gps

Stel je voor: je telefoon werkt niet meer, de flappentap staat droog en je tomtom denkt dat je ergens in de Ierse Zee rondrijdt. Met een eenvoudig boxje van een paar tientjes is het GPS-systeem totaal lam te leggen. De gevolgen zijn ernstig. Tijd voor een backup voor het GPS-systeem.

GPS wordt steeds onmisbaarder
Het Global Position System of GPS maakt een stormachtige ontwikkeling door. Geen wonder. GPS werkt door een tijdsignaal uit te zenden dat gekoppeld is aan een atoomklok. Om die reden is GPS extreem nauwkeurig, zo nauwkeurig zelfs dat rekening moet worden gehouden met de relativistische tijdvertraging door het aardse zwaartekrachtsveld. Door middel van GPS is het technisch mogelijk de positie op de aarde in principe tot enkele centimeters nauwkeurig vast te stellen. Behalve in autonavigatie en dergelijke, wordt GPS gebruikt door verkeersleiders, mobieltjes, stroomnetbeheerders en banken. Elk jaar wordt onze afhankelijkheid van GPS groter. Er zijn nu al meer dan een miljard apparaten die gebruik maken van GPS.

Een totale blackout
Januari 2007, kort na twaalf uur in de Californische kuststad San Diego. Luchtverkeersleiders van het plaatselijke vliegveld merkten dat hun systeem om binnenkomende vliegtuigen te volgen, buiten werking was. In het medische centrum van de marine werkten piepers voor artsen niet meer. Ook het verkeersleidingssysteem voor schepen in de haven was uitgevallen. Op straat werkten mobieltjes niet meer en geldautomaten weigerden dienst. Totale paniek brak uit. De problemen hielden aan voor twee uur.

Pas na drie dagen werd de oorzaak gevonden. Twee marineschepen hadden in het kader van een trainingsoefening, alle radioverkeer verstoord. Zonder het door te hebben, bleken ze ook GPS-signalen te hebben geblokkeerd in grote delen van de stad.  GPS-signalen zijn afkomstig van satellieten hoog boven de aarde en dus erg zwak: het vermogen van de koplampen van een auto op 20 000 km afstand. Het signaal al te veel opkrikken kan niet: satellieten moeten het doen met zonnepanelen. Het vergt daarom niet veel vermogen om een GPS-signaal te verstoren.

Dit geval staat niet op zichzelf. In een marine-experiment van GPS-consultant David Last sloeg het navigatiesysteem van de Britse kruiser Galatea totaal op tilt. Toen Last zijn goedkope jammer aanzette, vloog het  vijfhonderd tonnen wegende ultramoderne marineschip, volgens het navigatiesysteem, plotseling sneller dan het geluid over Noord-Europa. Ook het gyrokompas en het radarsysteem vielen uit, want ook deze maken gebruik van GPS.

GPS: een achilleshiel
Het slechte nieuws: al voor een paar tientjes is een GPS-jammer te koop. Erg handig wanneer je wilt dat je baas er niet achter komt waar je met je vrachtwagen heenrijdt, bijvoorbeeld en daarom erg geliefd bij truckers. Wanneer ongehinderd, kan dit GPS uitschakelen in een gebied van enkele vierkante kilometers. Een kwaadwillende, crimineel of terrorist kan een complete stad lamleggen door het kastje met voldoende vermogen te activeren.  Een beetje handige electronicus kan het bereik zo flink opschroeven.

Zelfs door een goedkoop scannertje is de ravage al aanzienlijk, zo bleek op het vliegveld van Newark vlak bij New York. Sinds het nieuwe GPS-gebaseerde landingssysteem was geïnstalleerd, viel het systeem één tot twee keer per dag om raadselachtige redenen uit. Uiteindelijk kwam de politie er achter wie de boosdoener was: een trucker, honderden meters verderop op de snelweg, die een GPS-jammer in zijn vrachtwagen had geïnstalleerd om zo de tolpoortjes van de noodlijdende staat New Jersey te misleiden en onbedoeld een compleet vliegveld lamlegde.

GPS-spoofing
GPS-signalen kunnen ook vervalst worden, bewees onderzoeker Todd Humphreys van de  Universiteit van Texas in de stad Austin. Zijn spoofer kopieert een authentiek GPS-signaal en zendt het elke seconde bijvoorbeeld drie miljardste seconde later uit. Op een gegeven moment is het tijdverschil enkele seconden en kan hiermee een GPS-apparaat om de tuin worden geleid.

Dat is erg handig voor criminele vissers, die zo hun GPS loggingsapparatuur kunnen misleiden en ongestoord een beschermd visreservaat kunnen plunderen terwijl de loggingsapparatuur denkt dat ze zich netjes aan de voorgeschreven visgronden houden. Ook  beurshandelaars die willen handelen met voorkennis kunnen met een vervalst GPS-signaal flink verdienen. Meten ze een plotselinge piek in de koers van een aandeel, dan plaatsen ze een kooporder, zogenaamd  een paar seconden daarvoor, met behulp van een vervalst GPS-signaal en verkopen direct daarna. Humphreys schat dat het apparaat in massaproductie niet meer dan vijfhonderd dollar hoeft te kosten. Houston, we have a problem.

eLORAN-de redding?
Enhanced LORAN (eLoran) werkt net zo als GPS maar gebruikt grondgebaseerde signalen in plaats van satellieten. LORAN bestaat al tientallen jaren, werkt met een veel hoger transmisssievermogen (op de grond kan je desnoods het vermogen van een complete elektriciteitscentrale de ether in pompen, zoals in de omstreden HAARP faciliteit in Alaska gebeurt) en heeft een veel grotere golflengte. Om die reden is LORAN vrijwel onmogelijk te storen. De verbeterde versie van LORAN, eLORAN, is LORAN met betrouwbaarder zenders, gekoppeld aan een atoomklok.   De Britten zijn reeds voorbereidingen aan het treffen om eLORAN uit te rollen, maar de Amerikanen zijn hun eigen LORAN netwerk nu juist aan het opheffen. De vraag is of dat laatste zo slim is, ook omdat de besparing, twintig miljoen per jaar, niet in verhouding staat tot het enorme strategische voordeel.

Goedkope atoomklokken
Het woord zegt het al. De basis van de ultranauwkeurige atoomklok bestaat uit een enkel atoom. Hoewel atoomklokken nu nog zeer lompe dingen zijn (de reden is de ingewikkelde apparatuur die het atoom afleest), is het actieve deel van een atoomklok extreem klein. verwachten deskundigen dat straks kleine atoomklokken in apparaten ingebouwd kunnen worden. Koppel deze ingebouwde atoomklok aan een gyroscoop en een accelerometer: een apparaatje dat zeer nauwkeurig versnellingen meet, en het apparaat weet altijd precies waar het is. Je krijgt dan een IMU, inertial measuring unit en dit zou GPS voor veel toepassingen overbodig maken. IMU’s raken nu in de war bij snelheden hoger dan 1,5 kilometer per uur (wat oorlogvoering wat moeilijker maakt) en zijn logge apparaten, maar ook hier zal miniaturisatie ze handelbaar maken, verwachten waarnemers.  Tot die tijd kan het zomaar gebeuren, dat je mobiele telefoon plotseling op tilt slaat door een medeburger met psychopate trekjes.

Navigeren als de bliksem
Elk moment van de dag zijn er op aarde enkele duizenden onweersbuien actief – voornamelijk in Centraal-Afrika – waarbij het flink dondert en bliksemt. Bliksems zijn vanuit de gemiddelde militair bekeken machtig mooi. Ze geven een oogverblindende flits, een harde knal, zijn dodelijk en ze produceren zelfs gammaflitsen en antimaterie. Je kon er dus op wachten dat de Amerikaanse defensie-onderzoeksorganisatie DARPA een nuttige toepassing voor dit natuurlijke vuurwerk zou vinden.

Bliksemontladingen produceren natuurlijke radiopulsen – “sferics” met een lage frequentie en daardoor een enorm doordringend vermogen – zelfs diep onder de grond en onder water. DARPA’s S-BUG ontvangers ontvangen signalen van blikseminslagen tot duizenden kilometers ver weg. Als een ander apparaat de exacte plaats en tijd van de sferic aanlevert, kan door driehoeksmeting de precieze plaats bepaald worden. Ook prettig is dat het nog niemand ooit gelukt is een onweersbui plat te bombarderen. Dat is met radarinstallaties op de grond wel anders. S-BUG vereist slechts nieuwe software en een voortdurend contact met een zendstation dat de bliksemontladingen lokaliseert.

Bron:
New Scientist