1
52. Помехи и спуфинг GNSS: джемминг, spoofing, защита #
Сигнал GNSS на входе приёмника — ≈ −130 дБм, на 19 дБ ниже уровня шума: его можно и подавить, и подделать. Джемминг подавляет сигнал, спуфинг подменяет его ложным. Разбираем, как это работает физически, чем это кончается для БПЛА (беспилотного летательного аппарата) и что делает приёмник для обнаружения аномалий.
Содержание
1. Цели статьи
- Понимать, почему GNSS-приёмник уязвим (слабый сигнал, отсутствие аутентификации).
- Различать джемминг (подавление) и спуфинг (подмена) и оценивать мощности и расстояния по расчёту.
- Знать, как помехи проявляются на БПЛА: дрейф позиции, ложный RTH, отказ RTK.
- Применять средства обнаружения: RAIM, сравнение с IMU, два приёмника, резервные датчики (статья 53).
2. Глоссарий величин
Все величины, используемые в статье, с единицами измерения (СИ):
| Величина | Обозначение | Единица | Что это |
|---|---|---|---|
| Уровень сигнала GNSS на входе | P_сиг | дБм | ~−130 дБм — один из самых слабых в радиотехнике |
| Уровень шума в полосе кода | N | дБм | −174 дБм/Гц + 10·lg B; для 2 МГц ≈ −111 дБм; сигнал на ~19 дБ ниже |
| Уровень помехи на входе | P_пом | дБм | Например, −46 дБм от джеймера 10 мВт на 10 м |
| Мощность джеймера | P_дж | Вт, дБм | 0,1–100 Вт (узкополосный/широкополосный/направленный) |
| ЭИИМ джеймера | EIRP | дБм | Мощность с учётом антенны; 1 Вт + 10 дБи = 40 дБм |
| Радиус подавления | d_рад | м, км | Расстояние, на котором помеха превышает сигнал с запасом; сотни м – км |
| Потери свободного пространства | L_св | дБ (децибел) | L_св = 32,44 + 20·lg d + 20·lg f (d — км, f — МГц) |
| Несущая частота | f | МГц (мегагерц) | L1 1575,42 (GPS/Galileo), L5 1176,45 МГц |
| Смещение позиции (спуфинг) | Δx | м (метр) | Ложный сдвиг: 10–1000 м |
| Скорость аппарата | v | м/с (метр/с) | Типовая 5 м/с; максимум дрона 25–30 м/с |
| Дрейф IMU | v_dr | м/с (метр/с) | 0,5 м/с — «уплытие» интегрированной траектории |
| Точность определения позиции | σ | м (метр) | SPS ~5 м; RTK 10–20 см |
3. Почему GNSS уязвим
Две физические причины (подробно — в статье 51):
- Сигнал слабее шума. Уровень GNSS на входе приёмника ≈ −130 дБм; уровень теплового шума в полосе кода C/A (2 МГц) ≈ −111 дБм. Сигнал восстанавливается только кодовой обработкой. Помеха мощностью даже в несколько дБм в L1-диапазоне полностью его заслоняет.
- Гражданский сигнал не аутентифицируется. Приёмник не может проверить, «кто именно» передаёт сигнал — он доверяет любому сигналу с нужным кодом. Это и есть основа спуфинга: ложный сигнал, сгенерированный с нужным кодом, принимается как настоящий.
В военном контексте подавление и подмена навигационных сигналов — классические средства электронной войны (рисунок — Wikipedia) / Радиоэлектронная борьба; гражданские устройства используют те же принципы в упрощённом виде. Прибор, создающий помеху, — джеймер (jammer, рисунок — Wikipedia), само воздействие — подавление сигнала (рисунок — Wikipedia).
↑ К оглавлению4. Джемминг: подавление
Джеймер заполняет полосу GNSS шумом, сильнее полезного сигнала — приёмник теряет корреляцию и спутники. Три основных вида:
| Вид | Что подавляет | Мощность | Распознаётся по |
|---|---|---|---|
| Широкополосный (шумовой) | всю L1-зону (~44 МГц) | 1–10 Вт | потеря всех спутников всех систем L1; уровень сигнала в помехе ровный |
| Узкополосный (тонированный) | один/несколько каналов | 0,1–1 Вт | потеря части спутников, DOP растёт, «всплывание» отдельных каналов |
| Направленный | луч на цель | 1–100 Вт (направленная антенна) | помеха появляется при определённом курсе/направлении |
Почему так мало мощности.
Чтобы заслонить сигнал −130 дБм,
помехе достаточно на ~10–20 дБ
превысить его уровень в полосе
кода. Джеймер 10 мВт (10 дБм)
изотропно излучает на 10 м уже
≈ −46 дБм — на 84 дБ выше сигнала
GNSS (Задача 1). Радиус действия
джеймера 1–10 Вт — от сотен метров
до нескольких километров
(Задача 2).
↑ К оглавлению
5. Спуфинг: подмена
Спуфинг (spoofing, рисунок — Wikipedia) / Спуфинг — передача ложного GNSS-сигнала, который приёмник принимает за настоящий. Отличие от джемминга: приёмник «всё ещё видит спутники» — но их «позиции» заданы нападающим. Три уровня:
| Уровень | Что делает | Эффект на БПЛА |
|---|---|---|
| Смещение позиции | ложные псевдодальности → позиция со сдвигом (10–1000 м) | дрейф удержания, сдвиг точки приземления, ложный RTH |
| Смещение времени | сдвиг эфемеридных временных меток | ошибка синхронизации телеметрии/записей, ошибка в DGPS-коррекциях |
| Полная симуляция | сгенерированный «небесный купол» из 6–12 псевдоспутников | управление траекторией дрона: псевдо-перемещение, ложный взлёт/посадка |
Технически спуфинг проще джемминга (не нужен широкий шум, достаточно кодера с нужными псевдослучайными кодами), но требует знания навигационных сообщений (они открытые). В контексте электронной атаки (рисунок — Wikipedia) / Радиоэлектронное подавление спуфинг — средство навигационного обмана (mislead) без прямого разрушения канала.
↑ К оглавлению6. Как помехи проявляются на БПЛА
- Джемминг (потеря спутников): пропал FIX → режим удержания теряется. Дрон либо зависает по IMU (постепенный дрейф, 1–5 м/мин), либо по логике прошивки переходит в RTH — на «последнюю известную» точку, которая к моменту обрыва может быть устаревшей на 50–200 м.
- Спуфинг (ложная позиция): FIX «есть», спутники «на месте» — но позиция смещена. Удержание ведёт дрон к ложной точке; RTH — к ложному дому; RTK — к ложной базе (фиксация «впритык» к ошибочной фазе).
- Частичный джемминг (одна система): мультисистемный приёмник теряет только GPS — фиксация сохраняется по GLONASS+BeiDou. На моно-системных приёмниках (GPS-only) тот же эффект — полная потеря.
- RTK-режим: фаза несущей — наиболее чувствительный вход; джемминг/спуфинг мгновенно сбрасывает RTK в SPS, и «плавающая» позиция 3–10 м может быть принята пилотом за «плохую погоду».
7. Обнаружение и защита
- RAIM (Redundant Autonomous Integrity Monitoring): приёмник с 5+ спутниками проверяет «внутреннее согласие» псевдодальностей: одна аномальная выбрасывается. Находит грубые ошибки (спуфинг со сдвигом 100+ м) — не полный джемминг.
- Сравнение с IMU (статья 53): интегрированная по гироскопу/акселерометру траектория расходится с GNSS-позицией → аномалия. Работает 30–120 с (пока IMU не «уплыл» сам).
- Контроль уровня сигнала: резкий рост SNR в L1-полосе (шумовой джемминг) или появление «идеальных» SNR у всех псевдоспутников (спуфинг) — типичные маркеры в спектроанализаторе/приёмнике с логом.
- Два приёмника на разных частотах (L1+L5): L5 (1176 МГц) не перекрывается L1-джеймером; расхождение L1/L5-позиций — маркер L1-спуфинга.
- Резервные датчики: оптический поток + ToF-камера удерживают позицию 0,3–1 м на 0–5 м от земли при полной потере GNSS (статья 53). Магнитомагнитный компас держит курс (5°), но не позицию.
- Организационные меры: проверка сигнала перед вылетом (2–3 мин на старте), «план Б» на маршруте (точка RTH вне зоны помех), снижение высоты в зоне известной помехи, ручной режим как резерв.
8. Практика: типовые задачи (с решениями)
Задача 1. 10 мВт на 10 м
Джеймер 10 мВт (10 дБм), изотропная антенна, 10 м до приёмника, L1 (1575,42 МГц). Найти уровень помехи на входе. Сигнал GNSS −130 дБм. На сколько помеха выше?
Заданные параметры.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Мощность джеймера, P_дж | 10 мВт (10 дБм) |
| Усиление антенны (изотропная) | 0 дБи |
| Расстояние до приёмника, d | 10 м (0,01 км) |
| Частота, f | 1575,42 МГц |
| Сигнал GNSS на входе | −130 дБм |
Искомые параметры. Уровень помехи на входе (дБм); на сколько выше сигнала (дБ).
Решение.
- L_св = 32,44 + 20·lg(0,01 км) + 20·lg(1575,42) = 32,44 − 40 + 64,0 = 56,4 дБ.
- P_помехи = 10 − 56,4 = −46,4 дБм.
- Разница: −46,4 − (−130) = 83,6 дБ.
Ответ: помеха на 83,6 дБ выше
сигнала. Вывод: «карманный» джеймер
10 мВт на 10 м заслоняет GNSS с
огромным запасом — для подавления
не нужны большие мощности, нужен
только доступ к частоте.
Задача 2. Радиус действия джеймера
Джеймер 1 Вт (30 дБм), направленная антенна 10 дБи (EIRP 40 дБм), L1. Найти расстояние, на котором помеха = −124 дБм (сигнал −130 + запас 6 дБ), т.е. «радиус подавления».
Заданные параметры.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Мощность джеймера, P_дж | 1 Вт (30 дБм) |
| Усиление антенны, G | 10 дБи |
| EIRP джеймера | 40 дБм |
| Требуемый уровень помехи | −124 дБм |
| Частота, f | 1575,42 МГц |
Искомые параметры. Радиус подавления d (м).
Решение.
- 40 − (32,44 + 20·lg d + 64,0) = −124.
- 20·lg d = 40 − 32,44 − 64,0 + 124 = 67,56 → d = 10^3,378 ≈ 2400 м.
Ответ: ~2,4 км (свободное
пространство, LOS). Вывод: направленный
джеймер 1 Вт подавляет GNSS в радиусе
километровых порядков — «точка
спокойствия» для GNSS-приёмника —
десятки–сотни метров от источника
(зависит от антенны джеймера).
Задача 3. Обнаружение спуфинга
Спуфер сдвигает позицию на 500 м. Дрон летел со скоростью 5 м/с. Какие аномалии видят приёмник/прошивка? Зафиксировало ли IMU-сравнение расхождение за 60 с (дрейф IMU 0,5 м/с)?
Заданные параметры.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Смещение позиции спуфером, Δx | 500 м |
| Скорость дрона, v | 5 м/с |
| Макс. скорость дрона | 25–30 м/с |
| Дрейф IMU, v_dr | 0,5 м/с |
| Интервал наблюдения | 60 с |
Искомые параметры. Какие аномалии видны; зафиксировало ли IMU-сравнение расхождение.
Решение.
- GNSS-скорость: скачок 500 м за один кадр позиции = 500 м/с — физически невозможно (макс. скорость дрона 25–30 м/с) → мгновенный флаг «несоответствие скорости».
- IMU-сравнение: за 60 с дрон реально прошёл 5×60 = 300 м; интеграл IMU = 300 м; «ложная» GNSS-позиция = 300 + 500 = 800 м; расхождение 500 м — во много раз больше дрейфа IMU за 60 с (0,5 м/с × 60 с = 30 м) → аномалия зафиксирована.
Ответ: мгновенно — по
скачку GNSS-скорости (500 м/с);
IMU-сравнение подтверждает за 60 с.
Вывод: статический сдвиг позиции —
самая легко обнаруживаемая форма
спуфинга; «плавный» дрейф ложной
позиции (1–5 м/с) — самый опасный,
для него нужен IMU + RAIM +
логика маршрута.
Задача 4. RAIM и избыточность
Минимум для 3D + часы — 4 спутника. Сколько нужно минимум для RAIM (выброс одной аномальной псевдодальности)? Что RAIM находит, а что нет?
Заданные параметры.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Неизвестных (x, y, z, часы) | 4 |
| Минимум для 3D-позиции | 4 спутника |
Искомые параметры. Минимум спутников для RAIM (шт); что RAIM находит, а что нет.
Решение.
- Для исключения одного элемента нужно 4+1 = 5 спутников (5 уравнений, 4 неизвестных — остаток проверяется).
- RAIM находит: грубые ошибки псевдодальности (спуфинг со сдвигом 100+ м, потеря/шум на одном спутнике).
- RAIM НЕ находит: полный джемминг (нет спутников для проверки), «честный» спуфинг (все псевдоспутники согласованы между собой).
Ответ: минимум 5 спутников.
Вывод: RAIM — защита от «плохого
одного спутника», не от «хитрого
всех спутников». Комбинация RAIM +
IMU-сравнение + L5-резерв —
рабочий набор.
Задача 5. Два приёмника
На дрон установлены два приёмника: L1 (GPS+GLONASS) и L5 (GPS+Galileo). Ложный сигнал подменяет только L1 (псевдоспутники GPS L1). Какие расхождения увидит прошивка? Какой «базовый» уровень расхождения L1/L5 при нормальном сигнале (SPS, 5 м)?
Заданные параметры.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Приёмник 1 | L1 (GPS+GLONASS) |
| Приёмник 2 | L5 (GPS+Galileo) |
| Подменённая полоса | только L1 (GPS) |
| Типовая точность SPS | 5 м |
Искомые параметры. Базовый уровень расхождения L1/L5 (м); какое расхождение при L1-спуфинге.
Решение.
- Норма: L1 и L5 «видят» одни и те же спутники (GPS), позиции совпадают в пределах SPS-ошибки: Δ ≤ 2·5 = 10 м, типично 3–5 м.
- L1-спуфинг: L1-позиция смещена, L5-позиция (Galileo — не подменена) — на истинной. Расхождение = величина сдвига спуфера (100–1000 м) — на 1–2 порядка выше нормального.
Ответ: расхождение
100+ м против нормы 3–5 м — маркер
L1-спуфинга. Вывод: двухполосный
приёмник — не только «точнее», но и
«свидетель»: L5 фиксирует аномалию
L1-сигнала.
9. Чек-лист самопроверки знаний
Отметьте пункты, которые вы действительно понимаете и можете применить без подсказок.
| ✓ | Навык | Проверка |
|---|---|---|
| Уязвимость | знаю, что сигнал −130 дБм, ниже шума на 19 дБ; аутентификации нет | |
| Джемминг | широко-/узкополосный/направленный; 10 мВт на 10 м = −46 дБм (×10^8,4 выше сигнала) | |
| Спуфинг | сдвиг позиции/времени/полная симуляция; фиксация по скачку скорости | |
| RAIM | 5+ спутников; находит грубые ошибки, не «честный» спуфинг | |
| Защита | IMU-сравнение, L5-резерв, оптический поток (ст. 53), план Б на маршруте |
10. Источники
- Wikipedia, «Jammer» — джеймер (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Jammer_(radio)
- Wikipedia, «Signal jamming» — подавление сигнала (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Jamming
- Wikipedia, «Spoofing attack» — спуфинг (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Spoofing_attack / ru.wikipedia.org/wiki/Спуфинг (Спуфинг)
- Wikipedia, «Electronic warfare» — электронная война (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Electronic_warfare / ru.wikipedia.org/wiki/Радиоэлектронная_борьба (Радиоэлектронная борьба)
- Wikipedia, «Electronic attack» — электронная атака (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Electronic_attack / ru.wikipedia.org/wiki/Радиоэлектронное_подавление (Радиоэлектронное подавление)
- Статьи цикла 51 (GNSS: частоты, уровни, принцип), 53 (IMU, оптический поток — резервные датчики) — база. Уровни и мощности — типовые, из открытых источников по GNSS-помехам.
Мощности джеймеров (0,1–100 Вт) — типовые значения для гражданских/наименованных приборов; «радиус 2,4 км» — расчёт для свободного пространства (LOS), в реальности зависит от антенны, рельефа, помех. Числовые примеры рассчитаны автором. Проверено: 03.09.2026.
↑ К оглавлению- мод. : Воскресенье, 06 сентября 2026