Slik lures droner til å tro de er et annet sted enn de er

Det dukker oftere opp droner i Nato-luftrom, og flere av dem antas å være ukrainske. I mars mente finske myndigheter at russisk elektronisk krigføring er grunnen til at ukrainske droner ender opp i landet.

Siden har flere lignende hendelser rammet land langs Natos østflanke, og ifølge Reuters er det ukrainske eller antatt ukrainske droner som kommer på avveie.

En mulig forklaring er russisk jamming og spoofing, ifølge Torleiv Håland Bryne, førsteamanuensis ved Institutt for teknisk kybernetikk ved NTNU. Han forsker på navigasjonssystemer, treghetsnavigasjon og GNSS-forstyrrelser.

Jamming er å overdøve de ekte signalene. Spoofing er å etterligne dem. I det første tilfellet mister dronen satellittnavigasjonen. I det andre kan den tro at falske signaler er ekte.

Sårbarheten ligger i hvordan satellittnavigasjon fungerer. Mottakeren regner ut posisjon ved å måle små tidsforskjeller i signaler fra satellitter som man følger.

Treghetsnavigasjon

Satellittsignalene er veldig svake når de når jorda, etter å ha reist rundt 20.000 kilometer. En sender på bakken kan derfor overdøve dem. Ved jamming mister GNSS-mottakeren grunnlaget for å beregne posisjon, og må støtte seg på andre systemer, for eksempel treghetsnavigasjon.

Treghetsnavigasjon bruker akselerasjon og rotasjonshastighet til å beregne hvordan dronen har beveget seg fra en kjent start posisjon. Men små feil akkumuleres raskt over tid.

Uten andre posisjoneringsmidler kan dronen etter hvert fly et annet sted enn den tror, forklarer Bryne.

Ved spoofing får dronen et signal som ser ekte ut, men inneholder feil informasjon. Det kan skje etter jamming, når mottakeren leter etter signaler kan den låse seg til et falskt.

Det enkleste er å sende en fast falsk posisjon. Det kan moderne GNSS-mottakere ofte oppdage og avsløre. Mer avansert spoofing kan forsøke å flytte den beregnede posisjonen gradvis, slik at feilen ikke fremstår som et fysisk umulig hopp.

Spiller av gamle signaler

En variant av spoofing kalles meaconing. Da genererer man ikke nødvendigvis signalene selv, men tar opp ekte satellittsignaler ett sted og spiller dem av igjen et annet sted på et senere tidspunkt med høyere effekt.

– Hvis du gjorde et opptak av satellittsignalene på Rådhusplassen i Oslo i går og spiller det av i København i dag, vil mottakere uten mottiltak kunne tro at de er i Oslo i går, i stedet for København i dag, sier Bryne.

– Sofistikert spoofing er det skumleste. Da kan du bli virkelig lurt, sier Bryne.

Da kan autopiloten korrigere kursen ut fra feil posisjon og havne et annet sted enn planlagt. Ingen fjernkontrollerer dronen, men systemet blir lurt.

Moderne GNSS-mottakere er blitt bedre til å oppdage feil, for eksempel hvis posisjonen hopper flere hundre kilometer eller satellittiden avviker kraftig fra en klokke om bord. Da kan mottakeren forkaste signalet. Problemet er hva den skal bruke i stedet.

Om dronen ikke har gode alternativer, må den stole på treghetsnavigasjon eller andre sensorer. Da vil posisjonen gradvis drive av fra den virkelige posisjonen.

Derfor er det vanskelig å si sikkert hvorfor en drone ender i et annet land. Den kan være lurt dit, eller ha fortsatt på en posisjonsberegning som gradvis blir feil.

Bryne understreker at han ikke kan si om de konkrete hendelsene i Finland og Baltikum skyldes spoofing, eller hvor stor andel som skyldes dette.

– Det er vanskelig å uttale seg generelt, for det finnes så mange forskjellige droner, sier han.

Antenner som mottiltak

Noen droner kan bruke kamera, radar, satellittkommunikasjon eller andre radiosignaler som støtte. Men mer utstyr betyr mer vekt, strømforbruk og kostnad. Da får man mindre rekkevidde eller nyttelast.

Et av de mest effektive mottiltakene er spesielle antennesystemer, såkalte CRPA-antenner. De bruker flere antenneelementer og signalbehandling til å avgjøre hvilken retning signalene kommer fra, og blokker ut signaler som ikke kommer fra den retningen man skulle forvente.

Ekte satellittsignaler kommer ovenfra. Falske signaler fra en sender på bakken kommer fra en annen retning. Antennen kan da dempe eller blokkere signaler derfra.

– Dette er regnekrevende. Det krever avanserte beregning og relative tunge antenner som bruker mye mer strøm enn en standard GNSS antenne. Slike CRPA antenner ikke nødvendigvis særlige aerodynamisk utformet heller, sier Bryne.

Kystverket har gjort lignende erfaringer i tester på Andøya. Der ga CRPA-antenner betydelig beskyttelse mot jamming. Testene viste også at mottakere reagerer svært forskjellig på spoofing. Noen mistet posisjon, mens andre lot seg lure av falske varsler om at ekte GPS-signaler ikke skulle brukes.

Kamera og radar

Et annet mottiltak er å navigere etter terreng med kamera eller andre sensorer. Tåke, mørke, hav eller ensformig terreng kan gjøre det problematisk. Radar og lidar kan gi mer informasjon, men en drone med aktive sensorer vil da gjøre den til et flyvende fyrtårn. Bryne kaller det et kappløp innen elektronisk krigføring.

Dermed handler det om kompromisser. En drone som skal fly langt og da være lett, være billig og ha med seg mest mulig sprengstoff kan ikke nødvendigvis ha alle mottiltak ombord samtidig.

Bryne kaller det et kappløp.

– GNSS er kjempebra. Man har lyst til å bruke det, men det er sårbart, sier han.

Hopper i et triangel

Nkom har i flere år målt russiske GPS-forstyrrelser i Finnmark. Ifølge sjefingeniør Nicolai Gerrard ser de ikke bare jamming, men også spoofing.

En av Nkoms målestasjoner står fast på bakken. Likevel kan GPS-posisjonen vise at den flytter seg.

– Hvis man bare ser på GPS-en, så driver den og hopper i et triangel. Litt inne i Russland. Ikke unaturlig langt vekk, men tydelig feil, sier Gerrard.

Han sier at forstyrrelsene i hovedsak er sentrert rundt luftrommet over Kirkenes og Varangerhalvøya. Nkom har også merket påvirkning så langt vest som Lakselv.

I Finnmark er det GPS som spoofes, ifølge Gerrard. Nkom har ikke sett tilsvarende spoofing av andre satellittsystemer der. Det betyr likevel ikke at en mottaker nødvendigvis slipper unna ved å bruke Galileo eller andre GNSS-systemer. De kan fortsatt bli påvirket av støy eller jamming.

Problemet er særlig relevant for luftfarten, der GPS fortsatt er sentralt. Gerrard forteller at ulike systemer reagerer forskjellig, avhengig av antenneplassering, skjerming, programvare og hvilke signaler systemet bruker.

Kan korrigere vestover

– Når man spoofer en drone til et annet punkt, vil den ikke nødvendigvis fly til det punktet. Den er forhåndsprogrammert til å fly dit den skal treffe. Hvis den tror den befinner seg et annet sted, vil den prøve å rette opp kursen tilsvarende, sier Gerrard.

Hvis dronen spoofes til å tro at den er lenger øst enn den faktisk er, kan den derfor korrigere vestover.

Mister den i stedet pålitelig satellittnavigasjon og går over på treghetsnavigasjon, blir utfallet mindre kontrollerbart. Da kan den ende langt unna ruten uten at noen nødvendigvis har styrt hvor den havner.

Nkom vurderer at problemstillingen også kan få betydning for Norge. Gerrard peker på at dette er en av årsakene til at Nkom etablerer to nye målestasjoner i Nord-Norge og har sammen med andre myndigheter etablert en årlig testarena på Andøya for jamming og spoofing.

Nkom har kontakt med både militære aktører og søsterorganisasjoner i andre land om problematikken, blant annet finske myndigheter.