ADS-B ve Uçuş Emniyeti: GNSS Girişimleri (Jamming) Nasıl Tespit Edilir?

ADS-B ve Uçuş Emniyeti: GNSS Girişimleri (Jamming) Nasıl Tespit Edilir?

Konum için Seyrüsefer Doğruluk Kategorisi (NACp) ve Seyrüsefer Bütünlük Kategorisi (NIC) gibi ADS-B parametreleri, literatürde ve güncel hava trafik yönetim (ATM) sistemlerinde RFI (Radyo Frekans Karışması) olaylarının hem tespiti hem de konumlandırılması için sıkça kullanılır. Özellikle son yıllarda Doğu Avrupa, Baltık bölgesi ve Orta Doğu'da artış gösteren GNSS jamming ve spoofing (yanıltma) olayları, bu parametrelerin anlık analizini uçuş emniyeti açısından kritik hale getirmiştir. Bu doğrultuda Figuet ve ark. (2022), aktif jamming bölgelerinde iletilen NACp değerlerinin nasıl değiştiğini değerlendirerek RFI'dan etkilenen hava araçlarını tespit etmiştir. Basitçe ifade etmek gerekirse, NACp değerleri sinyal karıştırma bölgesine girişte düşerken, hava aracı RFI'dan etkilenen bölgeden ayrıldığında ve sistemler nominal uydu takibini (tracking) yeniden sağladığında yükselir. Darabseh ve ark. (2019), bilinen RFI olaylarından etkilenen uçuşlardan ADS-B aracılığıyla iletilen NACp değerlerini, etkilenmeyen uçuşlarca yayınlanan NACp değerleriyle karşılaştırır. Benzer şekilde Lukes ve ark. (2020), NACp değerlerindeki dalgalanmalara dayanarak RFI olaylarını tespit etmek için örüntü tanıma tekniklerini (pattern recognition) başarıyla uygulamıştır.

NACp (Konum için Seyrüsefer Doğruluk Kategorisi)  uçağın GNSS tabanlı konum bilgisindeki Tahmini Konum Belirsizliğini (EPU - Estimated Position Uncertainty) gösterir. Konumun ne kadar hassas hesaplandığını belirler. Değer Aralıkları: RTCA DO-260B ve ICAO Annex 10 Cilt IV standartlarına göre NACp değeri 0 ile 11 arasında kodlanır.

NACp 11: En yüksek doğruluk seviyesidir. Konumdaki hata payı 3 metrenin altındadır. Ancak sivil hava taşımacılığı uçaklarında tipik olarak NACp değerleri 8-10 arasındadır (GBAS/SBAS gibi destekleyici sistemler kullanılmadığı sürece).

NACp 8: Hata payı 0.05 deniz milinden (92.6 metre) azdır. FAA ve EASA gibi otoriteler standart ADS-B Out operasyonları için uçaklardan asgari NACp 8 değerini talep eder.

NACp 0: Sistemin konum doğruluğunu garanti edemediği senaryodur.

ADSB veri kalitesi ve GNSS Jamming sırasında tespit mekanizmaları.

Jamming Tespitindeki Kullanımı: GNSS destekli normal uçuşlar NACp 8 ve üzeri değerler üretir. Uçak bir radyo frekansı girişimi (RFI) veya sinyal karıştırma (jamming) bölgesine girdiğinde bu değer saniyeler içinde düşebilir. Genelde “soft degradation” (kademeli bozulma) gözlemlenir ve NACp değeri birdenbire sıfıra inmek yerine kademeli olarak azalır. NACp düşüşleri, jammer tespiti için yardımcı bir göstergedir; ancak güvenilir bir lokalizasyon için NIC, SIL (Source Integrity Level), “track continuity” (iz sürekliliği) ve çoklu platform verileriyle birlikte analiz edilmelidir.

NIC (Seyrüsefer Bütünlük Kategorisi) RFI olayları, matematiksel modeller (Liu ve ark., 2022) veya makine öğrenimi yöntemleri (Liu ve ark., 2021) kullanılarak ADS-B mesajlarındaki NIC parametresi aracılığıyla da konumlandırılabilir. NIC, uçağın yayınladığı konum verisinin etrafındaki güvenilir koruma alanını (Yatay Koruma Limiti - HPL, Horizontal Protection Limit) tanımlar.

İşlevi: Sistemin konum verisine ne oranda güvenebileceğini ifade eder. SIL (Kaynak Bütünlük Seviyesi) ile beraber çalışarak hesaplanan hataya ilişkin bir projeksiyon oluşturur.

RFI Tespiti ve Lokalizasyon: Bölgesel sinyal müdahalelerinde NIC değeri keskin bir düşüş yaşar. Etkilenen uçaklardan gelen ADS-B raporlarındaki düşük NIC değerleri çaprazlanır. NIC, her konum mesajıyla geldiği için (saniyede ortalama iki kez yayınlanır) daha sık örneklenir; NACp ise bu süreçte doğrulayıcı rol üstlenir. Her iki değer düştüğünde bozulmanın RFI kaynaklı olduğuna yönelik kuvvetli bir fikir oluşur.

GNSS girişimlerinin insan faktörleri açısından değerlendirmesi.

Kokpit İçi Etkiler ve ATM: RFI'dan etkilenen hava araçları genellikle ilgili tavsiye ve uyarı mesajlarını görüntülediğinden, karıştırma (jamming) olayları kokpitteki pilotlar tarafından da tespit edilebilir. Ancak Osechas ve ark.'nın (2021) gösterdiği gibi, karıştırmanın etkileri her zaman aşikar olmayıp belirsiz şekilde seyredebilir. Hava aracı RFI'dan etkilenmeye başladığında, görünürdeki uyduların yalnızca bir kısmı etkilenip navigasyon için kullanılamaz hale gelebilir. Bu durum başlangıçta kokpitte herhangi bir uyarıyı tetiklemeyip sadece navigasyon performansını düşürebilir (örneğin RNP değerlerinde anlık sapmalar yaşanması gibi). Genellikle, GNSS tabanlı navigasyon tamamen kaybedildikten sonra ortaya çıkan ilk uyarılar, hava aracı konumunun ADS-B aracılığıyla iletilememesiyle ilgilidir (Fol ve Felux, 2022). Pilotlar bu aşamada uçak tipine bağlı olarak ECAM veya EICAS ekranlarında "NAV ADS-B FAULT" veya "GPS PRIMARY LOST" gibi spesifik mesajlar görmeye başlar.

Navigasyonla ilgili uyarılar, ancak hava aracı bir süre RFI'ya maruz kaldıktan sonra görünme eğilimindedir. Bununla birlikte, aktif karıştırma olan bir bölgeden uçarken navigasyon sisteminin en az 4 uyduyu takip edebildiği kısa süreler ve farklı hava araçlarındaki farklı navigasyon sensörlerinin hibritleşme biçimleri (örneğin GPS/IRS hibrit mimarileri), uçak tiplerine göre oldukça farklı etkilere yol açar. Etkiler farklılık gösterse de tamamı uçuş ekibinin ve hava trafik kontrolörlerinin (ATCO) durumsal farkındalık (situational awareness) gereksinimini artırır. Uçağın GNSS verisini kaybetmesi halinde IRS (Inertial Reference System) üzerinden pozisyon üretmeye devam etmesi (coasting), zamanla drift (kayma) yaratacağından dikkatli olunmasını, üretici tavsiyelerine ve uyarıların nasıl ele alınacağına dair şirket standart operasyon prosedürlerine (SOP) uyulmasını gerektirir. Hava Trafik Kontrolörleri ise bu durumlarda radyo telsiz haberleşmesini artırarak (position report) konvansiyonel radar ayırma tekniklerini (radar vectoring) uygulamalı veya VOR/DME tabanlı prosedürlere geri dönmeye hazırlıklı olmalıdır.

Kaynaklar:

- Figuet, B., Waltert, M., Monstein, R., and Felux, M. (2022). Impact of GNSS outage on mid-air collision. In 2022 International Workshop on ATM/CNS (IWAC), Tokyo, Japan (online), 25-27 October 2022, pages 41–48. Electronic Navigation Research Institute.

- Lukes, P., Topkov a, T., Vl cek, T., and Pleninger, S. (2020). Recognition of GNSS jamming patterns in ADS-B data. In 2020 New Trends in Civil Aviation (NTCA),pages 9–15. IEEE.

- Darabseh, A., Bitsikas, E., and Tedongmo, B. (2019). Detecting GPS jamming incidents in opensky data. In 7th OpenSky Workshop,volume 67, pages 97–108.

- Liu, Z., Lo, S., and Walter, T. (2022). GNSS interference source localization using ADS-B data. In Proceedings of the 2022, International Technical Meeting of The Institute of Navigation,pages 158–167.

- Fol, P. and Felux, M. (2022). Identification and operational impact analysis of GNSS RFI based on flight crew reports and ADS-B data. In 7th International Workshop on ATM/CNS (IWAC), Tokyo, Japan (online), 25-27 October 2022,pages 33–40. Electronic Navigation Research Institute. (alert-passed)