Väärennetyn satelliittipaikannussignaalin havaitseminen RF-sormenjäljen avulla

Abstract

Satelliittipaikannusta hyödyntävä laite voi joutua tilanteeseen, jossa ulkopuolinen taho pyrkii harhauttamaan laitteen sijainnin määritystä väärennetyllä satelliittipaikannussignaalilla. Väärennetty satelliittipaikannussignaali vastaa paikannukseen käytettävän informaation osalta satelliitista peräisin olevaa aitoa satelliittipaikannussignaalia. Tällöin väärennettyä satelliittipaikannussignaalia vastaanottava laite voi määrittää sijaintinsa todellisesta sijainnistaan poikkeavaksi, ja laite voi jopa ajautua johonkin ulkopuolisen tahon määrittämään sijaintiin. Täten väärennetyt signaalit olisi hyödyllistä havaita, esimerkiksi RF-sormenjäljen avulla. RF-sormenjälki sisältää vastaanotetusta signaalista irrotetun piirteen, jonka avulla signaalin alkuperä voidaan tunnistaa ja näin ollen varmistua vastaanotetun signaalin aitoudesta. Mikäli satelliittipaikannussignaalien vastaanottaja huomaa olevansa harhautusyrityksen kohteena, voi hän lopettaa satelliittipaikannuksen käyttämisen välttyäkseen ulkopuolisen tahon harhautukselta ja mahdolliselta johdattelulta.

Tämän työn tarkoituksena on tutkia, miten RF-sormenjäljen avulla voidaan havaita, että vastaanotettujen signaalien joukossa on myös väärennettyjä satelliittipaikannussignaaleja. Ensin perehdytään aiheeseen liittyvään teoriaan esitellen satelliittipaikannuksen perusperiaatteita, jonka jälkeen tehdään katsaus RF-sormenjälkiin sekä luokittimiin. Teoriaosuuden jälkeen sekä aitoja että väärennettyjä satelliittipaikannussignaaleja kerätään laboratoriolaitteilla. Kerätyn datan pohjalta muodostetaan luokitinmalli, jonka avulla pyritään havaitsemaan väärennetyt satelliittipaikannussignaalit. RF-sormenjälkenä käytetään lyhytaikaista Fourier’n muunnosta (STFT), ja tallennetuille RF-sormenjäljille suoritetaan pääkomponenttianalyysi (PCA). RF-sormenjälkien pääkomponenteista muodostetaan opetus- ja testijoukko. Tukivektorikone (SVM) opetetaan opetusjoukolla, jonka jälkeen opetetun mallin luokittelukykyä arvioidaan testijoukolla.

Lopputuloksena opetettu SVM-luokitin kykenee luokittelemaan sille annetut testijoukon näytteet 100 %:n tarkkuudella oikeisiin luokkiin: aitoihin ja väärennettyihin signaaleihin. Tarkastelemalla eri luokkien RF-sormenjäljistä saatuja pääkomponentteja on eri luokkien välillä havaittavissa selkeä ero. Luokitteluun käytetään kuitenkin hyvin pientä määrää dataa, jolloin luokitinmallin todellista tarkkuutta ei voida tarkasti määrittää eikä tulosta voida pitää täysin luotettavana. Lisäksi mittausympäristö dataa kerättäessä ei ole täysin todenmukainen, sillä väärennetyt signaalit lähetetään radiotien sijaan koaksiaalikaapelin välityksellä. Voidaan kuitenkin sanoa, että väärennetyn satelliittipaikannussignaalin havaitseminen RF-sormenjäljen avulla on mahdollista.