GPS-häirintä

Mitä GPS-järjestelmien häirinnällä voi saavuttaa?

Petri Kuparinen (12/2018)

Päämäärät voivat olla sotilaallisesti harkittuja tai hyvinkin arkisia.

Osana informaatio-operaatioita päämääriä voisi olla
– Voiman näyttö
– Muiden valtioiden haavoittuvuuksien tai suhtautumistavan testaus
– Huomion kiinnittäminen pois jostain muusta asiasta.

Yleensä hankitaan tietoa. Kyllähän se esimerkiksi on merkittävä tieto, pitäisikö ilmatila sulkea tai edes harkita sitä vai osataanko esimerkiksi Pohjoismaissa vielä liikkua, viestiä, siirtää rahaa, lentää tai käydä merta ilman satelliittipaikannusta ja sen yhteydessä tarjottua tarkkaa aikaa.

Poikkeuksellista nyt esillä ollut toiminta on siinä suhteessa, että yleensä kaikkialla maailmassa omat elektronisen sodankäynnin kyvyt salataan, jotta tositilanteessa päästään vaikuttamaan valmistautumattomaan kohteeseen/joukkoon/yhteiskuntaan.

Hallitsemattomiakin tai arkisempiakin syitä voi olla. Laitevika tai häirintä on jäänyt päälle. Katkera, juopunut tai muuten osaamaton käyttäjäkin voi aiheuttaa melkoisen ongelman.

Häirinnän käyttö voi liittyä myös tekniseen testaukseen. Venäjä  sanotaan ottavan käyttöön laajaa ohjustorjuntaan liittyvää satelliittipaikantamisjärjestelmien häirintäverkostoa (POLE-21). Sen testaus ja käytön harjoittelun voisi hyvinkin johtaa siihen, että strategisen suojattavan kohteen suunnasta lähtee ajoittain häirintäsignaalia taivaalle.

Tavallaan koomista on, että pisteet ropisevat joka tapauksessa informaatio-operaation pussiin, vaikkapa voiman näytön teemalle. Ja kun ei tunnusta mitään, on hyvä seurata asiakkaiden kiemurtelua verkoissa.

Miten laajalle alueelle häirintä voidaan kohdistaa?

Koska satelliitit kiertävät maata noin 20000 km korkeudessa ja ovat tehoresursseiltaan rajallisia, voi häiritsijä saavuttaa maan lähellä helposti valtavan tehoylivoiman. Jos häirintäetäisyys on 200 km, voi satelliitin tasoisella lähettimellä (teho kymmeniä watteja) saavuttaa kymmentuhatkertaisia tehotasoja kohdevastaanottimeen.

Oleellista on maanpinnan ja eri esteiden häirinnälle aiheuttama vaimennus ja satelliitin signaalin suojaustaso.

Kun häiritään maasta, häirintä vaikuttaa usein niin kauan, kun kohde on vapaassa tilassa eli radiohorisontin yläpuolella. Lentokone, joka lentää 10 km korkeudella, altistuu noin 400 km säteeltä tulevalle häirinnälle.

Vastaavasti jos häiritään lentokoneesta vaikkapa 6 km korkeudesta, häirintä vaikuttaa noin 300 km päähän.

Jos häiritään maasta maahan, maan pinnan läheisyys ja esteet vaimentavat häirintäsignaalia nopeasti. Tehoetu supistuu ja häirintävaikutus lakkaa usein jo 10-50 kilometrien päässä häiritsijästä. Korkeasta mastosta häirintä voi toki ulottua maastosta riippuen kauemmaksikin.

Jos halutaan vaikuttaa pintaan, on lähettimet siis edullista sijoittaa ilmaan. Esimerkiksi lennokilla voi 1000 m korkeudesta estää GPS:n käytön noin 80-120 km etäisyydelle käyttäessään kopioitua paikannussignaalia ja vähäistä esimerkiksi 10-100 W tehoa.

Vastaavasti jos halutaan häiritä matalalla lentäviä, teknisesti paremmin suojattuja risteilyohjuksia, on häirintälähetin nostettava ilmaan tai niitä on asennettava korkeisiin mastoihin säännöllisin välimatkoin. Jälkimmäinen tapa on valittu Venäjällä käyttöön (POLE-21).

Teknisesti häirintä voi myös vääristää paikkatietoa. Jos signaalia ei ole sekoitettu kohinaan salatulla koodilla, voivat häirintälähettimet matkia satelliitteja ja aiheuttaa tahdistusmuutoksilla paikannusvirheitä kohteelle. Tällaista häirintää voi tehdä pienellä teholla ja suunta-antenneilla, jolloin tahaton häirintävaikutus ja paljastumisriski kohteen ulkopuoliseen sektoriin minimoituu.

Kaupallinen GPS on siis erittäin helppo häiritä varsinkin ammattitasoisilla laitteilla. Näin siis, jos häiritään kaupallista paikannussignaalia oikeanlaisella kopioidulla signaalilla.

Signaalin suojaus voi kuitenkin auttaa. Kaupallinen GPS-signaali on suojattu pieniltä häiriöiltä sekoittamalla se kohinaan. Kun signaali kootaan koodin tuntevassa vastaanottimessa, se vahvistuu noin 1000 kertaiseksi kohinaan ja myös kohinahäirintään nähden. Aiemman tehokilpailun ylivoima tasoittuu hieman.

Millaisilla laitteilla häirintä voidaan toteuttaa?

Venäläisessä ohjustorjunnan häirintäkonseptissa (POLE-21) matkapuhelinoperaattoreiden mastoihin sijoitetaan tasaisin kymmenien kilometrien välein kauko-ohjattuja häirintälähettimiä. Niitä tarvitaan siis valtakunnallisesti valtava määrä, jotta ohjuksiin tulisi eri suunnista paljon häirintää koko niiden hakeutumisvaiheen ajan. Päämäärä on heikentää ohjusten osumatarkkuutta.

Venäjän maavoimien ELSO-prikaatit, yhtymien ELSO-joukot, laivastojen ELSO-keskukset sekä erilaiset ilma-alukset on varustettu monipuolisesti häirintäjärjestelmillä.

ELSO-pataljoonien ja -komppanioiden Borisoglebsk-2 järjestelmäperheeseen kuuluu R-330 Zh, joka on ollut julkisessa keskustelussa esillä. Se on tehty häiritsemään UHF-alueella toimivia satelliitti- ja GSM-puhelimia ja soveltuu myös satelliittipaikannusjärjestelmien häirintään. Laitteen häirintäteho on kilowattien suuruusluokkaa ja siten varsin riittävä.

Häirintälähettimen asentaminen lennokkiin (esim Orlan-10), helikopteriin (esim Mi-8 MTPR-1) tai lentokoneeseen (IL-22 PP) tai niiden häirintäjärjestelmien käyttö satelliittipaikannuksen taajuuksilla on hyvin mahdollista.

Koska useat maat ja sovellukset käyttävät rinnan esimerkiksi GPS/GLONASS paikannusta, häirintäjärjestelmät tehdään siten, että niillä voidaan häiritä yhtä tai useampaa paikannusjärjestelmää ml Galileo ja Kiinan Beidou. Laitteista riippuen voi tahattomasti häiriöityä usean paikannusjärjestelmän käyttö.

Miten häirintä käytännössä toteutetaan?

Yksinkertaisuudessaan häiritään silloin, kun sillä saavutetaan haittaa suurempi hyöty. Kansallisesti navigointisignaaleilla, ainakaan niiden kaupallisilla sovelluksilla ei ole käyttäjämaalle mainittavaa merkitystä, jos samanaikaisesti yritetään muutaman tunnin ajan torjua strategisiin kohteisiin suuntautuvaa kymmenien tai satojen risteilyohjusten iskua.

Häirintä saattaa olla paikallisesti päällä pitkäänkin, jos jatkuvana uhkana on vaikka satelliittipaikannusta käyttävät pommit ja kranaatit. Ne lähestyvät korkealta ovat helposti saavutettavissa häirinnällä.

Yleensä häirintää käytetään kuten tulta – kohteeseen vaikutetaan juuri ennen iskua ja sen aikana, jotta puolustus menisi mahdollisimman sekaisin.

Häirinnän käyttö ja laaja-alainen vaikutus yhteiskuntaa vastaan voi tietysti kuulua informaatio-operaatioiden tai sotilaalliseen painostuksen keinovalikoimiin.

Millaisiin kohteisiin paikannusjärjestelmien häirintä voi vaikuttaa?

Ilmasta tai avaruudesta tapahtuva häirintä voi vaikuttaa siis sotilaskohteiden lisäksi koko yhteiskuntaan. Jokaisen valtion kannattaa testata haavottuvuutensa laaja-alaista satelliittipaikannuksen häirintää vastaan.

Häirinnän vaikutuksesta ja oman maan haavoittuvuuksista ei kuitenkaan saa julkisesti sanoa mitään – ei mitään! Ne tiedot ovat juuri niitä helmiä, mitä tiedustelija odottaa informaatio-operaatioista heruvan.

Edelleen kaikkien asevoimien kannattaa harjoitella toimintaa satelliittipaikannuksen häirinnän alaisena. Jos häiritään ilmasta, riittää pienehkö teho ja suuntaavan antennin avulla vaikutus voidaan kohdentaa vain harjoitusalueelle. Häirinnästä voi varoittaa kuten kovapanosammunnoista.

Lisäksi häirintä on otettava huomioon asejärjestelmien tai oikeammin kaikissa järjestelmien hankkeissa.

Miten paikannusjärjestelmien häirinnältä voidaan suojautua?

Suojautumisen keinovalikoima on monipuolinen.

Teknisesti suojautuminen on aloitettu jo järjestelmien suunnittelun yhteydessä. Se on ollut polttavaan kuuma kysymys vuosikymmenet, mutta laitevalmistajat vaikenevat asiasta, jotta kauppa kävisi. Toisaalta kohta 30 vuoteen ei ole käyty sotaa, jossa osapuolet olisivat edes likipitäen tasapuolisia ja moderneja. Asia on ollut esillä vain ammattipiireissä.

Satelliittipaikannuksen salaiset, sotilaskäyttöön varatut moodit toimivat julkista varmemmin. Niissä signaali esimerkiksi sekoitetaan tehokkaammin kohinaan ja vastaanotossa tarvittavat sekoituskoodin avaimet jaetaan vain valituille käyttäjille. Salaus vaikeuttaa harhauttavaa häirintää.

Lentokoneiden, laivojen, ohjusten ja vastaavien kalliiden ja paikannuksesta kriittisesti hyötyvien järjestelmien antennit on sijoitettu ja muotoiltu siten, että uhka maasta tai halutusta suunnasta minimoituu. Usean pikkuantennin ryhmällä voidaan tehdä sähköisiä nollakeiloja häirinnän suuntaan.

Satelliittipaikannuksen ja inertiapaikannuksen tietoja verrataan ja kyseinen satelliittipaikannuskanava hylätään sen osoittaessa liian suuria muutoksia muihin nähden. Välillä mennään inertialla ja paikka korjataan taas kun saadaan kuranttia paikannustietoa. Menetelmät ovat usein tunnettuja, mutta todellinen tekninen toteutus ja koodaus huippusalaista.

Vaikka tekninen suojaus vietäisiin huippuunsa, sillä on kuitenkin rajansa. Jos häirintään käytetään suuria tehoja yhdessä suuntaavan antennin kanssa, voi hyvinkin suojattu satelliittipaikannin sokeutua kymmenien tai satojen kilometrien etäisyydelle.

Onkin välttämätöntä tietää oman teknisen suojauksen taso. Seuraavaksi voi ottaa käyttöön toiminnalliset menetelmät.

Satelliittipaikannuksen taajuusalueella esteet vaimentavat signaalia voimakkaasti. Käyttäjä voi etsiytyä paikkaan, jossa häirinnän suuntaan jää maastokatve kuten korkea jyrkkä rinne tai suuri rakennus. Paikannus toimii, jos päinvastaisesta suunnasta saadaan otettua vastaan riittävän monen satelliitin signaali.

Jos häirintälähetin on maassa, voi lentävä laite suojautua siltä usein tehokkaasti laskeutumalla matalemmalle. Jos lentää alle 1000 m korkeudessa, ei maasta lähtevä suuritehoinenkaan häirintä vaikuta 150-200 km kauemmas. Lennokin tai lentokoneen laskeutuessa 100 m korkeuteen katoaa häirintävaikutus yli 50-100 km etäisyyksiltä.

Häirintä vaikuttaa myös huonommin jo aiemmin tahdistuneeseen GPS-vastaanottimeen. Se voi siis toimia häirinnän katvealueella käynnin jälkeen selvästi pitempään.

Oleellista on, että toiminnan ei yleensä tarvitse estyä, kun on valmiiksi mietitty ja harjoiteltu, miten tullaan toimeen ilman satelliittipaikannusta ja sen nanosekunnin tarkkaa aikaleimaa.

Vanhat suunnistus, navigointi ja vastaavat toiminteet täytyy vain hallita. Niitä kannattaa harjoitella ja varsinkin yhteiskunnallisesti varautuminen on saatettava pakolliseksi.

Miten yhteiskunnallisiin vaikutuksiin voidaan varautua?

Koska häirintä on periaatteessa helppo kohdistaa ilmasta esimerkiksi usean maakunnan alueelle, kannatta sen vaikutuksiin varautua yhteiskunnallisesti.

Satelliittipaikannusjärjestelmien laaja käyttö logistiikan, pelastuspalvelun ja monen muun tärkeän järjestelmän keskeisenä osana on hallittava. Päämäärä on hankkia valmius toimia tarvittaessa ilman niitä.

Varautuminen on tehtävä muun poikkeusolojen varautumisen yhteydessä. Omat haavoittuvuudet on tunnettava ja varamenetelmät hallittava.

Omat haavoittuvuudet on pidettävä salassa. Kyllähän ulkopuoliset ammattilaiset arvaavat niitä olevan, mutta epävarmuus häirinnän vaikutuksesta ja suojautumistasosta vaikeuttaa aina sen operatiivista käyttöä.

Yhtään hassumpaa ei olisi paikannusjärjestelmien käytön ohjeistus kansallisen tietoturva-arkitehtuurin kriteeristön (Katakri) kaltaisesti. Määrittää, minkä tason järjestelmät tai toiminnot on oltava varmennettuja rinnakkaisilla paikannuslaitteilla, tarkkuuskelloilla tai varamenetelmillä.

Pitää myös muistaa, että matkapuhelin- ja viranomaisradioverkkojen (vertaa VIRVE) ja satelliittipuhelinjärjestelmien tiedustelu ja häirintä on tullut normaaliksi osaksi informaatio-operaatioita. Niihin kohdistuvilta uhilta varautumista kannattaa tarkastella rinnan paikannusjärjestelmien kanssa.

Jos nämä lähialueen satelliittipaikannuksen häiriöt nyt saavat viranomaisten lisäksi suomalaisetkin laajemmin havahtumaan, saattaa operaatio osua tekijänsä nilkkaan.

Lisätietoja aiheesta