Rastreo de una potente fuente de interferencia GNSS sobre los cielos de Europa

 (arxiv.org)
1 puntos por GN⁺ 4 시간 전 | 1 comentarios | Compartir por WhatsApp
  • Una fuente de interferencia GNSS basada en el espacio ha provocado desde 2019 decenas de eventos intensos y transitorios de interferencia de amplia cobertura en Europa continental, Groenlandia y Canadá, afectando incluso la banda GPS L1 y aumentando la preocupación por la aviación, la navegación marítima y los sistemas de sincronización precisa
  • En los datos de estaciones de referencia IGS de 1 Hz, la CNR de GPS L1 cayó bruscamente de forma simultánea en varios puntos dentro de la resolución de muestreo de 1 Hz, y los eventos simultáneos en lugares distantes como Finlandia, Italia y Groenlandia respaldan la detección basada en potencia recibida y la hipótesis de un origen espacial, más que una causa única terrestre o basada en aeronaves
  • En datos de 165 estaciones de referencia entre 2019 y 2026, se detectaron 75 días con eventos amplios de GPS L1 en los que la CNR cayó al menos 5 dB en por lo menos un punto; incluso al sumar 47 días de eventos más débiles, la distribución casi no cambia, y muestra un patrón de ocurrencia principalmente en días hábiles y horas laborales; se registran días de ocurrencia alta/baja potencia {b:75,47}
  • Las observaciones de espectro muestran que el pico de interferencia está en 1577.5 MHz, unos 2 MHz por encima de la frecuencia central de GPS L1 de 1575.42 MHz, con un ancho de banda de alrededor de 5 MHz; en algunos eventos aparece después un burst en la banda de 1558.5 MHz, pero ambas bandas no se activan al mismo tiempo
  • Aunque solo con CNR y TDOA hay limitaciones, al combinar potencia recibida y diferencia de tiempo de llegada se pueden reducir los candidatos, y la fuente puede identificarse de forma confiable como una pequeña constelación rusa de satélites de alerta temprana en órbita Molniya

Naturaleza del problema y base observacional

  • Los GNSS como GPS ofrecen precisión de posicionamiento del orden de metros, acceso global, operación en todo clima y uso en silencio radioeléctrico, pero su rendimiento se degrada fácilmente por interferencias intencionales como jamming y spoofing, así como por interferencias naturales como multitrayectoria y efectos atmosféricos
  • En los últimos 5 años, las perturbaciones GNSS han aumentado fuertemente en aviación y en el ámbito marítimo, y cuando la pérdida o contaminación de GNSS provoca fallas en subsistemas subordinados, puede generar fallas en cascada más allá de simples errores de navegación o de tiempo
  • El análisis usa datos públicos de la red de estaciones de referencia del International GNSS Service (IGS), en particular datos de CNR de GPS L1 C/A de estaciones que entregan observaciones GNSS de alta tasa a 1 Hz
  • Desde 2019, estaciones de referencia en Europa, Groenlandia y Canadá han observado caídas breves y simultáneas de CNR en todas las señales GPS L1 que estaban siguiendo, con inicios alineados dentro de la resolución de muestreo de 1 Hz, lo que sugiere una sola fuente de interferencia
  • El alcance geográfico de los receptores terrestres afectados es demasiado amplio para que una sola fuente terrestre o basada en aeronave llegue a todos ellos, lo que respalda la hipótesis de un origen espacial
  • GPS L1 es la banda principal usada mundialmente en aviación, navegación marítima y sincronización precisa, por lo que una interferencia de alta potencia a escala continental en esta banda genera una preocupación grave

Método de detección basado en potencia recibida

  • Las estaciones de referencia IGS entregan observaciones de fase portadora, pseudodistancia, Doppler y CNR en formato RINEX, y cuando hay interferencia la CNR se trata como relación portadora a interferencia más ruido (CINR)
  • Como los eventos transitorios de interferencia suelen durar entre 3 y 5 segundos, el detector usa una estadística diferencial de la forma ξij[k] = 1/2(zij[k+l] - 2zij[k] + zij[k-l]) para capturar el cambio de CNR antes y después del evento
  • La estadística de detección por estación Λi[k] es el promedio de ξij[k] de varias señales GNSS seguidas en ese instante, y con la varianza estimada a partir de datos históricos y un umbral de tasa constante de falsas alarmas (CFAR) νi se decide si hubo interferencia
  • En un intervalo de 15 minutos del día 160 de 2021, METG (Finlandia), MATE (Italia) y THU2 (Groenlandia) detectaron interferencia simultáneamente cerca del segundo 700 bajo la condición l=3 y con un umbral de probabilidad de falsa alarma de 10^-4
  • En la detección global de estaciones de ese mismo día, primero 21 estaciones detectaron un evento de baja potencia y luego 58 estaciones detectaron un evento más fuerte; en este último, la caída de CNR de GPS L1 C/A alcanzó hasta 6 dB cerca de la región báltica
  • La detección de interferencia local en estaciones individuales no es rara, pero una firma de caída de CNR de unos 3 segundos alineada en el tiempo en puntos tan distantes como Finlandia, Italia y Groenlandia apunta a una fuente común de interferencia

Patrones temporales y espaciales entre 2019 y 2026

  • Del análisis de datos a 1 Hz de 165 estaciones entre el 1 de enero de 2019 y el 4 de mayo de 2026, se obtuvieron 75 días con eventos transitorios amplios de interferencia en GPS L1 en los que la CNR cayó más de 5 dB en al menos una estación
  • En el mismo período hubo 47 días con eventos transitorios amplios más débiles, y aun incluyéndolos la distribución por día de la semana y hora casi no cambia
  • La detección más temprana de interferencia transitoria amplia significativa fue en octubre de 2019, y los eventos de alta potencia se concentran sobre todo en días hábiles y horario laboral en UTC, lo que sugiere intervención humana más que un fenómeno natural aleatorio
  • En algunas fechas hubo múltiples eventos de alta potencia en un mismo día, y en el día 146 de 2021 el patrón de un burst de baja potencia seguido por uno de alta potencia se repitió dos veces, con una separación de aproximadamente 32.6 minutos entre los eventos fuertes
  • El retraso entre bursts de baja y alta potencia fue de 317 segundos en el día 160 de 2021, y de 115 segundos en cada uno de los dos eventos del día 146 de 2021; dentro de un mismo día, los tiempos de los bursts suelen ser periódicos y muchas veces los bursts grandes están separados por múltiplos enteros de 150 segundos
  • Espacialmente, las estaciones europeas fueron las más afectadas, y en casi todos los eventos de alta potencia la región báltica sufrió las mayores caídas de CNR
  • La caída máxima de CNR de todo el conjunto de eventos fue de 10 dB, registrada en 2025 en la estación LAMA de Polonia, y no se detectaron perturbaciones similares en otras regiones del mundo al mismo tiempo que los eventos amplios de interferencia en Europa
  • En el día 204 de 2020, el centro de la interferencia mostró un patrón inusual al desplazarse durante unos 20 minutos desde el mar Báltico, pasando por Alemania, hasta el mar de Noruega; esto podría deberse al movimiento del satélite, a cambios en la dirección del haz de la fuente de interferencia o a una de varias fuentes satelitales activas

Características espectrales y diferencia frente a los estallidos de radio solares

  • La estación experimental de observación RFI en Gdynia, Polonia, recopiló datos de espectro con un receptor GNSS u-blox F9P conectado a una antena GNSS Trimble; como no se conoce la pérdida entre la antena y el front-end del receptor, el análisis se enfoca en comparar PSD relativas más que potencia absoluta recibida
  • El mensaje SPAN a 1 Hz del receptor u-blox entrega observaciones espectrales no calibradas y adimensionales, pero son adecuadas para comparar entre eventos y frente a condiciones de referencia sin interferencia
  • Los espectros de 48 eventos fuertes de interferencia entre 2024 y 2025 mostraron una forma consistente, con un pico en 1577.5 MHz, aproximadamente 2 MHz por encima de la frecuencia central de GPS L1 de 1575.42 MHz, y un ancho de banda de cerca de 5 MHz
  • Junto con GPS L1 C/A, las señales rastreadas Galileo E1 y BeiDou B1C/B1A también mostraron caídas simultáneas de CNR durante los eventos de interferencia, y como las tres señales comparten la misma frecuencia central, la magnitud de la caída por estación coincide de manera cercana
  • Aunque BeiDou B1I, centrada en 1561.098 MHz, no se superpone con el espectro de interferencia de 1577.5 MHz, en eventos fuertes mostró una caída de CNR pequeña pero visible; esto puede interpretarse como que el método de estimación del piso de ruido usado por los receptores IGS para reportar CNR es sensible a interferencia cercana a L1
  • En 15 de los 75 días, después de la caída y recuperación de la CNR de GPS L1 C/A siguió una caída y recuperación de magnitud similar en la CNR de BeiDou B1I; la primera observación fue en junio de 2020
  • Este patrón implica que la fuente de interferencia puede generar señales cerca de 1577.5 MHz y de 1561.098 MHz, y muestras crudas de banda ancha obtenidas en febrero de 2026 en Ámsterdam, Países Bajos, muestran con claridad un burst en 1577.5 MHz seguido por otro en 1558.5 MHz
  • No parece que las dos bandas de interferencia hayan estado activas al mismo tiempo, y aún no se han observado eventos transitorios amplios de interferencia cerca de las bandas GPS L2 o L5
  • Los estallidos de radio solares también pueden reducir fuertemente la CNR GNSS en áreas amplias y provocar degradaciones de hasta 25 dB en la cara iluminada de la Tierra, pero suelen ser de banda ancha, evolucionan más lentamente y la reducción de CNR dura más tiempo
  • Durante el flare solar X5.1 y la tormenta geomagnética de nivel G4 del 11 de noviembre de 2025, las señales GPS L1, L2 y L5 de la estación SUTM en Sudáfrica se vieron afectadas, y L2 y L5 se degradaron hasta 17 dB durante varios cientos de segundos, mostrando un patrón distinto al de la interferencia satelital transitoria

Reducción de satélites candidatos e identificación

  • La primera reducción de satélites candidatos usa los Two-Line Elements (TLE) públicos de space-track.org, mantenidos por la United States Space Force para la seguridad de operaciones espaciales, con el fin de encontrar objetos que estaban sobre la región afectada en el momento de la interferencia
  • La estimación de posición basada en TLE tiene una precisión aproximada de 1 km en la época de referencia y empeora a medida que el TLE envejece, pero ofrece suficiente precisión para una prueba preliminar de candidaturas
  • Si un objeto espacial s cumple la condición de elevación αis ≥ α0 en todas las estaciones i que detectaron la interferencia, permanece como candidato, y con esta condición se puede calcular la altura mínima posible del apogeo
  • La posición de radio mínimo r* puede obtenerse como un problema de optimización que minimiza ||r|| mientras satisface las restricciones de máscara de elevación de todas las estaciones detectoras, y la solución es única cuando α0 ≥ 0
  • Las estaciones que no detectaron interferencia no permiten restringir mucho más la región candidata si no se conoce el patrón de ganancia de la antena de la fuente de interferencia, y una fuente con antena de haz estrecho podría no ser observada en muchas estaciones aun cumpliendo la condición de elevación
  • Solo con la variación espacial de la CNR no basta para identificar de forma única a la fuente de interferencia, pero si cuatro o más estaciones terrestres capturan simultáneamente muestras crudas de banda ancha de la banda afectada, se puede estimar de inmediato posición y velocidad con técnicas de diferencia de tiempo y frecuencia de llegada (T/FDOA)
  • Bajo la suposición de que el satélite interferente figura en un catálogo de efemérides, incluso con solo dos estaciones se puede reducir el conjunto de posibilidades a un número manejable
  • Un marco de asociación que combina CNR y mediciones de diferencia de tiempo de llegada (TDOA) permite identificar de forma confiable a la fuente de interferencia como una pequeña constelación rusa de satélites de alerta temprana en órbita Molniya, lo que, si es intencional, implicaría una escalada cualitativa en la interferencia GNSS sobre la banda GPS L1

Lecturas relacionadas

1 comentarios

 
GN⁺ 4 시간 전
Comentarios en Hacker News

  • Es interesante que hayan podido identificar hasta el satélite específico. Ahora que ya conocen el origen, me pregunto si podrán hacer algo al respecto
    Mientras trabajaba en proyectos de construcción en la costa de Rumania, justo al sur de Ucrania y en la zona de la plataforma continental polaca justo al oeste de Kaliningrado, sufríamos interferencia de GPS todos los días

    • Si la interferencia viene de cerca de Kaliningrado, también debería estar afectando a los residentes rusos, ¿no? Salvo que esté apuntada con muchísima precisión, parecería que sí, y si la idea es cubrir un área grande, una puntería tan precisa tampoco suena muy probable
    • Rusia sigue haciendo interferencia de GPS contra la UE
      https://www.bbc.com/news/articles/clyx3ly54veo
      Da risa ver a gente fuera de la UE o favorable a Rusia comentando sobre estos temas
    • Rusia firmó el Tratado sobre el Espacio Ultraterrestre (OST) en 1967, así que esto podría violar ese tratado u otros, y tal vez eso permitiría algún tipo de respuesta o represalia
      Se podría hackear los satélites, interferir o perturbar su operación con otros medios de guerra electrónica, o incluso derribarlos con misiles. El X-37B está actualmente en el espacio, y parece bastante obvio que una de las razones de su existencia es intervenir activos espaciales, aunque como es un proyecto secreto nadie lo dice abiertamente

  • Video relacionado de Veritasium: https://www.youtube.com/watch?v=tz23G_UXCGA

    • La teoría de que transmiten comunicaciones en bandas cercanas al GPS para suprimir interferencias contra su propio sistema de alerta temprana suena plausible
      No tendría mucho sentido presumir capacidad de interferencia de GPS, porque cualquier actor estatal con satélites militares en órbita obviamente ya habría considerado esa opción o tendría esa capacidad. Si es así, entonces estas interrupciones serían pruebas regulares de capacidad o comunicaciones reales, ¿no?
    • Ese video no cerró el caso de la interferencia al avión durante la aproximación de von der Leyen a Plovdiv, pero si mal no recuerdo, probablemente fue una mentira involuntaria
      La razón por la que ni von der Leyen ni su portavoz lo admitieron es que el incidente dejó en evidencia una falta básica de comprensión del mundo por parte de von der Leyen y de la gente a su alrededor

  • Esto es algo interesante y parece bastante probable que esté relacionado. Hoy llegaron a la deriva unas cinco drones marítimos ucranianos frente a la costa de Constanta, Rumania, y uno explotó en el puerto mientras que los demás explotaron en algún lugar cercano
    Video de la gran explosión en el puerto: https://youtu.be/Y8kdneBU_3Q?si=cr07TeMnxJTG-3TM&t=17
    No hubo grandes daños. Parece que la parte ucraniana perdió el control de los drones y estos terminaron llegando hasta allí. Mi hipótesis personal es que la guerra electrónica rusa interfirió la señal de control y provocó interferencia de GPS que los empujó hasta Constanta. Si fue intencional, la guerra electrónica rusa habría logrado algo bastante impresionante

  • Resumen de la conclusión del paper: al combinar varias técnicas, identificaron con alta confianza a Cosmos 2546 (NORAD ID 45608) como una de las fuentes de interferencia
    Un análisis adicional indica que el grupo de satélites rusos de alerta temprana Edinaya Kosmicheskaya Sistema, al que pertenece Cosmos 2546, sería colectivamente responsable de las interferencias amplias y temporales que degradaron la calidad del GNSS en toda Europa desde 2019

    • Además, Cosmos 2546 fue lanzado en mayo de 2020, así que no puede haber causado los incidentes de interferencia de 2019
      También hubo incidentes después de mayo de 2020 en los que Cosmos 2546 no estaba sobre Europa. Sin embargo, durante todos los eventos a lo largo de los 75 días de la tabla 1, siempre hubo al menos un satélite EKS a una elevación mínima de 35 grados para todas las estaciones de referencia que observaron la interferencia. Por lo tanto, es muy probable que los incidentes amplios y temporales de interferencia GNSS observados desde 2019 hayan sido causados por toda la constelación de satélites EKS

  • No veo discusión sobre cuánta potencia se necesita para interferir una región tan amplia. Aunque la señal útil de GPS en tierra es bastante débil, ¿no requeriría este satélite potencia del orden de kW?

    • El satélite tiene paneles solares de varios kW

  • Me pregunto por qué a este hallazgo específico lo llaman “interferencia”. Lo que encontraron parece ser una transmisión en ráfagas relativamente poco común dentro de un ancho de banda de unos 5 MHz, y algo que parece un prefijo cíclico de 12 ms con intervalos relacionados con múltiplos de 150 segundos
    Parece más bien una señal de sincronización o de datos cerca de la frecuencia GPS L1, con el efecto secundario de bajar la CNR de los receptores GPS. Además, son como 10 dB, así que incluso llamarlo “interferencia” se siente discutible. En general, da la impresión de que están sobreajustando la observación a una intención mayor por parte de un actor malicioso

    • Lo llaman interferencia porque realmente interfiere

  • Lo sorprendente es que alguien se sorprenda por esto. El GPS es muy vulnerable
    Hace unos años esto también fue noticia en EE. UU., cuando a Ajit Pai se le ocurrió la brillante idea de permitir servicios de comunicación supuestamente “5G” en una banda demasiado cercana a las frecuencias del GPS. No parece que este tema se haya resuelto todavía: https://physicstoday.aip.org/news/new-5g-exemption-may-jam-g...

  • Curiosamente, justo hace dos días empecé a construir un sistema de navegación inercial, así que el timing es perfecto

    • La interferencia de GPS lleva ocurriendo años, y la navegación inercial tampoco es ninguna idea revolucionaria
    • En la mayor parte del mundo, las torres de telefonía móvil locales ya entregan a los módulos GPS una señal de referencia de ubicación más precisa
      El beamforming inalámbrico adicional de los sistemas 5G+ también hace que a atacantes improvisados les resulte más difícil hacer interferencia a larga distancia, porque la propagación coherente de la señal está más limitada. De hecho, radioaficionados ya habían detectado durante años, antes de que comenzaran varios conflictos internacionales formales, que barcos rusos interferían o falsificaban el tráfico portuario local. No sé si era algo respaldado por el gobierno o si era parte de diversos métodos de contrabando, como cuando algunos barcos en puertos chinos saturaban señales por todos lados

  • Si es una señal de comunicación dentro de la banda del GPS, ¿será una señal de control para un ataque a la cadena de suministro del software GPS?

  • También hay un mapa en tiempo real: https://gpsjam.org

    • Eso no tiene relación con este artículo. Este artículo trata sobre interferencia basada en satélites