Flughafen Dallas (Fort Worth) / GPS Anomalien

Also,

wir hatten mal einen Auftrag, militärischer Natur - drum muss ich etwas zurückhaltend formulieren.

Es ging u.a. darum, das GPS - Signal in das Innere einer Halle zu übertragen.

Meine Abfrage, wonach ja nur die Koordinaten des (Aussen -) Antennenstandortes übertragen werden können, was bei einer 30m Halle vielleicht zu Ungenauigkeiten führen könnte, wurde dahingehend relativiert, dass bei diversen Einsatzlagen das GPS Signal ohnehin durch die Amis bewusst mit einer nicht rückrechenbaren Abweichung beaufschlagt würde.

Anhand der Deklination könnte man darauf schließen, dass gerade „wieder etwas im Busch“ sei.

Transalp

Zitat von transalp

Es ging u.a. darum, das GPS - Signal in das Innere einer Halle zu übertragen.

Meine Abfrage, wonach ja nur die Koordinaten des (Aussen -) Antennenstandortes übertragen werden können, was bei einer 30m Halle vielleicht zu Ungenauigkeiten führen könnte, wurde dahingehend relativiert, dass bei diversen Einsatzlagen das GPS Signal ohnehin durch die Amis bewusst mit einer nicht rückrechenbaren Abweichung beaufschlagt würde.

Ich hab Ende der 1990er Jahre am ersten Mobiltelefon mit integriertem GPS mitentwickelt. Damals war die so genannte Selective Availability (S.A.) beim zivilen (unverschlüsselten) GPS-Signal noch aktiviert.

Das GPS-System stellt zwei Dienste zur Verfügung: einen (immer) präzisen Dienst mit einer Grundgenauigkeit im 10-Meter-Bereich fürs Militär, der jedoch verschlüsselt übertragen wird und von zivilen GPS-Empfängern nicht ausgewertet werden kann. Und einen zivilen unverschlüsselten Dienst, bei dem sich eine künstliche Verschlechterung der Genauigkeit um einige 100 Meter (S.A.) aktivieren lässt. Ist diese eingeschaltet, schwankt die Positionsgenaugikeit zufällig um die tatsächliche Position mit teils 400 Metern Abweichung. Die S.A. wurde per Präsidentenerlass im Mai 2000 abgeschaltet, kann aber jederzeit wieder eingeschaltet werden.

Hat man eine genau vermessene Position eines Fixpunktes und misst man dort die GPS-Daten, kann man den Messfehler bzw. auch den absichtlichen Fehler durch die S.A. herausrechnen, in dem man Ist-Position und GPS-Positionswert miteinander vergleicht Das lässt sich dann auch auf GPS-Empfänger in einen Radius von ca. 200km um diesen Referenzpunkt herum übertragen. Das Verfahren nennt sich Differential GPS oder DGPS. Im Vermessungswesen erreicht man dadurch Absolutgenauigkeiten im Zentimeterbereich und Relativgenauigkeiten im Millimeterbereich. Was man halt braucht, ist eine Kommunikationsmöglichkeit zwischen der Referenzstation und den GPS-Empfängern bei den Anwendern im Umkreis, damit man die jeweils geltende Fehlerkorrektur an die Empfänger übertragen kann. Dazu gibt es auch DGPS-Sender-Dienste (WAAS in USA, EGNOS in Europa). Wir lösten es damals einfach per SMS-Pingpong zwischen GPS-Mobiltelefon und der Referenzstation (die Stand in meinem Büro).

Man kann also aus einem ungenauen GPS-Signal mittels Referenzmessungen an Fixpunkten wieder ein genaues Signal machen.

Will man nun, wie von transalp geschildert, ein GPS-Signal in einen Innenraum übertragen, muss man die Leitungslänge zwischen empfangender Außenantenne und abstrahlender Innenantenne berücksichtigen. GPS basiert auf Laufzeitmessungen der Funksignale zwischen einem GPS-Satelliten und dem GPS-Empfänger. Der Satellit sendet einen exakten Zeitstempel, wann er ein Signal gestartet hat. Mit Hilfe der (atomuhrgenauen) Zeitinformation des Satelliten kann der Empfänger seine interne Uhr kurzzeitig sehr genau einstellen und mit dem Satelliten synchronisieren. Durch den Zeitstempel im GPS-Signal "weiß" der Empfänger dann, wie lange das Signal gebraucht hat, um vom Satellit zum Empfänger zu laufen. Der Rest ist angewandte Geografie bzw. 3D-Geometrie im Raum (hat man die Distanz zwischen Satellit und GPS-Empfänger am Boden, zeichnet man eine Kugel mit diesem Radius um den Satellit. Wenn man das mit drei Satelliten, die räumlich etwas verteilt zueinander stehen, macht, bekommt man drei Kugeln/Sphären im Raum, die sich an mehreren Stellen schneiden. Ein Schnittpunkt davon ist die gesuchte Position. Welcher Schnittpunkt es ist, muss man anhand von Plausibilitätskriterien herausfinden (Schnittpunkte, die 20.000km außerhalb der Erde liegen oder im Erdinneren fallen weg) und es bleibt dann eine Lösung als gültig übrig.

Die Signallaufzeit in einer Antennenleitung ist ähnlich wie im All bzw. in der Atmosphäre. Vereinfacht gesagt, wird ergibt ein 30m-Antennenkabel von Außen- zu Innenantenne ganz automatisch einen Zuschlag von 30m bei der Positionsbestimmung. Wenn das Kabel in gerader Linie zwischen GPS-Satellit und Empfänger liegt, wirkt es sich quasi nicht als Fehler aus. Verläuft das Kabel im Zickzack oder eben nicht in direkter Linie, entsteht ein Messfehler in der Positionsmessung.

Eine Übertragung des GPS-Signals in einen Innenraum ist übrigens relativ leicht hinzubekommen: man nimmt eine aktive GPS-Antenne (also mit eingebautem Signalverstärker) als Außenantenne und schließt an deren Antennenkabel eine passive GPS-Antenne an, diese strahlt dann das vom Signalverstärker kommende Signal wieder ab. Man muss natürlich Impedanzen genau abstimmen, damit möglichst wenig HF-Leistung an elektrischen Übergängen reflektiert wird.

Zitat von Baerti

Gibt es sonst "alltägliche" Erklärungen wie solch großflächige Störungen zu Dtande kommen können? Irgendwelche Sendeanlagen die Defekte haben und genau dieses Frequenzband stören können?

Ja. Es gibt zum eine Webseite gps.gov, auf der GPS Outages aufgelistet werden. Die Störungen/Ausfälle können wartungsbedingt sein (dann steht z.B. ein GPS-Satellit für bestimmte Zeit nicht zur Verfügung, es kann auch eine absichtlich lokale Störung vorliegen (Übung oder Einsatz militärischer Störsender in Eloka-Flugzeugen) und es kann natürlich immer ein "irdischer" Störer den GPS-Empfang beeinträchtigen. Die GPS-Signale sind ja extrem schwach (der Satellit sendet mit 20W Sendeleistung aus 20.000km Distanz, die GPS-Antenne im Empfänger ist so groß wie ein Fingernagel - wenn man sich da die "Sendekeule" über 20.000km vorstellt, dann bleibt da nicht viel HF-Energie pro cm² übrig, die von der Antenne empfangen werden kann). Da reicht eine kaputte Mikrowelle, die einen Störnebel im passenden Bereich erzeugt, um die Empfänger im Umkreis lahmzulegen.

Etwas aufwändiger ist das GPS-Spoofing, da überlagert man gefakte Signale, die etwas stärker sind, als die echten GPS-Signale und die Empfänger werten dann die Fake-Signale aus. Je nach dem wie man die moduliert, kann man dann einen beliebig großen Offset in die Messungen der GPS-Empfänger reinbekommen. D.h. alle GPS-Geräte, die auf das Spoofing-Signal reinfallen, errechnen eine GPS-Position, die ganz woanders ist. Als hätte man die Geräte auf der Landkarte in eine andere Region versetzt. Das ist natürlich ein Problem z.B. beim Instrumentenflug. Deshalb ist reine GPS-gestützte Navigation in der Luftfahrt nach wie vor nicht erlaubt.

Bloomberg scheint auch nach 14h die einzige Quelle zu den GPS-Problemen am Flughafen Dallas zu sein. Es gibt bislang auch keine NOTAM. Es gibt noch eine weitere Webseite, ajot.com. die sich aber wiederum auf die Bloomberg-Meldung stützt. Auch bei flightradar24.com sieht es in und um Dallas ganz normal aus. Der "disruption index" liegt bei Abflügen bei 0.0 und bei Ankünften bei 0.8 bzw. durchschnittlich 10min Verspätung. Ein DI zwischen 0.0 und 1.9 bedeutet "good traffic flow".

Könnte also auch eine Bloomberg-Dramatisierung gewesen sein. Vielleicht ein so kurzes Event (glitch), dass es gerade mal kurzzeitig zur Sperrung einer Landebahn geführt hat. Am Ende wars vielleicht ein VW Käfer mit nicht abgeschirmter Zündanlage...

Die Erklärung von tomsuley ist beeindruckend ausführlich. Ich bin letztens über diesen Artikel gestolpert, der das Problem ebenfalls detailliert behandelt. Leider in Englisch.

On GPS spoofing of aerial platforms: a review of threats, challenges, methodologies, and future research directions

Unmanned Aerial Systems (UAVs, Drones), initially known only for their military applications, are getting increasingly popular in the civil sector as well.…

www.ncbi.nlm.nih.gov

Zitat von tomduly

Etwas aufwändiger ist das GPS-Spoofing, da überlagert man gefakte Signale, die etwas stärker sind, als die echten GPS-Signale und die Empfänger werten dann die Fake-Signale aus. Je nach dem wie man die moduliert, kann man dann einen beliebig großen Offset in die Messungen der GPS-Empfänger reinbekommen. D.h. alle GPS-Geräte, die auf das Spoofing-Signal reinfallen, errechnen eine GPS-Position, die ganz woanders ist.

Das passiert ab und zu hier in der Gegend von bestimmten Standorten, wenn da daran vorbeifahre oder durch das Bereich, dann zeigt der Navi einen völlig durchaus sehr abweichende Position an. Sind vermutlich Tests.

Scheint aktuell wohl eher ein GPS Problem über der Türkei zu sein....

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