Techniky pro detekci podvržených signálů v satelitní navigaci

Bc. Ondřej DOHNAL

Master's thesis

Techniques for detecting spoofed signals in satellite navigation

Anotácia:

V této diplomové práci se budeme věnovat otázce detekce napadení satelitních signálů poskytovaných systémem GPS. Toto napadení bude založené na bázi spoofingu, nebo-li falšování těchto signálů, které se bude zaměřovat na změnu časové informace přenášené signálem. Změna časové základny naruší proces synchronizace hodin napadeného přijímače s časovou osou konstelace GPS, což může vyústit v nejrůznější komplikace v oblastech spoléhajících na přesný čas. Mezi takové oblasti patří doprava, energetika či finanční sektor. V práci tak bude představena metoda detekce spoofingu, která vychází ze statistické analýzy měřených pseudo-vzdáleností poskytované systémem GPS pouze z měřené pseudo-vzdálenosti poskytované GPS signálem, bez nutnosti dodatečných senzorů či znalosti softwarového a hardwarového vybavení GPS přijímače. Tato metoda je založena na Allanově varianci. Jedná se o statistickou metodu, využívanou k analýze časových řad, která bude počítána z odhadů času GPS konstelace daného přijímače. Detekce bude zobrazena vizuálně, jako porovnání určených průběhů variancí s referenčními mezemi, vyjádřenými pro signál bez napadení. Funkčnost detekční metody bude simulačně ověřena a diskutována na několika případech podvrženého signálu. Nakonec se zaměříme na nastínění kroků, které by mohli vést k zpřesnění detekce.

Abstract:

In this thesis we will address the issue of detection of attacks on satellite signals provided by GPS. This attack will be based on spoofing, or falsification of these signals, which will focus on altering the temporal information transmitted by the signal. The change in the time base will disrupt the process of synchronising the clock of the compromised receiver with the time axis of the GPS constellation, which may result in various complications in areas relying on accurate time. Such areas include the transport, energy and financial sectors. Thus, this paper will present a spoofing detection method that relies on statistical analysis of the measured pseudo-distances provided by the GPS system only from the measured pseudo-distance provided by the GPS signal, without the need for additional sensors or knowledge of the GPS receiver software and hardware. This method is based on Allan's variance. It is a statistical method used to analyse time series that will be calculated from the time estimates of the GPS constellation of a given receiver. The detection will be displayed visually, as a comparison of the determined variance traces with reference limits expressed for a signal without attack. The performance of the detection method will be verified by simulation and discussed on several cases of a spoofed signal. Finally, we will focus on outlining steps that could lead to more accurate detection.

Kľúčové slová

GPS, satelitní signály, pseudo-vzdálenosti, napadení, generování podvržených signálu, jamming, spoofing, detekce napadení, časová oblast, synchronizace hodin, Allanova variance, metoda nejmenších čtverců, simulace GPS

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 5. 2024

Zverejniť od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Doc. Ing. Jindřich Duník, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Master programme / odbor:
Kybernetika a řídicí technika / Automatické řízení a robotika