Undertryckning av GNSS-vilseledning med stöd av tröghetsnavigering

Författare:

  • Albin Westlund
  • Erik Axell

Publiceringsdatum: 2024-12-16

Rapportnummer: FOI-R--5687--SE

Sidor: 32

Skriven på: Svenska

Forskningsområde:

  • Ledningsteknologi

Nyckelord:

  • GNSS
  • INS
  • vilseledning
  • integritetsövervakning

Sammanfattning

För att realisera önskad robusthet i system för positionering, navigering och tid (PNT) förutsätts ett multisensorsystem som integrerar en kombination av GNSS (eng. global navigation satellite system) och andra sensorer. En trend i internationell utveckling av PNT är modulära system med öppna standardiserade gränssnitt. För att möjliggöra sådana modulära system krävs möjlighet att övervaka osäkerheter och integritet för varje modul (sensor eller delsystem) i systemet. Målet med denna rapport är att redovisa resultat från en studie av undertryckning av GNSS-vilseledning med stöd av INS (eng. inertial navigation system). I studien implementerades och utvärderades flera algoritmer i FOI:s egenutvecklade NavToolbox, vilket är ett mjukvarubibliotek för multisensorfusion i PNT-system. Resultaten visar att GNSS-vilseledning kan upptäckas med de utvärderade detektionsalgoritmerna, med stöd av INS. Att upptäcka starten på vilseledning fungerar bra med alla utvärderade detektionsmetoder. Att upptäcka när vilseledningen upphör, så att korrekt GNSS-signal återigen kan användas, är mer utmanande speciellt för de utvärderade detektorerna baserat på jämförelse av relativ rörelse mellan GNSS- och INS-positioner. Innovationsbaserad detektion fungerar ofta bättre i de utvärderade scenarierna än metoden som baseras på relativ rörelse. Den innovationsbaserade detektorn återtar inte vilseledning efter detektion men har en viss fördröjning, på grund av observationsfönstret längd, innan GNSS återtas igen efter attackens slut. Vilseledning med positioner som avviker kraftigt under kort tid från den sanna positionen är relativt lätta att upptäcka och därmed att exkludera ur filterlösningen. Mer sofistikerade attacker, då vilseledningspositionen avviker gradvis under längre tid är svårare att hantera och upptäcks först en tid efter att de påbörjas. Mottagarpositionen bör därför exkluderas ur navigeringsfilterlösningen redan innan attacken upptäcks. Hur långt tillbaka filtret bör räknas om beror på flera faktorer, bl.a. längden på observationsfönstret, vilseledningens karaktär och kvalitet på tröghetssensorer. Detta utvärderas till viss del i denna rapport men bör studeras vidare. Utvärderingen visar också att filterlösningen kan få ett stort och snabbt växande fel om filtret börjar dödräkna från en tidpunkt som har stor osäkerhet i hastighet och orientering, exempelvis när hastigheten ändras kraftigt. För att minska risken för initialiseringsfel när GNSS exkluderas och endast INS används bör tidpunkten då död räkning påbörjas väljas med varsamhet, exempelvis genom att identifiera tidigare tidsintervall då hastigheten är konstant.