GPS, GNSS Jamming ve GNSS Spoofing

GPS (Global Positioning System) askeri ihtiyaçlar ve amaçlar doğrultusunda ABD Uzay Kuvvetleri tarafından geliştirilmiş bir teknolojidir. Teknik olarak 6 yörüngeli 24 uydulu bir sistemden oluşan GPS, üç uydudan elde edilen sinyal kesişim kümesi ile “triangulation” esaslı olarak lokasyon saptayabilmekteyken, dördüncü bir uydu ise kullanılan cihazlardaki (cep telefonu, akıllı saat, hava aracı vs.) zaman gecikmelerini kalibre edip, düzeltmeleri yaptığı için daha hassas sonuçlar elde edilmesi sağlar. Yer istasyonları, uydular ve alıcılar arasındaki etkileşim, ihtiva edilen atom saatleri sayesinde gerçek zamanlı olarak yüksek doğrulukta yön tayini yapabilmekte ve konum bilgileri aktarabilmektedir.

Sivillerin kullanımına açıldıktan sonra sağladığı kolaylıklar ve maliyet avantajları sayesinde GPS kullanımı, finans sektöründen havacılık sektörüne kadar çok sayıda alanda hızla yaygınlaştı. GPS’in gündelik yaşamın bir parçası olmaya başlaması üzerine ABD dışında farklı ülkeler de bu yarışa katılarak GLONASS, GALILEO, BEIDOU gibi kendi uydu sistemlerini geliştirdi. Farklı yörüngeler ve uydu sayılarına sahip olsalar da teorik olarak aynı mantıkla çalışan bahsi geçen tüm uydu sistemleri GNSS (Global Navigation Satellite System) çatısı altında toplandı.

GNSS'in ihtiva ettiği uydu tabanlı navigasyon sistemleri.

1983 yılında Kore Hava yollarına ait bir B747’nin, Sovyetler Birliği tarafından sınır ihlali gerekçesiyle düşürülmesinin akabinde sadece askeri amaçlar için kullanılan GPS’in [1] siviller için de kullanıma açılması kararlaştırıldı. Özellikle havacılık endüstrisinde yaratıcı yıkım etkisi yaratan GPS, hava seyrüseferin konvansiyonel çözümlerin ötesinde düşük hata payıyla yapılabilmesine olanak tanıması (RNAV, RNP) ve havayolu şirketlerinin direkt rotalarda uçma fırsatı bulup (ATS yol ağı ve zorunlu rapor noktaları yerine noktadan noktaya) yakıt tasarrufu sağlayabilmeleri başta olmak üzere bir dizi ciddi avantajı beraberinde getirdi. Uçuşun sadece seyir aşamasında değil, alçalış aşamalarında da önemli roller üstlenen GNSS teknolojisi, özellikle SBAS (Satellite Based Augmentation System) ve GBAS (Ground Based Augmentation System) ile güçlendirilen RNAV LPV yaklaşmalar sayesinde orta ve düşük ölçekli havalimanlarında pahalı ILS sistemleri yerine dahi ikame edilebilen alternatifler üreterek, opsiyonların zenginleştirilmesine katkı sağladı.

Bazı teknik kavramlar:

GNSS sistemlerde uydudan gönderilen sinyaller, çok uzun bir mesafeyi kat edip alıcı cihazlara ulaştıklarından sebep önemli ölçüde zayıflamaktadır. Dahası elektromanyetik alan oluşturan elektronik cihazlar, atmosferik koşullar ya da güneş fırtınaları gibi etmenler GNSS sinyallerinin kaybına ya da bozulmasına yol açabilir. Bahsi geçen etkiler tabii olarak oluştuğundan, "interference" başlığı altında değerlendirilirler. “Jamming” olarak adlandırılan faaliyetlerde ise GNSS sinyallerinin zayıflığından kasten yararlanılır ve bu handikap kullanılarak GNSS sinyalleri ve alıcı arasındaki bağlantı daha güçlü sinyallerle bloke edilir ya da engellenir. Jamming, özellikle VIP operasyonlar ya da askeri faaliyetlerde sıklıkla kullanılan bir tekniktir. Jamming aktiviteleri, hava araçlarının GNSS verileri ADS-B üzerinden takip edilebildiği için -her ne kadar doğrudan bir ölçülendirme metodu mümkün olmasa da- NIC (Navigation integrity category) tarzı algoritmalar sayesinde modellenebilir. Aynı bölgeden geçen ve düşük NIC değerine sahip hava araçları o bölgede GNSS'e erişimde problemler yaşandığını gösterir [2].

ADS-B üzerinden aktarılabilen GNSS verilerinin NIC ile modellenmesi ve potansiyel interference/jamming aktivitelerin harita üzerinde gösterimi. 

NASA’nın veri tabanında yer alan GNSS kaybı raporları incelendiğinde, 2013-2016 yılları arasındaki periyodu kapsayan bir çalışmada, her yıl bir öncekine nazaran artış göze çarpmakta olup, GNSS kayıplarından ötürü toplamda 77 adet havacılık emniyetini tehlikeye atabilecek olay kayıtlara geçmiştir [3]. Kayıtların büyük bir kısmında kısa süreli GNSS kesintileri rapor edilmiş olup, teknik olarak sebepleri belirlenememiştir. Ancak raporların yirmi tanesinde ise doğrudan askeri bir ‘GNSS Jamming’ faaliyetiyle ilişki kurulmuştur. Ana fikir olarak;
i- Bölgesel askeri tatbikatların ve operasyonların, enroute aşamasındaki uçuşlara etki edebildikleri gibi,
ii- VIP kodlu uçuşlar için havalimanlarında bekletilen GPS sinyal kesici görevi yapan kamyonetlerin de RNAV yaklaşmasında problemlere yol açabileceği vurgulanmıştır.

“Spoofing” ise GNSS sinyallerinin maskelenmesi ya da farklı sinyallerle değiştirilmesi prensibine dayanarak, konum bilgilerini çarpıtılabildiği için çok daha tehditkâr sonuçlara sebep olabilen bir aktivitedir. GNSS sistemlerinin daha yüksek doğruluk oranları için GBAS gibi yer istasyonlarıyla desteklenebilmeleri bir yandan özellikle iniş trafikleri açısından operasyonel emniyet seviyesini arttırmaktayken öte yandan da yerdeki bir potansiyel karıştırıcının sinyalleri engellemesine ya da daha da kötüsü değiştirmesine sebep olabilen sistem açıklarına dönüşebilir.

Teknik olarak “spoofing” faaliyetini engelleyebilmek için hava araçlarında yer alan alıcı antenlerin doğrultusunu değiştirerek yerden gelebilecek sinyallerden etkilenmemeleri sağlanabilir.

Spoofing aktivitesi neticesinde gerçek pozisyondan ayrışan konum bilgisi.

GNSS kaybı ya da jamming/spoofing aktiviteleri ATC operasyonunu nasıl etkiler?

- Günümüzde özellikle ticari havayolu şirketleri kanadında, emniyetli ve ekonomik olmasından ötürü GNNS bağımlı seyrüseferin standart haline getirilmesi, GNSS kaybı ya da kesintileri gibi senaryolarda, pilotlar ve kontrolörler açısından SOP ve manuellerin oluşturulması gerekliliğini doğurmaktadır.

GNSS Jamming ve GNSS Spoofing GNSS sinyal kaybı durumlarında degraded mod olarak tasvir edilen operasyonel emniyet seviyesi.

- GNSS kayıpları ya da kesintiler yaşandığında, GNSS harici bir seyrüsefer donanımı bulundurmayan hava araçlarının, rutin operasyon emniyet düzeylerinin belirgin derecede azalacağı gerçeği unutulmamalıdır. Uzun süreli GNSS kayıplarında pilotlar konvansiyonel seyrüsefere (VOR, NDB, ADF) dönebilirler ya da IRS (Inertial Reference System) sisteminden istifade edebilirler. Ancak IRS sisteminin de kümülatif uçuş süresi boyunca GNSS’den beslenemediği senaryolarda; seyrüsefer özelinde hata payında artma, doğruluk oranında azalma gözlemlenebilmektedir.

- Pilotların ve kontrolörlerin GNSS kaybına karşı farkındalık geliştirmeleri; özellikle pilotların simülatör eğitimlerinde benzer senaryolar üzerinde çalışmaları ve farklı navigasyon bileşenlerini göz önüne alarak seyrüsefer yapmaları tavsiye edilmektedir. ATC ünitelerini ilgilendiren bölüm ise sinyal kayıplarının raporlanması ve girişimin kaynağının saptanmasıdır. Bu noktada halihazırda pilotlar tarafından rapor edilen bölgelerin istatistikleri ve yoğunlaştıkları alanlar tespit edilerek, ATC ünitelerine bilgilendirilme yapılması ve bu bilgi notlarının güncel NOTAM’larla birlikte kontrolör çalışma pozisyonlarında yer alması, operasyonun emniyetli bir şekilde devamlılığı açısından kullanışlı bir araca dönüşebilir.

- GPS kaybının öncül belirtilerinden biri kokpitte yer alan saatlerin senkronize olamamasıdır. Bu sebepten ötürü pilotlar ilgili ATC ünitesini arayıp, UTC time sorgulaması yapabilirler.

- EGPWS (Enhanced Ground Proximity Warning System) veri tabanında yer alan bilgilere göre ikaz ürettiğinden spoofing faaliyetleri sonrasında GNSS sinyallerinin farklı bir konuma işaret etmesi neticesinde “terrain” uyarısı tetiklenebilir. 

- Son dönemlerde spoofing ve jamming aktivitelerinin sıklıkla raporlanması sonucunda, "Safety Information Bulletin" yayınlayarak farklı senaryolar için ATC ünitelerinin, uçuş ekiplerinin ve havayolu şirketlerinin neler yapması gerektiğine işaret eden EASA dokümanları, başvuru kaynağı olarak kullanılabilir [4].

Aşağıdaki iki videoyu izleyerek konuya ilişkin bilgi birikiminizi geliştirebilir, Karadeniz üzerinde yaşanan bir GNSS jamming aktivitesi sırasında uçuş ekibinin başından geçenleri ve problemle nasıl başa çıktıklarını gözlemleyebilirsiniz.

Kaynaklar: 

[1] The Navstar Global Positioning System Project Management Plan July, 1974.
[2] https://www.flightradar24.com/data/gps-jamming
[3] https://asrs.arc.nasa.gov/
[4] Safety Information Bulletin, EASA, SIB No.: 2022-02R3, Issued: 05 July 2024.