バナナの皮 ― Issue 45

NASA Reference Publication 1374 (RP-1374)、「Electronic Systems Failures and Anomalies Attributed to Electromagnetic Interference」は、 NASA アーカイブ・ウェブ・サイト、 http://trs.nis.nasa.gov/archive/00000296 から PDF でダウンロードできる。それは宇宙計画に関係する多数の事例研究 (それらの一部は非常に高くついた) を含んでいるが、海上、航空、自動車、そして医療産業からの事例も含んでいる。この資料は、自然の宇宙プラズマからの宇宙船の帯電に関係する事故 ――勿論、それは宇宙環境に特有である―― をカバーしていないので、一般の電子産業にとってかなり興味深い。
(Many thanks to WBadysBaw MoroD, Adviser to the President, Office of Telecommunications and Post Regulations, Republic of Poland for drawing RP-1374 to our attention.)
数ヵ月のあいだ、捕えがたい犯人が Monterey California の Moss Landing Harbor の GPS 信号を妨害した。技術者のチームがスペクトラム・アナライザとレシーバを持ってその海岸をうろついた。彼らは、１つではなく２つの犯人、そして第３のもののはっきりとしない証拠を同定し、それら全てはすぐに見付けられた ―― 商用のテレビ・アンテナ・ブースタ。
2001年 4月、カリフォルニアの Moss Landing を基地とする調査船 PT SUR の艦長は、著者の１人に無線電話をかけ、 Moss Landing Harbor 全域での GPS の信号受信が妨害されていると言明した。彼は、米国沿岸警備隊 (USCG) と連邦通信委員会 (FCC) に連絡するようにアドバイスされた。その問題が翌月まで続いた時、我々はその妨害の原因を見付けるためのローカルな作業を開始した。
その港内の主な船の１つは、その問題を直すために技師と新たな機器に金を出したが、結局、その港のあたりでは GPS を切り、GPS が切られているという警告を出し、悪天候下での入港にレーダーのみを使わざるを得なかった。
我々は、2001年 5月に妨害放射の発生源を探し初め、それを探して何日も費した。２つの要因がその努力を厄介にした：そのエネルギーを反射する多数の金属物、そして放射源の周波数のシフト。
我々は、それぞれの船への地上電力を切ることによってのみ、実際の放射源の位置を同定できた。我々はその船の所有者に接触してアクセスを得て、その放射源がプリアンプが組み込まれた市販の VHF/UHF テレビ・アンテナであったことをすぐに断定した。そのプリアンプは、テレビがオンとなっていない時でさえも、常に電源が入っていた。実際、そのテレビは滅多に入れられず、そのテレビ・アンテナはほとんどの時間は施錠された船の中のロッカーの中にあった。その中から、その放射源は Moss Landing Harbour 全てと、海上少なくとも 1km までの領域を妨害した。
発生源１が除去されてから数日のあいだ、我々の MBARI GPS 受信器が衛星を僅かにしか、あるいは全く追跡できない時間は、依然として長いままであった。その MBARI GPS 受信器は、ほぼ夜中中妨害されていた。我々は、その妨害の日内周期パターンが、第２の妨害源の中心周波数の温度感受性によるものであると推定した。これは正しいことがわかった。これは、第２の妨害源を夜中と早朝に探さなければならないであろうことを伝えた。今度も、その追跡は容易ではなかった。 (彼らは発生源２の探索を放棄し、その代わりに彼らが発見したもう１つの妨害源、発生源３の追跡に入った。) その終わりに、それは発生源１から１つ先のドックの船の、別の市販の VHF/UHF テレビ・アンテナであることがわかった。
FCC は、発生源１と発生源３のプリアンプが、アメリカの少なくとも４つの良く知られた消費者向けの機器のブランドにユニットを販売している、同一の工場からのものであると判断した。悪いユニットは、明らかに 2000年後半の設計変更から始まっていた；著者は、販売されたユニットの数は知らない。
FCC は、夏のあいだに発生源２を見付けるためにさらにいくらかの作業を行なった。 2001年秋、FCC は発生源２の同定に成功した。これも、プリアンプ付きの VHF/UHF テレビ・アンテナであることがわかった。
発生源１は、-96dBm の最高レベルを持っていた。その位置は、MBARI アンテナから 325m であったことがわかっている。それは、-2.5°の仰角であった。発生源１のビーム・パターンは不明だが、それが無指向性であったとすると、それは GPS 着陸システムのための航空 GPS 受信器のための FAA 規定を 50km かそれを超える範囲で超えたであろう。 3km までの範囲で海上 GPS 受信器のロック・アウトの喪失を引き起こしたことがわかっている。
要約：カリフォルニアのある小さい港に、商用の GPS 受信器を妨害できる少なくとも３つの放射源が存在していた。それらの発生源を見付けることは難しいことが示された。その妨害の存在は Moss Landing Harbor では良く知られており、所定の機関に少なくとも一回は報告されていた。しかし、その問題は地方の技術者や科学者が最悪の犯人を捕えるまで残っていた。
(The above was extracted from "System Challenge The Hunt for RFI Unjamming a Coast Harbor" by James R Clynch, Andrew A Parker, Richard W Adler and Wilbut R Vincent of the Naval Postgraduate School, and Paul McGill and George Badger of the Monterey Bay Aquarium Research Institute, GPS World January 2003 edition, pages 16 - 22, www.gpsworld.com.
安価な犯人を同定するためにどれほどの時間と努力が費されたかに注意されたい。)
2001年 7月、International Maritime Organisation (IMO) の航行安全小委員会は、 IMO 決議 A.815(19)、World Wide Radionavigation System のドラフトを承認した。その決議で特に興味深いのは、２年間にわたる少なくとも 99.8% のサービスの可用性と、入港、接岸、そして交通量の多い沿岸水域、及び／もしくは著しいリスクがある場合の航法のための３時間にわたる少なくとも 99.79% のサービス持続性の要求である。
近代的な船の多くでは、(D)GPS は、その電子海図 (ECDIS)、及び自動認識システム (AIS) のための必須の船上応答装置への位置情報の唯一の源である。特に高速船とワンマン・ブリッジにおいては、航法の正確さをレーダーのような他の入手可能な情報とクロス・チェックする時間はあまりない。 AIS への誤った位置情報は、「AIS に助けられた衝突」へと導くことさえあり得る。 GPS の脆弱さに関する Volpe 報告書は、パブリック・ポリシーは、 GPS の喪失の際にも安全が維持されることを確認しなければならないと勧告している。 GPS の起こり得る喪失の理由は、Volpe 報告書やその他の資料で詳しく述べられている。しかし、IMO やその他の海事団体は、 (まだ) GPS 喪失時のための解決策を扱っていない。加盟国間の協定の 2005年の終了の後の、 Northwest European Loran-C システムの将来は不確かである；世界の多くの海域は、Loran-C でカバーされていない。海事運用のための他の地上系航法システムは、段階的に廃止されている。 GPS と Galileo の組み合わせは信号の可用性と受信器主導監視 (RAIM) の可能性を向上させるであろうが、 Galileo も干渉や妨害に弱い。
(Extracted from the contribution by Jac Spaans, Professor Emeritus, President of the Netherlands Institute of Navigation, to the review entitled "Directions 2003" in GPS World, January 2003, pages 28 and 30, www.gpsworld.com.
我々は、米軍がその衛星システムの費用を出しているために、 GPS システムの実装が安上がりであることに気付いた。これが、その明らかな欠点にもかかわらず、非常に多くの人々が安全関連の、あるいは安全クリティカルな機能のためにさえもこれを使いたがる理由であることに疑いはない。 Volpe 報告書は、http://www.navcen.uscg.gov/gps/geninfo/pressrelease.htm から、あるいは http://www.navcen.uscg.gov/archive/2001/Oct/FinalReport-v4.6.pdf から直接ダウンロードできる。)
インターネット経由で 40ドル以内で購入できる電子信号妨害デバイスは、起こり得るイラクに対する米国の空爆の有効性に決定的な役割を演じるかもしれない。米国のウォール・ストリート・ジャーナルの最近の報告によれば、 GPS 衛星からの信号を妨害する、広く入手可能なそれほど高価でないデバイスが、人工密集地域 (バグダットのような) において高精度爆弾を効果的に目標に向ける努力を妨げ得ることに関する、議会や軍の指導者らの懸念が増大している。そのような軍需品は、その弾頭を意図した目標から 10～30フィート以内に届かせるために、 GPS からの信号に大きく依存するようになっている。
最小の妨害デバイスでさえも、GPS 衛星からの信号の撹乱に関して驚くほど効果的である。 1999年のパリ航空ショーでロシアの企業が実演した 19ポンドのデバイスは、 100マイル以上にわたる GPS 信号の有効な妨害を主張していた。そのデバイスは、僅か 4ワットの電力を誇っていた。
(From "GPS Jammers Could Hinder Attack on Iraq", in the "Newsbreaks" section of Conformity, November 2002, page 8, www.conformity.com.
The Wall Street Journal Article referred to in the above was "US Bombs May Not Find Targets In Iraq Due to Satellite `Jammers'", Tuesday, September 24, 2002, www.wsj.com.)
ある有名なメーカーの無線式乳児警報器が、 UK のいくつかの空港に接近する航空機の航空通信への偶発的な干渉を引き起こしたことがわかっている。問題なのは、その乳児警報器の無線テクノロジーではなく、スイッチ・モード・テクノロジーを用いたプラグ内蔵型電源である。不良ロットの電源がその乳児警報器とともに出荷され、それらは満足に機能したものの、 National Air Traffic Services Ltd. (NATS) が使用している VHF 無線チャネルで強力に放射した。
その干渉の地上での検出は実に困難であるが、 NATS がこの種の問題を知らされた時、彼らは、一部は Radiocommunications Agency (RA) の費用負担のもとに、問題を起こしている領域の上を特別な装備をした航空機で飛行することができる。その航空機が干渉の発生源を同定した時、 NATS は関係する家を同定する特別な装備をした地上車を派遣する。
その後、RA の係官はその不良のプラグ内蔵型電源を交換し、それをその乳児警報器の製造業者に送り、彼らは (VHF を送信しない) 代替品を発送した。安価な電子部品のために行くことには多くの問題があるが、航空安全はそうすることを必要としている。
(From Tom Perry, UK Civil Aviation Authority)
大ロンドンにおける ADSL システムの大量配備は、 ITU ノイズ・フロアを超えさせる可能性を持つ。さらに、そのエミッション・レベルは、航空 ADF (自動方位検出) 受信器の最大チャネル間干渉レベルを、その都市の中心部の上で最大 15dB、都市の境界では 2dB 超えると予期される。
VDSL システムの大量配備は、ロンドンの中心部の上の 100m の高さで、 10MHz で最大 18dB ノイズ・フロアを上げる可能性を持つ。ロンドンの中心部において、その累積エミッション・レベルは 20km までの全ての高度で ITU ノイズ・フロアを超える。その都市の境界における 5dB～8dB のあいだのノイズ・フロアの上昇は、 5km～10km のあいだの高度で予期される。
(Extracts from: "Prediction of interference due to telecommunication drop wires in the ADSL and VDSL bands" by A R Bullivant or W S Atkins Singapore Pte Ltd and A J Maddocks, ERA Technology Ltd, presented by Tony Maddocks at the IEE Seminar "EMC - It's nearly all about the cabling" at Savoy Place, London, January 22nd 2003.
ADSL と VDSL は、通常の電話線を通して「広帯域インターネット・アクセス」を提供するために用いられているテクノロジーである。)
アメリカ国防総省は、敵対者による GPS の使用を阻止するために、 L1 信号の非脅迫的な妨害を使用するであろう。 GPS 信号の妨害は常に軍事的な選択肢であったが、その使用は Selective Availability の停止の後とすることが必要となった。そのような軍事的な手続きに加えて、テロリストは簡単に作られた機器を用いて GPS 信号を妨害しようとするかも知れない。 GPS 信号は、非意図的な妨害の影響も受けやすい。
民間 GPS コミュニティは、1997年にも目を開かせられた。第一に、ロシアの企業 Aviconversias が、 200km の半径内の民間用 GPS 受信器をブロックできる商用の GPS/GLONASS 妨害装置を 9月に供給できると発表した。そして、ニューヨークにおける 12月の軍用 GPS 試験は、民間航空機の多数の GPS 受信器に、 Newark 国際空港への接近中に GPS 信号の追跡を失わせた。民間用受信器は妨害の影響を受けやすいことが確認されたが、同時に、その妨害装置は市販されているものであった。
この分野における最も重要な、同時に非常に良いタイミング (9月 11日の世界貿易センターの攻撃の１日前に出された ―― 編集者) での研究の１つは、 GPS が他の無線航法システムと同様に妨害に対して脆弱であり、 GPS の妨害が安全性を危険に曝す可能性があり、環境的な、そして経済的な深刻な影響を持つと結論付けた、 GPS の脆弱さに関する Volpe 報告書と呼ばれるものであった。この報告書は、民間インフラストラクチャにおける GPS の使用の増加は、それを個人、グループ、あるいは国家による敵対的行動のさらに魅力的な標的としているとも結論している。同時に、その分析は妨害の目的のための機器の商業的入手性を強調した。
(Extracts from "Jamming GPS - Susceptibility of Some Civil GPS Receivers", by Brje Forssell and Trond Birger Olsen, in GPSworld, January 2003, pages 54 - 58, www.gpsworld.com.)
GPS が我々の日々の生活にさらに重要な役割を演じる将来を考えると、我々はその信頼性が維持されていることを確認しなければならない。その安全性とセキュリティを最高優先として、アメリカ運輸省は潜在的な脆弱さ全てを緩和するための 14項目のアクション・プランを策定した。我々は GPS の近代化の努力に関して国防総省と密接に作業し、重要な帯域資源を保護する我々の努力を倍増させ、そして干渉の発生源を速やかに見付ける能力を開発している。
(An extract from an article by Jeffrey N. Shane, Associate Deputy Secretary, U.S. Department of Transportation, in "Directions 2003" in GPSworld, December 2002, Page 24, www.gpsworld.com.
批判的となることをお詫びするが、 GPS の脆弱さは潜在的なものではなく現実のものであると思われる；そして、干渉源は 222 で報告された数ヵ月よりも遥かに速やかに発見する必要がある。)
FCC は、無免許超広帯域信号放射の認定の標準化を公表した。多くの人は、これらは GPS への干渉の可能性を持ち、またノイズ・フロアを上昇させると信じている。 GPS 信号受信環境は、将来はより挑戦的なものとなるであろう ―― この UWB 標準化は、先導的なできごとである。将来も増加するのみであろう、無線機能に対する明らかな要求がある。
同時に、GPS ベースの POITIME への依存は、軍用システム、「生命の安全」ナビゲーション・システム、そして不可欠な運輸、通信、経済、時間、その他のインフラストラクチャで増加している。
(Extracts from an article by Jim Doherty, Senior Analyst, Institute for Defense Analyses; member, Independent GPS Assessment Team, in "Directions 2003" in GPSworld, December 2002, page 26, www.gpsworld.com.
GPS 衛星信号は、地上の最も静かな場所でさえも、既に環境のノイズ・フロアの下となるほど弱い。それを信頼できるものとするために、ソフトウェア・アルゴリズムが用いられる。 UWB は、低コストであることから広く採用される方向にある。)
GPS の脆弱さに関する DOT/Volpe 調査は、意図的な、あるいは非意図的な干渉が重要なインフラストラクチャ用途のための GPS アクセスを不能化できると結論した。それは、生命の安全のための用途のためには、 GPS に対するバックアップ・システムがなければならないであろうとも結論した。要約のテキストにはその他の制限がなく、私はそのバックアップは無期限に持続することを意図していると仮定している。
(From an article by Terry McGurn, former senior analyst, Central Intelligence Agency, in "Directions 2003" in GPSworld, December 2002, page 33, www.gpsworld.com.)
欧州と米国における衛星航法信号の脆弱さの認識は、ここ 10年のあいだに 180度逆転したようである。 1990年台には、欧州は GPS 航空着陸システムへの移行に関して慎重であり、計器着陸システム (ILS) の代替としてのマイクロ波着陸システム (MLS) の導入を推進したのは欧州であった。主張された主な理由は、宇宙から届く信号の弱さであった。一方、米国は GPS の利点を優先し、1990年台末には Wide Area Augmentation System (WAAS) と Local Area Augmentation System (LAAS) が運用に入り、ILS (そして他の航法支援) は過去のテクノロジーとなるだろうと宣言した。昨年、米国は、GPS が、特に意図的な、また非意図的な干渉に対して脆弱なシステムであると認め、重要なインフラストラクチャのためにはバックアップ・システムと意図的な干渉を見付けるためのテクニックが必要となるだろうと結論した。一方、欧州はこの状況は心配していないようであり、 Galileo (GPS と同一のテクノロジーを使用するだろう) は GPS という非常に良いバックアップを持つと言明した。一部の人は、Galileo に関して示唆された道路課金のような用途は、他の使用者に大きな影響を持つ、公衆による妨害を誘うであろうと信じている。
(Extracts from an article by Alan Shuster Bruce, Manager GNSS Programs, Thales Avionics UK, in GPSworld, December 2002, pages 33 and 34, www.gpsworld.com.)
ごく最近、米国沿岸警備隊と FCC は、特定の消費者向け VHF/UHF 海上用テレビ・アンテナが、 GPS 受信器の不正確な位置情報、あるいは受信や追跡能力の完全な喪失を引き起こしたことを確認した。より広い範囲では、FAA は、テレビ放送、個人用電子デバイス、移動衛星サービス (MSS) 通信システム、そして超広帯域 (UWB) レーダーや通信システムといった、商用や民間航空に対する干渉源のことを認めた。
空間波が混雑するほど、敏感な GPS への干渉は増える。インターネットから入手できる回路図とともに、電子部品販売店へ行って 500ドルを出せば、視線内の 100～125km までの GPS の商用利用を阻止できる GPS 妨害装置を作るために必要な部品を入手できる。長期的な解決策の１つは、衛星信号電力を増やすことであろう。しかし、これから 10年のあいだにその大幅な改善は計画されていない！
(Extracts from an `advertorial' by Mario M. Casabona, President and CEO of Electro-Radiation Inc. (ERI), in "Showcase" in GPSworld December 2002, page 21, www.gspworld.com.)
ADSL と VDSL (通常の電話線を通した広帯域インターネット)、「トランスレス」電源を用いた低電圧照明、プラグ内蔵式スイッチング電源、エネルギーの節約のために家庭用器具で用いられている可変速モータ・ドライブ、電源線通信 (PLT)、超広帯域 (UWB) レーダーや無線通信は、これからの数年にわたって広く用いられそうな「ノイジー」な低コストの電子デバイスやシステムの例である。もしそう遠くない将来において現在の傾向が続くならば (そうなりそうである)、たとえそれら全てがそれが使用に供される時点で通用している該当するエミッション規格に実際に適合しており、いずれもが不良でないとしても、無線通信 (安全クリティカルな航空システムを含む) との干渉は何千個ものそのような安価で陽気な干渉源の「合奏」からのものとなることから、もはや同定も予防もできないものとなるであろう。
(From "Future Trends in EMC" presented by Keith Armstrong at the Flomerics seminar "Introduction to EMC" in Taipei, Taiwan, September 17 - 18 2002, www.flomerics.com.)
我々が生活している環境は人工的電磁エネルギーに富むようになっており、同時に電子テクノロジーの感受性の閾値は低下している。
(From Maqsood Mohd, Chairman of the IEEE EMC Society Education and Student Activities Committee (EASC), writing in the IEEE EMC Society Newsletter, January 2003, www.ieee.org)

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を T. Sato が翻訳したものです。この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2003-05-05

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