Vijf jaar geleden, een team van onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin ging aan boord van een jacht van 80 miljoen dollar met de bedoeling het navigatiesysteem van het schip voor de gek te houden en het heimelijk uit de koers te duwen.

Toen het jacht voor de kust van Italië was, het team - met medeweten en toestemming van de eigenaar van het vaartuig, een vermogend persoon die niet bij naam genoemd wil worden - gebruikte een apparaat ter grootte van een aktetas om langzaam legitieme GPS-signalen te overstemmen en de leiding van het schip over te nemen. Het werkte. Met behulp van de valse signalen, het team draaide het schip geleidelijk om terwijl het op de kaartdisplay bleef zien dat het in een rechte lijn reisde.

Sinds de VS het Global Positioning System hebben ontwikkeld, of GPS, In de jaren zeventig, de natie is in toenemende mate afhankelijk geworden van deze op satellieten gebaseerde methode om positie te bepalen, tijd en snelheid. Tegenwoordig wordt GPS gebruikt om alles te doen, van het bellen van een Uber en navigeren door de stad tot het tijdstempelen van financiële transacties en het laten vallen van geleide bommen.

Dat groeiende afhankelijkheid een probleem kan zijn, vooral als de 30 GPS-satellieten of hun grondstations ooit zouden uitvallen, deskundigen zeggen. En dat heeft ertoe geleid dat een aantal overheidsorganisaties en bedrijven zijn gaan nadenken over hoe ze het systeem kunnen versterken en of andere signalen kunnen worden gebruikt als aanvulling op of een back-up van de altijd alomtegenwoordige GPS.

In december, Luchtmachtsecretaris Heather Wilson vertelde The Times in een interview dat "er geen militaire missie is die niet afhankelijk is van de ruimte, " en dat de luchtmacht oefent alsof ze geen gps heeft.

Eerder vorig jaar, Directeur van de nationale inlichtingendienst Dan Coats getuigde voor de Senaatscommissie voor inlichtingen over de toekomstige "wereldwijde dreiging van elektronische oorlogsvoeringaanvallen op ruimtesystemen, ", zoals militaire satellietcommunicatie en GPS-satellieten. Coats merkte op dat zowel China als Rusland de ontwikkeling van nieuwe mogelijkheden voor elektronische oorlogsvoering hebben besproken.

"Voor robuustheid, je hebt echt meerdere bronnen nodig, " zei Michael O'Connor, directeur van Satelles, een Herndon, va., bedrijf dat een nieuw tijd- en locatiesignaal heeft ontwikkeld dat wordt uitgezonden vanuit een afzonderlijke constellatie van satellieten en dat kan worden gebruikt als alternatief of backstop voor GPS. "Elke bron is kwetsbaar."

Ontwikkeld door het Amerikaanse leger en gratis aangeboden, de eerste GPS-testsatelliet gelanceerd in 1978. Vanaf het begin, het systeem was bedoeld voor zowel militair als civiel gebruik, met aparte signalen voor elk.

GPS was zo'n "technisch wonder" dat iedereen begon te wennen aan het gebruik ervan, zei Dave Tremper, programmamanager in het strategisch technologiebureau van het Defense Advanced Research Projects Agency, of DARPA.

GPS-satellieten sturen radiosignalen naar ontvangers op aarde die zijn ingebed in een auto of ander object. Met behulp van atoomklokken op de satellieten, het signaal geeft aan wanneer het is verzonden. De ontvangers berekenen de locatie op basis van het tijdstip waarop de transmissie is verzonden en de tijd waarop deze is ontvangen. Door gegevens van ten minste vier satellieten te combineren, de ontvanger kan lokaliseren waar het is.

Door de jaren heen, het Amerikaanse leger heeft verbeteringen en wijzigingen in het systeem aangebracht.

Het civiele signaal, die opzettelijk minder nauwkeurig was gemaakt dan het militaire signaal, werd uitgebreid en de nauwkeurigheid ervan verbeterd. Nieuwe versleutelde militaire signalen werden toegevoegd, net als een nieuwe frequentie grotendeels voor gebruik door de Federal Aviation Administration. Satellieten met betere technologie, precisie en veerkracht tegen aanvallen werden gelanceerd om de oude te vervangen.

Deze nieuwe satellieten, algemeen bekend als GPS Block II, hebben een ontwerplevensduur van 7{ jaar tot 12 jaar. Een nieuwe generatie satellieten bekend als GPS III, die een levensduur van 15 jaar hebben, zijn in ontwikkeling.

Maar al die verbeteringen veranderden niets aan het feit dat er nog steeds maar één grotendeels universeel systeem was dat door de VS werd gebruikt. Andere landen en regio's hebben sindsdien hun eigen versies van GPS ontwikkeld, waaronder het Europese Galileo-systeem en het Russische GLONASS, die gratis kan worden gebruikt.

Experts uit de sector zeggen dat GPS vatbaar is voor een paar verschillende vormen van aanvallen. De ene is aan het jammen, waarin een GPS-ontvanger geen informatie van een satelliet kan ontvangen. Maar een andere, gevaarlijker zorg, is spoofen. Net als bij het UT-jachtexperiment, een ontvanger kan een vals GPS-signaal krijgen, misleiden over zijn positie.

Tijdens dat experiment geen van de apparatuur op de jachtbrug heeft ooit een alarm laten afgaan, wat zou zijn gebeurd als het team had geprobeerd de GPS-signalen te blokkeren, zei Todd Humphreys, een universitair hoofddocent in de ruimtevaartafdeling van UT Austin die het experiment leidde. De spoofing van het team was zo subtiel dat de geautomatiseerde systemen niet konden detecteren dat er iets mis was, hij zei.

Een andere mogelijkheid is een cyberaanval op een GPS-grondstation die het hele systeem zou kunnen uitschakelen.

"Redundantie is min of meer verdwenen, Tremper zei. "We eindigen nu met dit single point of failure."

Om dat tegen te gaan, onderzoekers van de overheid en de industrie ontwikkelen systemen en algoritmen om veel verschillende gegevensbronnen te verzamelen die kunnen helpen bij het bepalen van de positie van een gebruiker, assisteren bij de navigatie of de tijd bepalen. Samen, die verschillende gegevensbronnen kunnen worden gebruikt om het antwoord van GPS te controleren, of bij afwezigheid van GPS, kan mogelijk voldoende zijn om een ​​locatie te trianguleren.

Een van die gegevensbronnen kan Satelliettijd en -locatie zijn, ook bekend als STL, een signaal van Satelles dat positie en tijd kan bepalen onafhankelijk van GPS.

De dienst, die in 2016 begon, werd geïntegreerd in een commercieel netwerk van satellieten beheerd door Iridium Communications Inc.

Iridium staat bekend om een ​​van de meest spectaculaire faillissementen ooit; het faalde in een grootse poging om een ​​massamarkt voor satelliettelefoons te creëren, maar werd herboren als een nichedienst. Tegenwoordig draait zijn zogenaamde constellatie van 66 satellieten 476 mijl boven de aarde, dichterbij dan de locatie van de GPS-satellieten. Die nabijheid levert een sterker signaal op, volgens O'Connor van Satelles.

Hij zei dat het bedrijf nauw samenwerkt met draadloze providers, de Amerikaanse overheid en een bedrijf dat positie versterkt, navigatie- en timingbronnen voor bedrijven.

"GPS is in veel meer van ons leven geïntegreerd dan mensen beseffen, "Zei O'Connor. "Het is ingebouwd in onze kritieke infrastructuur."

Bij DARPA, onderzoekers werken aan een project genaamd Adaptable Navigation Systems dat zou vertrouwen op sensoren om andere signalen te verzamelen, zoals die van mobiele netwerken of commerciële satellieten. Die informatie zou dan door het algoritme worden vertaald, samengesmolten, en een locatie en tijd zou worden bepaald. Het 8-jarige programma is in het veld getest op voertuigen variërend van Navy destroyers tot Army Humvees.

Technologie die in El Segundo wordt getest door Aerospace Corp. kan uiteindelijk nog meer diverse gegevensbronnen aantrekken, zoals signalen van televisieantennes, radiostations of zelfs visuele beelden, en koppel deze aan een locatie.

Een paar maanden geleden, een paar ingenieurs van Aerospace Corp. bonden een speciale antenne op het dak van een auto en gingen door de straten van El Segundo om te zien of ze hun locatie nauwkeurig konden bepalen zonder GPS te gebruiken.

Terwijl het paar rondreed, ze controleerden in realtime een laptop om te zien of hun zogenaamde opportunistische navigatiesensor radiosignalen oppikte die konden worden gebruikt om hun positie te trianguleren. Vervolgens vergeleken ze die stip met die bepaald op basis van GPS-gegevens.

Op een bepaald moment, de twee signalen waren ongeveer 65 voet verwijderd. Maar bij een andere de twee navigatiepunten overlappen elkaar bijna precies.

De volgende test van deze geavanceerde algoritmen, bekend als Sextant, zou een versnellingsmeter of een visuele sensor kunnen bevatten die op het landschap kan vertrouwen om te helpen navigeren, zei Randy Villahermosa, uitvoerend directeur innovatie bij de non-profitorganisatie, die een federaal gefinancierd onderzoeks- en ontwikkelingscentrum exploiteert dat zich richt op ruimteprogramma's voor de Amerikaanse luchtmacht.

Potentiële toepassingen voor een systeem als Sextant kunnen verder reiken dan verdediging en navigatie voor autonome voertuigen omvatten, hij zei. Aerospace Corp. verkoopt haar producten niet commercieel.

Ambtenaren van de industrie hebben geschat dat de markt voor GPS-producten samen met alternatieven al een paar miljard dollar waard is; toekomstig gebruik, zoals zelfrijdende auto's en drones, zou de vraag enorm kunnen opdrijven.

Maar misschien is het niet voor iedereen de moeite waard om over te stappen op een commercieel alternatief. Net zoals de oorspronkelijke markt voor Iridium's satelliettelefoons werd ondermijnd door goedkope mobiele diensten, dus bedrijven kunnen besluiten om hun kansen met GPS te blijven wagen.

Elk bedrijf moet bepalen of zijn producten zo'n kritische timing vereisen dat zelfs maar een seconde voor de gek worden gehouden een aanzienlijk risico zou vormen, zei Doug Loverro, voormalig plaatsvervangend adjunct-secretaris van Defensie voor ruimtebeleid en voormalig uitvoerend directeur van het Space and Missile Systems Center van het Air Force Space Command.

"Ik denk dat het afhangt van hoe kritisch je gebruik is, en of u zich in een branche of situatie bevindt waar u een hoog risico loopt om te worden vervalst, " hij zei.

© 2018 Los Angeles Times
Gedistribueerd door Tribune Content Agency, LLC.