Dziwne zachowanie drona podczas lotu? To może Jamming lub Spoofing GNSS, ale niekoniecznie

Na początku przepraszamy za tak lakoniczny tytuł. W skrócie, dopóki nie sprawdzi się spektrum radiowego nic nie można stwierdzić na 100%. Ale, są poszlaki, które ułatwią zrozumienie tematu i rozpoznanie przyczyn "dziwnego" zachowania drona.

Do napisania tego artykułu sprowokowały nas dwa posty które pojawiły się tuż po nowym roku na popularnych kanałach społecznościowych (pisownia oryginalna).

Pierwszy brzmiał:

Wczoraj około 17 w Rumi (na Pomorzu)
Dji mini 4 pro 
Po około 15 sekundach od startu dron zaczął lecieć tam gdzie chciał z bardzo dużą prędkością. Było to około 30m nad ziemią, wiatru praktycznie nie było, nie padało, index kp niski, przed startem dron złapał wszystkie satelity, sygnał cały czas był a temperatura na plusie. W nic nie uderzył bo śmigiełka były całe po twardym ładowaniu z rozpędem w drzewie sąsiada (na szczęście tak wylądował i nic nie uszkodził) było złamane tylko ramię i trochę rys i mniejszych uszkodzeń.
Co mogło być przyczyną, jakiś błąd?
Wszytko było w normie 
Dron podczas swojego lotu w pewnym momencie zawrócił ale nadal nie było kontroli.
Cały czas obniżał lot pomimo że drążkiem kazałem mu lecieć do góry.
Latam dronami dji od kilku lat i pierwszy raz miałem takie coś.

I drugi:

Cześć, czy lata z grupy ktoś z okolic Elbląga?Pytam bo mam problem z utratą sygnału GPS.Wznosząc drona do 120m gubi tracę sygnał GPS.Na niższym pułapie jest ok.DJI AIR 3.

Zanim przejdziemy do wyjaśnienia zagadnienia (na tyle ile je rozumiemy) prosimy pamiętać, że nie mamy mandatu na wiedzę w tym zakresie, a to co piszemy poparte jest zdobyta wiedzą i doświadczeniem "na dziś". Poniższe są według prawdziwe na czas pisania artykułu (początek 2025 roku), ale mogą się zdezaktualizować w dowolnym momencie.

Pisząc GNSS mamy na myśli konstelacje/systemy: GPS (amerykański), Galileo (europejski), Bei Dou (chiński) i Glonass (rosyjski). 

Dla przypomnienia: GNSS Jamming to zakłócanie sygnału, zaś Spoofing to manipulowanie sygnałem, tak aby zmienić pozycję i lub czas.

1. Jak zachowuje się jammowany dron DJI?
Przeprowadziliśmy testy z różnymi scenariuszami jammowania i różnymi typami dronów. Wynik? 

Dron zachowuje się tak jak zostało to opisane. Nagle leci w dowolnym kierunku, stale zwiększając lub zmniejszając wysokość, przy jednoczesnym wzroście prędkości. 

Przełączenie na sterowanie ręczne rozwiązuje na chwilę problem. Problemem, jest również fakt, że o ile jamming działa na chipset GNSS natychmiast, to powrót do "normalności" zajmuje dużo więcej czasu, zwykle około 60-90s. I właśnie ten fakt, "pozostania infekcji" jest największym wyzwaniem. Dlaczego? Wystarczy dosłownie na chwilę, znaleźć się pod wpływam działania zakłóceń (jammingu), aby przez kolejną minutę lub dłużej mieć problemy z nawigacją.

Nie testowaliśmy dronów innych producentów. Prosimy również pamiętać, że większość dronów DJI wspomaga się systemami wizyjnymi i inercyjnymi, przez co ich zachowanie na różnych wysokościach może być inne. Z reguły do wysokości 10m od miejsca startu, nowsze drony DJI nie wykazują podatności na jamming. Należy mieć to w głowie, jako sposób mitygacji ryzyka. Jeśli uda się Wam, na tyle bezpiecznie zniżyć wysokość lotu aby zadziałał wizyjny system nawigacji, powinniście odzyskać kontrolę. Ale, jak zwykle z uwagą. "zjammowany" dron może być już rozpędzony do takiej prędkości, że te 10m wysokości może być zbyt małe aby go wyhamować.

Jak wygląda Jammimg na GSC?
Na panelu sterowania (Ground Station Control) zobaczycie utratę sygnału GNSS (GPS). Ikonka liczby satelit zrobi się na czerwono, aczkolwiek może momentami być koloru pomarańczowego.
 

Dlaczego czas powrotu do normalności jest tak ważny? 
Wystarczy dosłownie na chwilę znaleźć się w "zainfekowanym" obszarze (taki obszar może być wywołany przez tani Jammer z mocą nadawania liczoną w mW), a powrót do normalności może zając nawet minutę. Należy o tym pamiętać, bo wiadomo. 60s w czasie lotu to bardzo długi czas....

2. Jak zachowuje się spoofowany dron DJI?
W sumie podobnie do jammowanego, ale dron wykazuje większą "stabilność" lotu. Z reguły leci w zadanym kierunku i wolniej zmienia wysokość niż dron jammowany. Oczywiście to jest subiektywne i trudne w pierwszym momencie do jednoznacznej identyfikacji. Jedyna w miarę "pewna" różnica to to, że przy spoofingu będziecie w zasięgu sygnału GNSS, czyli ikonka ilustrująca ilość satelitów będzie najprawdopodobniej biała przy zauważalnym zmniejszeniu dostępnych satelit (np. z 23 do 12). Ale kto by patrzył cały czas na ten wskaźnik?

Należy pamiętać jeszcze, że zrealizowanie scenariusza spoofowania jest zagadnieniem dużo bardziej wymagającym niż jammowanie. 

Aby wykonać zaawansowany spoofing w sposób, w którym nawet nie zauważycie utraty FIXa, potrzeba sprzętu za co najmniej 1000 do 3000+ EUR. Do tego trzeba się już wykazać podstawową wiedzą o spoofowaniu, posiadać anteny na różne zakresy częstotliwości i różne konstelacje. 

Podsumowując temat możliwy do realizacji, ale złożony technicznie i nie do zrobienia "od ręki".
Drony DJI wykazywały większą odporność na mniej zaawansowane spoofingi, na przykład takie w których, aby przejąć kontrolę nad dronem najpierw się go jammuje, następnie "podkłada" nowe satelity (np. "non-coherent" spoofing). Testowane modele wykazały się odpornością na taki rodzaj ataku, w efekcie po prostu tracąc fixa. Czyli efekt jakby "zwykłego" jammowania.

3. Sytuacja geopolityczna
Oba powyższe wpisy z mediów społecznościowych łączy miejsce, będące relatywnie blisko obwodu królewieckiego (Kaliningradu). Od wielu miesięcy wiadomo, że Królewiec jest źródłem zakłóceń systemów GNSS. O ile na początku był to właściwie wyłącznie Jamming, o tyle od października-listopada 2024 obserwujemy coraz bardziej wyrafinowane metody spoofingu. Taki opis sytuacji wydaje się, że daje jednoznaczną odpowiedź co przydarzyło się wspomnianym internautom.... Ale! 

W okolicach samej zatoki, mamy system wykrywania anomalii GNSS (jammingu i spoofingu) . Nasze testy wykazały, że nawet najbardziej agresywne ataki ze strony Rosji, "nie dochodzą" do ziemi. Ich anteny zakłócające moga być kierunkowe, tak aby skutecznie zakłócać samoloty na wyższych (dużo powyżej 120m) wysokościach. Innymi słowy, na ziemi rzadko co widać bo anteny agresora są najprawodpodobniej skierowane "w niebo". Rumia z naszego przykładu jest ciut wyżej niż nasz czujnik (około 30-60m AGL). Do tego doliczając sam lot na wysokości około 24m mógł już skutkować, tym że się "załapał" na zakłócenia. Poniżej przedstawiamy zrzut z ekranu z naszego czujnika w czasie lotu, opisanego w mediach społecznościowych.

Reasumując zauważyliśmy w zatoce minimalną degradację sygnału GPS, ale tak małą, że tam gdzie ją testowaliśmy, możemy ją zakwalifikować jako "zwykłe" przemysłowe zakłócenie. Ale podkreślamy, może to wynikać głównie z pozycji czujnika i dość sporej odległości pomiędzy naszym czujnikiem a miejscem lotu w Rumii. Ale czy to ten jamming z Królewca był powodem? Nie wiadomo na 100%. Raczej tylko na około 30%

4. Zabawa, głupi żart, nieświadomość, próba oszukania szefa, pracodawcy i bezpieczeństwo państwa.
Tak jak kiedyś, popularna była zabawa laserami o dużej mocy, aby świecić pilotom w oczy (zachowanie kompletnie karygodne), tak teraz obserwujemy coraz większą liczbę chuliganów/idiotów świadomych lub nieświadomych swoich działań bawiących się tanimi jammerami. Tani oznacza urządzenie od kilkudziesięciu złotych, dostępne na popularnych platformach sprzedażowych (specjalnie nie publikujemy przykładowych linków). 

Kolejną grupą która może zakłócać są kierowcy zawodowi (ciężarówek i taksówek). Po co to robią? Najprostsza odpowiedź: aby nie było ich "widać" w systemie.

Są też i złodzieje, najczęściej drogich samochodów. Ci z naszych obserwacji używają jammerów o dużej mocy, a więc i o większym zasięgu.

Na koniec są jeszcze trzyliterowe służby państwowe. Wiadomo, że używają, ale nie przyznają się jak, gdzie i kiedy. 

Podsumowując, jammingu można się spodziewać przy drogach, "silnego" jammingu przy drogach ekspresowych i autostradach, zaś nieodpowiedzialnych bawiących się w zakłócanie GNSS wszędzie. Dla przypomnienia, zakłócanie częstotliwości chronionych jest zabronione, ale o tym w kolejnym artykule.

5. Portale gpsjam.org, spoofing.skai-data-services.com, flightradar24 i inne podobne
Największą zaletą tych serwisów jest to, że pokazują "coś" w zrozumiałej formie. Ale! Trzeba pamiętać, że mapy gpsjam i spoofing.skai-data-services.com (według nas lepsza) mają dość poważne ograniczenie. 

Źródłem danych zasilających te portale jest standard ADS-B, a samoloty, będące "dawcą" informacji wykorzystywane do zobrazowania zakłóceń latają na wysokościach dużych (do 11km nad ziemią). Nie można zatem zobrazowania w tych serwisach odnieść bezpośrednio do zakłóceń odbieranych z ziemi lub niskich wysokości (np. 120m AGL). 

Dwa słowa o ADS-B i jego użyteczności wykrywania anomalii GNSS
Zasada działania ADS-B jest stosunkowo dość prosta. Statki powietrzne (ale nie tylko) wyposażone w ten system nieustannie nadają swoją pozycję, w trybie "rozsiewania", ang. broadcast. Przy okazji, wysyłają dodatkowo całą masę innych danych, w tym informacje o niepewności, dokładności i integralności danych z pokładowych urządzeń, w tym również odbiorników satelitarnych. Niestety, w obszarze standaryzacyjnym panuje dość spory chaos. W dużym uproszczeniu jest kilka typów wskaźników jakości danych dla systemu ADS-B i są to:

Wskaźniki niepewności: Wskaźniki te zostały wprowadzone w wersji "0" ADS-B. Wartości parametrów wskazują, że co najmniej 95% pomiarów mieści się w dopuszczalnych granicach niepewności.
Wskaźniki dokładności: Wskaźniki te zostały po raz pierwszy wprowadzone w wersji "1" i mają zastąpić wskaźniki niepewności w wersji "0". Wartości parametrów wskazują również, że co najmniej 95% pomiarów mieści się w dozwolonych granicach dokładności.
Wskaźniki integralności: Wskaźniki te zostały również wprowadzone po raz pierwszy w wersji "1", zastępując wskaźniki niepewności z wersji "0".

Podsumowując, w ADS-B istnieje wiele parametrów, które określają jakość danych w raportach pozycyjnych. Parametry te służą jako wskaźniki dla informacji o położeniu i prędkości statku powietrznego przesyłanych w komunikatach ADS-B. Trudno jednoznacznie z nich wydedukować rodzaj i źródło zakłóceń GNSS. 

Wzmiankowane serwisy działają na zasadzie agregacji danych z wielu źródeł. Dlatego dopiero podobnie "złe" dane z kilku statków powietrznych konstytuują teorię o anomalii i powstanie kolorowych oznaczeń na mapach tych serwisów. Należy jeszcze dodać, że te mapy nie są LIVE. System co do zasady potrzebuje danych archiwalnych, aby coś pokazać.

Z każdą ewolucją wersji ADS-B parametry te są przemianowywane i niejednokrotnie definiowane na nowo. Aktualizacje te komplikują zrozumienie i analizę niepewności interpretacji danych ADS-B. Zakłócenia z Królewca mają źródło w antenach kierunkowych stąd rzadko kiedy (jeżeli w ogóle) dochodzą do poziomu ziemi i 120m AGL nad nią.

6. To co w końcu jest najbardziej prawdopodobne, jak Dron zacznie się "dziwnie" zachowywać?
Według naszych obserwacji najbardziej prawdopodobnym scenariuszem jest intencjonalne lub nieintencjonalne użycie Jammerów, które można kupić już w cenie już kilkudziesięciu złotych. 

Należy liczyć się z głupim żartem / psikusem. Małe Jammery wielkości pamięci USB, z relatywnie małą mocą liczoną w mW, mogą zakłócić w linii prostej (line of sign) odbiornik w zasięgu kilkuset metrów. Dla zobrazowania jak "słaby" jest sygnał z satelitów nawigacyjnych, prosimy sobie wyobrazić żarówkę, której światło chcielibyśmy dostrzec z kilkuset kilometrów.

Oczywiście prawdopodobne mogą być działania hybrydowe agresora, objawiające się celowym zakłócaniem, szczególnie w okolicach Królewca, Brześcia i Ukrainy. 

Nie można też wykluczyć degradacji sygnału GNSS spowodowanej czynnikami naturalnymi: wybuchami na słońcu - wysokim indeksem Kp (Global Geomagnetic Storm Index), niekorzystnym ustawieniem konstelacji, załamaniem sygnału podczas przechodzenia przez jonosferę, odbiociowością sygnału nawigacji satelitarnej od przeszkód, poziomem zakłóceń przemysłowych., itd....

Podejrzewasz, Jamming lub Spoofing, daj nam znać
Jeśli podejrzewasz, że padłeś/-aś ofiarą Jammingu lub Spoofingu, daj nam znać za pomocą poniższego formularza. Zgłoszenie możesz wykonać anonimowo lub nie.

O ile w lotnictwie załogowym, piloci, służby ruchu lotniczego są świadome obowiązku raportowania zdarzeń związanych z zakłóceniem sygnałów GNSS, o tyle z pilotami bezzałogowców bywa różnie. Niemniej jednak statystyki są najlepszą metodą diagnozowania problemu. 

Dlatego, jeśli podejrzewasz, że padłeś/-aś ofiarą jammowania lub spooofowania zgłoś to do systemu ECCAIRS i/lub do nas za pomocą poniższego formularza. W obu przypadkach możesz (ale nie musisz) zrobić to anonimowo. 

Zbieramy te dane, jak również prowadzimy w całej Polsce różne testy. Twoje zgłoszenie pomoże. Niestety, póki co, nie jesteśmy zaoferować nic w zamian.

Jeśli posiadasz drona innej marki niż DJI, lub chciałbyś/chciałabyś sprawdzić podatność systemów na Jamming i/lub Spoofing, prosimy o kontakt. Test zajmuje trochę czasu, ale jest możliwy do wykonania.

W artykule skupiliśmy się jedynie na dronach DJI. Jeśli chciałbyś/chciałabyś sprawdzić podatność innych konstrukcji, prosimy o kontakt na adres: gnss@droneradar.eu.