, aerial targets, mini-UAVs and helicopters.