Iedereen vindt het gps-systeem handig, maar volmaakt is het niet. Een stel Amerikaanse wetenschappers heeft er een alternatief voor gevonden. Dat deden ze door satellieten van SpaceX te ‘hacken’.
Beeld: Zeven van de circa 1.700 Starlink-satellieten doorklieven de hemel boven Georgia. Doordat ze zich op een veel lagere hoogte bevinden dan de standaard gps-satellieten, geven ze een sterker signaal af.
Bijna iedereen maakt regelmatig op een of andere manier gebruik van het Global Positioning System of gps. Apps op je smartphone gebruiken het om je restaurantadvies te bieden en in de auto zijn intense landkaartdiscussies zoals bij je ouders niet langer nodig, om maar twee voorbeelden te geven.
Het systeem – dat werkt dankzij een dertigtal satellieten die rond de aarde zweven – is al wel behoorlijk oud. Amerikaanse militairen gebruiken het al sinds begin jaren 1980. Nieuwere satellieten zorgen weliswaar voor upgrades, maar fundamenteel is gps hetzelfde gebleven als in de beginjaren.
Dat kan weleens een probleem vormen, vond een drietal ingenieurs verbonden aan de Ohio State University in de Verenigde Staten. ‘Wetenschappers en ontwikkelaars weten intussen zoveel over gps-signalen dat je het systeem eigenlijk kunt vergelijken met openbronsoftware’, zegt Zak Kassas, hoofd van het CARMEN-mobiliteitsinstituut aan de Ohio State University. ‘Die kennis is handig voor bedrijven die gps-ontvangers ontwerpen, maar het maakt het systeem wel gevoelig voor aanvallen. Gps-satellieten bevinden zich bovendien verder weg dan de constellaties die in een lage baan rond de aarde zweven. Hierdoor zijn hun signalen zwakker en makkelijker te verstoren.’
Het ‘jammen’ of blokkeren van gps-signalen is een groeiend probleem
Het ‘jammen’ of blokkeren van gps-signalen is een groeiend probleem, luidt het in bepaalde kringen. Net als het omleiden van onbemande drones. Tijd om een alternatief te zoeken, vonden de wetenschappers.
Vaste bakens
Kunnen de directe alternatieven voor gps dan geen soelaas bieden? Er zijn er verschillende, zoals het Russische Glonass, het Europese Galileo en BeiDou van China. Maar die Global Navigation Satellite Systems of GNSS’en zijn vaak om politieke redenen gecreëerd. Bovendien hanteren ze grotendeels hetzelfde recept als gps. Soms met verbeteringen, maar dikwijls ook enkel met een gedeeltelijke dekking. Het Indische NavIC-systeem laat zijn gebruikers bijvoorbeeld enkel een positie bepalen in Zuid-Azië en de Indische Oceaan.
Dat maakt dat Glonass en Galileo veeleer een aanvulling vormen op gps dan dat ze volwaardige vervangers zouden zijn. Heel wat mobiele toestellen bepalen hun positie dan ook aan de hand van satellieten van meerdere GNSS’en, vanuit het idee dat de nauwkeurigheid toeneemt als je bij een locatiebepaling zo veel mogelijk satellietsignalen betrekt. Met een app als GPSTest (Android) kun je zelf zien welke signalen je smartphone op een gegeven plek ontvangt.
Er bestaat ook zoiets als Satellite-based Augmentation Systems (SBAS). Dat zijn aanvullende satellieten die zich in een hogere maar geostationaire baan om de aarde bevinden. Zij blijven boven een bepaalde regio hangen en fungeren daardoor als een soort vaste baken. Dat verhoogt de nauwkeurigheid, zodat bijvoorbeeld gps toch kan dienen voor vliegverkeer rond luchthavens. Boven Europa vind je zo de EGNOS-satellieten.
Privacybewust
Als de hogergelegen gps-satellieten een zwak signaal afleveren, is de oplossing iets dichter bij huis te zoeken. Dat vonden de wetenschappers in de StarLink-constellatie, de satellieten van SpaceX die je in de voorbije maanden misschien in een rij als een treintje aan de hemel zag voorbijsuizen.
Inmiddels zijn ongeveer 1.700 van de Starlink-satellieten actief. Opmerkelijk: ze zijn ontworpen om internet te verdelen, niet als navigatiesysteem. Daarom dat ze ook op ongeveer 1.200 kilometer hoogte hangen, zodat ze een sterk signaal kunnen leveren. Dat is heel wat lager dan de baan op minstens 20.000 kilometer hoogte waarop typische GNSS-kunstmanen zich bevinden.
Bij een eerste test konden de ingenieurs hun positie tot op 7,7 meter nauwkeurig bepalen
Een knelpunt bij dat idee: SpaceX geeft derden geen toegang tot de signalen van Starlink. Dat is lastig, maar de ingenieurs wisten er wel een mouw aan te passen. In een artikel dat verscheen in het vakblad IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems leggen ze uit dat een algoritme kan worden gebruikt om aan de Starlink-signalen de locatie en beweging van de satellieten te ontfutselen. Daarmee kun je een locatie bepalen.
‘Dat alles gebeurt zonder dat we een inkijk krijgen op de data die via Starlink worden verstuurd’, benadrukken de onderzoekers. Bij een test op de campus van Ohio State konden de ingenieurs hun positie bepalen met een nauwkeurigheid van 7,7 meter. Dat is minder goed dan wat gps momenteel biedt: dat systeem heeft een nauwkeurigheid van 5 tot 0,3 meter, naargelang het type ontvanger.
Maar de wetenschappers geloven dat hun algoritme nauwkeuriger zal worden. Elon Musk zal met SpaceX wel meer Starlink-satellieten lanceren. 1.700 mag al een groot aantal klinken, maar het bedrijf gaf al te kennen in totaal veertigduizend kunstmanen in een baan rond de aarde te willen brengen.
