यूरोप के ऊपर शक्तिशाली GNSS इंटरफ़ेरेंस स्रोत का पता लगाना

 (arxiv.org)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 4 시간 전 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • अंतरिक्ष-आधारित GNSS इंटरफ़ेरेंस स्रोत ने 2019 के बाद से यूरोपीय महाद्वीप, Greenland और Canada में कई दर्जन बार शक्तिशाली, अस्थायी, व्यापक-क्षेत्र इंटरफ़ेरेंस इवेंट पैदा किए हैं, जिनका असर GPS L1 बैंड तक पहुँचा है और इससे विमानन, समुद्री संचालन तथा precision timing systems को लेकर गंभीर चिंता बढ़ी है
  • IGS 1Hz रेफरेंस स्टेशन डेटा में कई स्थानों पर GPS L1 CNR एक साथ 1Hz sampling resolution के भीतर अचानक गिरा, और Finland, Italy, Greenland जैसे दूरस्थ बिंदुओं पर एक-साथ दिखे इवेंट किसी एक ground-based या aircraft-based कारण की तुलना में received power-based detection और अंतरिक्ष-आधारित कारण की परिकल्पना को अधिक समर्थन देते हैं
  • 2019~2026 के बीच 165 रेफरेंस स्टेशनों के डेटा में ऐसे 75 दिन मिले जिनमें कम-से-कम एक स्थान पर CNR 5dB या उससे अधिक गिरा; 47 दिन और जोड़ने पर भी, जिनमें अपेक्षाकृत कमजोर इवेंट थे, वितरण में बड़ा बदलाव नहीं दिखता और इवेंट मुख्यतः कार्यदिवसों और कामकाजी घंटों में होते दिखाई देते हैं; उच्च-शक्ति/कमजोर इवेंट दिनों का रिकॉर्ड {b:75,47} है
  • स्पेक्ट्रम ऑब्ज़र्वेशन से पता चलता है कि इंटरफ़ेरेंस पीक GPS L1 center frequency 1575.42MHz से लगभग 2MHz ऊपर, यानी 1577.5 MHz पर है, और इसकी bandwidth लगभग 5MHz है; कुछ इवेंट में इसके बाद 1558.5 MHz बैंड में burst आता है, लेकिन दोनों बैंड एक साथ सक्रिय नहीं दिखते
  • सिर्फ CNR और TDOA माप अपने-अपने स्तर पर सीमित हैं, लेकिन received power और time-difference-of-arrival को मिलाकर उम्मीदवारों की सूची घटाई जा सकती है, और स्रोत की विश्वसनीय पहचान Molniya orbit में मौजूद छोटे रूसी early-warning satellite समूह के रूप में की जा सकती है

समस्या की प्रकृति और observation का आधार

  • GPS जैसे GNSS meter-level position accuracy, global accessibility, all-weather operation और radio silence mode में काम करने की क्षमता देते हैं, लेकिन jamming, spoofing जैसे intentional interference और multipath, atmospheric effects जैसे natural interference से इनकी performance आसानी से गिर सकती है
  • पिछले 5 वर्षों में aviation और maritime क्षेत्रों में GNSS disruption काफी बढ़ा है, और जब GNSS loss या contamination अधीनस्थ systems में समस्या पैदा करते हैं, तो यह केवल navigation या timing error तक सीमित नहीं रहता बल्कि cascading failures भी पैदा कर सकता है
  • विश्लेषण का लक्ष्य International GNSS Service(IGS) रेफरेंस स्टेशन नेटवर्क का public data है, और खास तौर पर 1Hz high-rate GNSS observations देने वाले स्टेशनों के GPS L1 C/A CNR डेटा का उपयोग किया गया है
  • 2019 के बाद से यूरोप, Greenland और Canada के रेफरेंस स्टेशनों पर ट्रैक हो रहे सभी GPS L1 signals में एक साथ थोड़े समय के लिए CNR में तेज गिरावट देखी गई, और उनके start time 1Hz sampling resolution के भीतर मेल खाते हैं, जो एक single interference source की ओर इशारा करता है
  • प्रभावित ground receivers की भौगोलिक सीमा इतनी बड़ी है कि किसी एक ground-based या aircraft-based interferer का सब जगह पहुँचना कठिन है, और यही बात अंतरिक्ष-आधारित स्रोत की परिकल्पना को मजबूत करती है
  • GPS L1 दुनिया भर में aviation, maritime और precision timing के लिए इस्तेमाल होने वाला मुख्य बैंड है, इसलिए महाद्वीपीय स्तर के high-power interference का इस बैंड को प्रभावित करना गंभीर चिंता पैदा करता है

received power आधारित detection तरीका

  • IGS रेफरेंस स्टेशन RINEX format में carrier phase, pseudorange, Doppler और CNR observations देते हैं, और interference होने पर CNR को carrier-to-interference-plus-noise ratio (CINR) के रूप में माना जाता है
  • अस्थायी interference events आम तौर पर 3~5 सेकंड तक चलते हैं, इसलिए detector इवेंट के पहले और बाद के CNR परिवर्तन को पकड़ने के लिए ξij[k] = 1/2(zij[k+l] - 2zij[k] + zij[k-l]) रूप की differential statistic का उपयोग करता है
  • स्टेशन-विशिष्ट detection statistic Λi[k] उस समय ट्रैक हो रहे कई GNSS signals के ξij[k] का औसत है, और historical data से अनुमानित variance तथा निश्चित false alarm rate (CFAR) threshold νi के आधार पर interference का निर्णय लिया जाता है
  • 2021 के day 160 के 15-minute interval में METG(Finland), MATE(Italy), THU2(Greenland) ने l=3 शर्त और false alarm probability 10^-4 threshold के तहत लगभग 700 सेकंड के बिंदु पर एक साथ interference detect किया
  • उसी दिन पूरे रेफरेंस स्टेशन detection में पहले 21 स्टेशनों ने low-power event पकड़ा, फिर 58 स्टेशनों ने अधिक शक्तिशाली event detect किया, और strong event में GPS L1 C/A CNR गिरावट Baltic क्षेत्र के पास अधिकतम 6dB तक पहुँची
  • अलग-अलग रेफरेंस स्टेशनों पर स्थानीय interference detection असामान्य नहीं है, लेकिन Finland, Italy, Greenland जैसे दूर-दूर स्थित बिंदुओं पर लगभग 3 सेकंड की एक जैसी CNR गिरावट signature का समय-संरेखित मिलना किसी common interference source की ओर संकेत करता है

2019~2026 के समय और स्थान पैटर्न

  • 1 जनवरी 2019 से 4 मई 2026 तक 165 रेफरेंस स्टेशनों के 1Hz डेटा के विश्लेषण में ऐसे 75 दिन मिले जिनमें कम-से-कम एक रेफरेंस स्टेशन पर CNR 5dB या उससे अधिक गिरा और GPS L1 पर व्यापक-क्षेत्र, अस्थायी interference event हुआ
  • इसी अवधि में अपेक्षाकृत कमजोर व्यापक-क्षेत्र, अस्थायी interference event वाले 47 दिन और मिले, लेकिन इन्हें जोड़ने पर भी सप्ताह के दिन और समय का वितरण विशेष रूप से नहीं बदलता
  • सार्थक व्यापक-क्षेत्र अस्थायी interference का सबसे शुरुआती detection अक्टूबर 2019 में मिला, और high-power events UTC के अनुसार मुख्यतः कार्यदिवसों और कामकाजी घंटों में केंद्रित हैं, जो random natural phenomenon की तुलना में human involvement का संकेत देता है
  • कुछ तिथियों पर एक ही दिन में कई high-power events हुए, और 2021 के day 146 पर low-power burst के बाद high-power burst आने का पैटर्न दो बार दोहराया गया, जहाँ strong events के बीच का अंतर लगभग 32.6 मिनट था
  • low-power burst और high-power burst के बीच delay 2021 के day 160 पर 317 सेकंड था, और 2021 के day 146 के दो इवेंट में यह क्रमशः 115 सेकंड था; एक ही दिन के भीतर burst timing आम तौर पर periodic थी, और बड़े burst अक्सर 150 सेकंड के integer multiples के अंतर पर दिखाई दिए
  • spatially, यूरोपीय रेफरेंस स्टेशन सबसे अधिक प्रभावित हुए, और लगभग सभी high-power events में Baltic क्षेत्र ने सबसे बड़ी CNR गिरावट झेली
  • सभी events में अधिकतम CNR गिरावट 2025 में Poland के LAMA रेफरेंस स्टेशन पर 10dB दर्ज की गई, और यूरोप के व्यापक-क्षेत्र interference events के साथ दुनिया के अन्य हिस्सों में ऐसा ही disturbance नहीं मिला
  • 2020 के day 204 पर interference center ने लगभग 20 मिनट के दौरान Baltic Sea से Germany होते हुए Norwegian Sea की ओर बढ़ने जैसा असामान्य पैटर्न दिखाया, जिसका कारण satellite motion, interferer beam direction में बदलाव, या कई active satellite sources में से एक हो सकता है

स्पेक्ट्रम विशेषताएँ और solar radio bursts से अंतर

  • Poland के Gdynia में स्थित experimental RFI station ने Trimble GNSS antenna से जुड़े u-blox F9P GNSS receiver के माध्यम से spectrum data एकत्र किया; antenna और receiver front-end के बीच loss ज्ञात न होने के कारण absolute received power की बजाय relative PSD comparison पर ध्यान दिया गया
  • u-blox receiver का 1Hz SPAN message uncalibrated, dimensionless spectrum observations देता है, लेकिन event-to-event comparison और interference-free baseline conditions से तुलना के लिए यह पर्याप्त है
  • 2024~2025 के 48 strong interference events के spectrum में consistent shape दिखी, जिसमें peak 1577.5MHz पर थी, जो GPS L1 center frequency 1575.42MHz से लगभग 2MHz ऊपर है, और bandwidth लगभग 5MHz है
  • GPS L1 C/A के साथ-साथ Galileo E1 और BeiDou B1C/B1A tracked signals का CNR भी interference events के दौरान एक साथ गिरा; तीनों signals एक ही center frequency साझा करते हैं, इसलिए हर स्टेशन पर गिरावट का परिमाण लगभग समान मिला
  • 1561.098MHz center frequency वाला BeiDou B1I, 1577.5MHz interference spectrum से overlap न करने के बावजूद, strong events में छोटा लेकिन स्पष्ट CNR drop दिखाता है; इसे इस तरह समझा जा सकता है कि IGS receivers CNR reporting के लिए जो noise floor estimation इस्तेमाल करते हैं, वह L1 के पास interference के प्रति संवेदनशील है
  • 75 दिनों में से 15 दिनों पर GPS L1 C/A CNR के गिरने और recover होने के बाद, लगभग उसी स्तर का BeiDou B1I CNR drop और recovery भी हुआ; इसका पहला observation जून 2020 में मिला
  • यह पैटर्न बताता है कि interferer 1577.5MHz और 1561.098MHz के आसपास signals उत्पन्न कर सकता है, और फरवरी 2026 में Netherlands के Amsterdam से लिए गए raw broadband samples में 1577.5MHz burst के बाद 1558.5MHz burst साफ़ दिखाई देता है
  • दोनों interference bands एक साथ सक्रिय नहीं दिखते, और GPS L2 या L5 bands के पास इस तरह का व्यापक-क्षेत्र, अस्थायी interference अभी तक नहीं देखा गया है
  • solar radio bursts भी बड़े क्षेत्र में GNSS CNR को काफी कम कर सकते हैं और सूर्यप्रकाशित पृथ्वी-पक्ष पर अधिकतम 25dB तक गिरावट ला सकते हैं, लेकिन वे आम तौर पर broadband होते हैं, अधिक धीरे विकसित होते हैं और CNR गिरावट भी ज्यादा देर तक रहती है
  • 11 नवंबर 2025 के X5.1 solar flare और G4-class geomagnetic storm के दौरान South Africa के SUTM रेफरेंस स्टेशन पर GPS L1, L2 और L5 signals सभी प्रभावित हुए, और L2 व L5 में कई सौ सेकंड तक अधिकतम 17dB गिरावट देखी गई, जो इस अस्थायी satellite interference से अलग पैटर्न दिखाती है

candidate satellites को सीमित करना और पहचान

  • candidate satellites की पहली छँटाई United States Space Force द्वारा spaceflight safety के लिए maintain किए जाने वाले space-track.org के public Two-Line Elements(TLE) का उपयोग करके की गई, ताकि interference के समय प्रभावित क्षेत्र के ऊपर मौजूद objects को खोजा जा सके
  • TLE-आधारित position estimation epoch पर लगभग 1km accuracy देता है, और TLE पुराना होने पर सटीकता घटती है, लेकिन प्रारंभिक candidate screening के लिए यह पर्याप्त precision देता है
  • यदि कोई space object s, interference detect करने वाले सभी रेफरेंस स्टेशनों i पर elevation angle αis ≥ α0 शर्त पूरी करता है, तो वह candidate बना रहता है; इसी शर्त से संभव न्यूनतम apogee altitude की गणना की जा सकती है
  • न्यूनतम radius position r* को एक optimization problem के रूप में निकाला जा सकता है, जो सभी detecting stations के elevation mask constraints को संतुष्ट करते हुए ||r|| को न्यूनतम करता है; α0 ≥ 0 होने पर इसका solution अद्वितीय होता है
  • जिन रेफरेंस स्टेशनों ने interference detect नहीं किया, वे interferer antenna gain pattern की जानकारी के बिना candidate region को अतिरिक्त रूप से constrain करने में ज्यादा मदद नहीं करते; narrow-beam antenna वाले interferer के मामले में elevation condition पूरी होने पर भी कई स्टेशनों पर signal नहीं दिख सकता
  • केवल CNR का spatial variation interferer की unique identification के लिए पर्याप्त नहीं है, लेकिन यदि चार या अधिक ground stations प्रभावित band के raw broadband samples एक साथ capture करें, तो time/frequency difference of arrival (T/FDOA) तकनीक से position और velocity का तुरंत अनुमान लगाया जा सकता है
  • यदि यह मान लिया जाए कि interference satellite ephemeris catalog में मौजूद है, तो केवल दो रेफरेंस स्टेशनों से भी संभावित candidates की संख्या को प्रबंधनीय छोटे समूह तक सीमित किया जा सकता है
  • CNR और time difference of arrival (TDOA) measurements को मिलाने वाला association framework interferer की विश्वसनीय पहचान Molniya orbit में मौजूद छोटे रूसी early-warning satellite समूह के रूप में करता है; यदि यह intentional है, तो यह GPS L1 band GNSS interference के गुणात्मक रूप से अधिक गंभीर स्तर को दर्शाता है

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 4 시간 전
Hacker News की राय

  • यह दिलचस्प है कि वे किसी खास satellite identification तक कर पाए। अब जब स्रोत पता चल गया है, तो सोचता हूँ क्या अब वे कुछ कर पाएँगे
    मैंने रोमानियाई तटरेखा पर, यानी यूक्रेन के ठीक दक्षिण और Kaliningrad के ठीक पश्चिम में पोलैंड के continental shelf क्षेत्र में construction projects पर काम करते हुए हर दिन GPS jamming झेला है

    • अगर यह Kaliningrad के पास की jamming है, तो क्या इसका असर रूस के निवासियों पर भी नहीं पड़ रहा होगा? जब तक इसे बहुत सटीक तरीके से target न किया गया हो, ऐसा लगता है कि पड़ेगा, और अगर मकसद बड़े इलाके को cover करना है, तो इतनी precision की संभावना भी कम लगती है
    • रूस EU के खिलाफ लगातार GPS jamming कर रहा है
      https://www.bbc.com/news/articles/clyx3ly54veo
      EU के बाहर रहने वाले या रूस-समर्थक लोग जब ऐसे मामलों पर टिप्पणी करते हैं, तो वह काफ़ी हास्यास्पद लगता है
    • रूस ने 1967 में Outer Space Treaty (OST) पर हस्ताक्षर किए थे, इसलिए यह उस treaty या किसी दूसरी treaty का उल्लंघन हो सकता है, और उस आधार पर प्रतिक्रिया या जवाबी कार्रवाई संभव हो सकती है
      satellites को hack किया जा सकता है, या दूसरी electronic warfare विधियों से jam किया जा सकता है या उनके संचालन में बाधा डाली जा सकती है। उन्हें missiles से गिराया भी जा सकता है। X-37B अभी space में है, और space assets में दखल देना उसके अस्तित्व का एक कारण है—यह काफ़ी स्पष्ट संभावना लगती है—लेकिन यह एक secret project है, इसलिए कोई इसे खुलकर नहीं कहता

  • संबंधित Veritasium वीडियो: https://www.youtube.com/watch?v=tz23G_UXCGA

    • यह सिद्धांत काफ़ी plausible है कि वे GPS के पास वाले band में transmission भेजकर अपनी early warning system के खिलाफ interference को दबा रहे हैं
      GPS jamming क्षमता दिखाने का ज़्यादा मतलब नहीं है, क्योंकि कोई state actor जिसके पास orbit में military satellites हों, उसने इस विकल्प पर पहले ही विचार किया होगा या उसके पास यह क्षमता पहले से होगी। तो फिर यह disruption या तो नियमित capability test है या फिर वास्तविक communication, है न?
    • उस वीडियो में von der Leyen की Plovdiv approach के दौरान विमान jamming की घटना पर निष्कर्ष नहीं निकाला गया, लेकिन मेरी याद के अनुसार वह शायद अनजाने में बोला गया झूठ था
      von der Leyen या उनके spokesperson ने इसे स्वीकार नहीं किया, क्योंकि ऐसा करने से von der Leyen और उनके office के आसपास की दुनिया की बुनियादी समझ की कमी उजागर हो जाती

  • थोड़ा दिलचस्प है, और संभवतः काफ़ी संबंधित भी। आज रोमानिया के Constanta तट से बाहर और आसपास यूक्रेन के लगभग 5 naval drones बहकर आ गए, जिनमें से एक बंदरगाह में फट गया और बाकी आसपास कहीं फट गए
    बंदरगाह में बड़े धमाके का वीडियो: https://youtu.be/Y8kdneBU_3Q?si=cr07TeMnxJTG-3TM&t=17
    बड़ा नुकसान नहीं हुआ। लगता है यूक्रेनी पक्ष ने drones का नियंत्रण खो दिया और वे वहाँ तक पहुँच गए। मेरा निजी अनुमान है कि रूसी electronic warfare ने control signals में बाधा डाली और GPS jamming कर उन्हें Constanta तक धकेल दिया। अगर यह जानबूझकर किया गया था, तो रूसी electronic warfare ने काफ़ी प्रभावशाली काम किया

  • paper के निष्कर्ष का सार: कई तकनीकों को मिलाकर उन्होंने उच्च confidence के साथ पहचाना कि Cosmos 2546 (NORAD ID 45608) interference sources में से एक है
    आगे के analysis से संकेत मिलता है कि Cosmos 2546 जिस रूसी Edinaya Kosmicheskaya Sistema early warning satellite constellation का हिस्सा है, वही 2019 के बाद से पूरे यूरोप में GNSS quality degradation पैदा करने वाले wide-area, intermittent interference के लिए सामूहिक रूप से ज़िम्मेदार है

    • साथ ही, Cosmos 2546 को मई 2020 में लॉन्च किया गया था, इसलिए वह 2019 की interference घटनाओं का कारण नहीं हो सकता
      इसके अलावा मई 2020 के बाद की कुछ interference घटनाओं के समय भी Cosmos 2546 यूरोप के ऊपर नहीं था। लेकिन तालिका 1 के 75 दिनों में हर घटना के दौरान, interference देखने वाले सभी reference stations के लिए कम से कम एक EKS satellite 35 डिग्री से अधिक elevation पर मौजूद था। इसलिए 2019 के बाद देखी गई wide-area, intermittent GNSS interference घटनाओं के पीछे पूरे EKS constellation का होना बहुत संभावित है

  • इतने बड़े क्षेत्र में jamming करने के लिए कितनी power चाहिए होगी, इस पर चर्चा नहीं दिख रही। ज़मीन पर उपयोगी GPS signal काफ़ी weak होता है, लेकिन क्या इस satellite को kW-स्तर की power नहीं चाहिए होगी?

    • satellite में कई kW के solar panels हैं

  • मुझे समझ नहीं आता कि इस खास खोज को “jamming” क्यों कहा जा रहा है। जो पाया गया है वह लगभग 5MHz bandwidth में एक अपेक्षाकृत दुर्लभ burst transmission है, और कुछ ऐसा दिखता है जैसे 150 सेकंड के multiples से जुड़े interval वाला 12ms cyclic prefix
    यह L1 GPS frequency के पास कोई synchronization या data signal हो सकता है, जिसका side effect GPS receivers का CNR कम करना हो। ऊपर से यह लगभग 10dB जैसा है, इसलिए इसे “jamming” कहना भी थोड़ा संदिग्ध लगता है। कुल मिलाकर यह observation को किसी malicious actor की बड़ी मंशा के हिसाब से overfit करने जैसा लगता है

    • इसे jamming इसलिए कहते हैं क्योंकि यह सचमुच बाधा डालता है

  • हैरानी की बात यह है कि कोई इस पर हैरान है। GPS बहुत नाज़ुक है
    कुछ साल पहले अमेरिका में भी यह खबर बनी थी कि Ajit Pai को GPS frequencies के बहुत पास वाले band में तथाकथित “5G” communication services की अनुमति देने का शानदार विचार आया था। लगता है यह मामला अभी भी सुलझा नहीं है: https://physicstoday.aip.org/news/new-5g-exemption-may-jam-g...

  • अजीब बात है कि ठीक दो दिन पहले मैंने एक dead reckoning system बनाना शुरू किया, समय काफ़ी सटीक बैठा

    • GPS jamming कई सालों से चल रही है, और dead reckoning भी कोई बिल्कुल नया, अजीब idea नहीं है
    • दुनिया के ज़्यादातर हिस्सों में स्थानीय cell towers पहले से ही GPS modules को अधिक सटीक location reference signals देते हैं
      5G+ systems में अतिरिक्त radio beamforming भी coherent signal propagation को सीमित करता है, इसलिए लंबी दूरी की jamming किसी अनाड़ी हमलावर के लिए कठिन हो जाती है। वास्तव में amateur radio operators कई आधिकारिक अंतरराष्ट्रीय संघर्ष शुरू होने से वर्षों पहले ही स्थानीय बंदरगाह यातायात को बाधित या spoof करने वाले रूसी जहाज़ों को पकड़ चुके थे। यह सरकार-प्रायोजित था या नहीं, या फिर यह चीन के बंदरगाहों में कुछ जहाज़ों द्वारा signal spam करने जैसी तरह-तरह की smuggling techniques थीं, पता नहीं

  • अगर यह GPS band के भीतर communication signal है, तो क्या यह GPS software supply chain attack के लिए कोई control signal हो सकता है?

  • एक real-time map भी है: https://gpsjam.org

    • उसका इस लेख से संबंध नहीं है। यह लेख satellite-based interference के बारे में है