Fem år sedan, ett team av forskare från University of Texas i Austin gick ombord på en yacht på 80 miljoner dollar i avsikt att försöka lura fartygets navigationssystem och smygande skjuta det ur kurs.

En gång var yachten utanför Italiens kust, teamet – med vetskap och tillstånd från fartygets ägare, en rik person som inte vill bli namngiven – använde en enhet i portföljstorlek för att sakta överrösta legitima GPS-signaler och ta kontroll över fartygets vägledning. Det fungerade. Med hjälp av falska signaler, teamet vände gradvis skeppet medan dess sjökortsdisplay fortsatte att visa det färdas i en rak linje.

Sedan USA utvecklade Global Positioning System, eller GPS, på 1970-talet, nationen har blivit allt mer beroende av denna satellitbaserade metod för att bestämma position, tid och hastighet. Idag används GPS för att göra allt från att ringa en Uber och navigera i staden till att tidsstämpla finansiella transaktioner och släppa guidade bomber.

Att växande beroende kan vara ett problem, speciellt om de 30 GPS-satelliterna eller deras markstationer någonsin gick ner, säger experter. Och det har fått ett antal statliga organisationer och företag att börja fundera på hur man ska stärka systemet och om andra signaler kan användas för att komplettera eller säkerhetskopiera den ständigt förekommande GPS:en.

I december, Flygvapnets sekreterare Heather Wilson sa till The Times i en intervju att "det finns inget militärt uppdrag som inte är beroende av rymden, "och att flygvapnet övar som om det inte hade GPS.

Tidigare förra året, Direktören för den nationella underrättelsetjänsten Dan Coats vittnade inför senatens utskott för underrättelsetjänst om det framtida "globala hotet om elektroniska krigsattacker mot rymdsystem, " såsom militär satellitkommunikation och GPS-satelliter. Coats noterade att både Kina och Ryssland har diskuterat utvecklingen av nya elektroniska krigföringsmöjligheter.

"För robusthet, du behöver verkligen flera källor, sa Michael O'Connor, vd för Satelles, en Herndon, Va., företag som har utvecklat en ny tids- och platssignal som strålas från en separat konstellation av satelliter som kan användas som ett alternativ eller backstop till GPS. "Varje en källa är sårbar."

Utvecklad av den amerikanska militären och erbjuds utan kostnad, den första GPS-testsatelliten som lanserades 1978. Från början, systemet var avsett för både militärt och civilt bruk, med separata signaler för varje.

GPS var ett sådant "tekniskt under" att alla började använda den, sa Dave Tremper, programledare på det strategiska teknikkontoret på Defence Advanced Research Projects Agency, eller DARPA.

GPS-satelliter skickar radiosignaler till mottagare på jorden inbäddade i en bil eller annat föremål. Att använda atomklockor på satelliterna, signalen indikerar när den sändes. Mottagarna beräknar plats baserat på den tid då sändningen skickades och den tid den togs emot. Genom att kombinera data från minst fyra satelliter, mottagaren kan lokalisera var den är.

Över åren, den amerikanska militären har gjort förbättringar och ändringar i systemet.

Den civila signalen, som avsiktligt hade gjorts mindre exakt än den militära signalen, utökades och dess noggrannhet förbättrades. Nya krypterade militära signaler lades till, som var en ny frekvens till stor del för användning av Federal Aviation Administration. Satelliter med bättre teknik, precision och motståndskraft mot attacker lanserades för att ersätta det gamla.

Dessa nya satelliter, allmänt känt som GPS Block II, har en designlivslängd som sträcker sig från 7{ år till 12 år. En ny generation av satelliter som kallas GPS III, som kommer att ha en livslängd på 15 år, är under utveckling.

Men alla dessa förbättringar förändrade inte det faktum att det fortfarande bara fanns ett i stort sett universellt system som används av USA. Andra länder och regioner har sedan dess utvecklat sina egna versioner av GPS, inklusive det europeiska Galileo-systemet och ryska GLONASS, som kan användas kostnadsfritt.

Branschexperter säger att GPS är känsligt för några olika former av attacker. En jammar, där en GPS-mottagare är blockerad från att ta emot information från en satellit. Men en annan, farligare oro, är spoofing. Som med UT-yachtexperimentet, en mottagare kan matas med en falsk GPS-signal, vilseleda den om sin position.

Under det experimentet, ingen av utrustningen på yachtens brygga har någonsin utlöst ett larm, vilket skulle ha hänt om teamet försökte störa GPS-signalerna, sa Todd Humphreys, en docent på flygavdelningen vid UT Austin som ledde experimentet. Teamets spoofing var så subtil att de automatiserade systemen inte kunde upptäcka att något var fel, han sa.

En annan möjlighet är en cyberattack mot en GPS-markstation som skulle kunna ta ut hela systemet.

"Redundansen har liksom försvunnit, " Sa Tremper. "Vi hamnar nu med denna enda punkt av misslyckande."

För att bekämpa det, myndigheter och industriforskare utvecklar system och algoritmer för att samla in många olika datakällor som kan hjälpa till att bestämma en användares position, hjälpa till med navigering eller fastställa tiden. Tillsammans, dessa olika datakällor kan användas för att dubbelkontrollera svaret som ges av GPS—eller, i avsaknad av GPS, potentiellt kan vara tillräckligt för att triangulera en plats.

En av dessa datakällor kan vara satellittid och plats, även känd som STL, en signal som levereras av Satelles som kan bestämma position och tid oberoende av GPS.

Tjänsten, som började 2016, integrerades i ett kommersiellt nätverk av satelliter som drivs av Iridium Communications Inc.

Iridium är känt för en av de mest spektakulära konkurserna någonsin; det misslyckades i ett stort försök att skapa en massmarknad för satellittelefoner, men återföddes som en nischtjänst. Idag kretsar dess så kallade konstellation av 66 satelliter 476 miles över jorden, närmare än platsen för GPS-satelliterna. Den närheten ger en starkare signal, enligt O'Connor från Satelles.

Han sa att företaget arbetar nära med trådlösa operatörer, USA:s regering och ett företag som stärker sin position, navigerings- och tidskällor för företag.

"GPS är integrerat i mycket mer av våra liv än vad folk inser, " sade O'Connor. "Det är inbyggt i vår kritiska infrastruktur."

På DARPA, forskare arbetar med ett projekt som heter Adaptable Navigation Systems som skulle förlita sig på sensorer för att samla in andra signaler, till exempel från mobilnät eller kommersiella satelliter. Den informationen skulle sedan översättas av algoritmen, smält samman, och en plats och tid skulle bestämmas. Det 8-åriga programmet har testats i fält på fordon som sträcker sig från marinens jagare till Army Humvees.

Teknik som testas i El Segundo av Aerospace Corp. kan så småningom dra in ännu fler olika datakällor, såsom signaler från tv-antenner, radiostationer eller till och med visuella bilder, och matcha dem till en plats.

För några månader sedan, ett par ingenjörer från Aerospace Corp. spände fast en specialiserad antenn på taket av en bil och gav sig av genom gatorna i El Segundo för att se om de kunde precisera sin plats utan att använda GPS.

När paret körde runt, de kontrollerade en bärbar dator i realtid för att se om deras så kallade opportunistiska navigationssensor tog upp radiosignaler som kunde användas för att triangulera deras position. Sedan jämförde de den punkten med den som fastställdes från GPS-data.

Vid en punkt, de två signalerna var avstängda med cirka 65 fot. Men vid en annan, de två navigeringspunkterna överlappade nästan exakt.

Nästa test av dessa avancerade algoritmer, känd som Sextant, kan inkludera en accelerometer eller en visuell sensor som kan förlita sig på landskap för att hjälpa till att navigera, sa Randy Villahermosa, verkställande direktör för innovation på det ideella företaget, som driver ett federalt finansierat forsknings- och utvecklingscenter fokuserat på rymdprogram för det amerikanska flygvapnet.

Potentiella tillämpningar för ett system som Sextant skulle kunna sträcka sig bortom försvaret till att omfatta navigering för autonoma fordon, han sa. Aerospace Corp. säljer inte sina produkter kommersiellt.

Branschtjänstemän har uppskattat att marknaden för GPS-produkter tillsammans med alternativ redan är värd några miljarder dollar; framtida användningsområden, som förarlösa bilar och drönare, kan dramatiskt öka efterfrågan.

Men det kanske inte är värt det för alla att byta till ett kommersiellt alternativ. Precis som den ursprungliga marknaden för Iridiums satellittelefoner underskreds av billiga mobiltjänster, så företag kan besluta sig för att fortsätta ta sina chanser med GPS.

Varje företag måste avgöra om dess produkter kräver en så kritisk timing att det skulle innebära en betydande risk att bli lurad ens en sekund, sa Doug Loverro, tidigare biträdande biträdande försvarssekreterare för rymdpolitik och tidigare verkställande direktör för Air Force Space Commands Space and Missile Systems Center.

"Jag tror att det beror på hur kritisk din användning är, och oavsett om du är i en bransch eller situation där du har en hög risk att bli förfalskad, " han sa.

©2018 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.