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欺骗式GNSS干扰检测与抗欺骗算法研究平台:从原理验证到技术验证

# 一、为什么欺骗式干扰比压制干扰更危险

提到GNSS干扰,大家首先想到的是压制式干扰——用一个大功率信号把整个频带都淹没掉,接收机直接失锁、完全没法定位。这种干扰虽然粗暴,但有个好处:你马上就能发现不对劲——定位突然没了,时间突然不准了,你知道自己被干扰了,会立刻采取应对措施。

欺骗式干扰就阴险多了。它不是把信号压掉,而是模仿出和真实卫星信号一模一样的假信号,慢慢把接收机的定位结果"牵"到错误的位置上去。整个过程中,接收机看起来还在正常工作——有定位、有速度、有时间输出——但其实定位结果早就被骗子操控了。很多时候,等你发现位置不对的时候,已经被牵走了很远了。

正因为欺骗干扰这种隐蔽性,它对关键基础设施的威胁特别大——电力授时、金融交易、自动驾驶、精准农业,这些依赖GNSS授时定位的系统,如果被欺骗干扰悄悄带偏了时间,后果不堪设想。最近几年,国内外大量高校、研究所都在开展GNSS抗欺骗技术研究——怎么检测到欺骗信号?怎么识别出哪些卫星是真的、哪些是假的?检测到欺骗之后怎么应对?

# 二、欺骗干扰是怎么工作的

要研究抗欺骗,首先得明白欺骗是怎么做的。宇志通信的欺骗式干扰机演示平台,完整复现了最典型的一种欺骗方式——基于信号再生的欺骗。

它的工作原理是这样的:首先,欺骗设备自己有一个GNSS接收机,先真实接收空中的卫星信号,把每颗卫星的伪码序列、电文内容、多普勒频率都精确复制出来。然后,它稍微调整一下这些复制出来的信号——稍微延迟一点伪码、稍微改一下多普勒、调整一下信号功率——再用发射天线重新发出去。

一开始,这些欺骗信号的功率比真实卫星信号稍微小一点,接收机不会立刻切换过去,还是跟踪真实信号。但是欺骗信号一直在慢慢调整——一点点增加功率、一点点延迟伪码——慢慢地,接收机的跟踪环就被"牵"过去了。等到欺骗信号功率超过真实信号的时候,接收机就完全被骗子控制了,输出的位置坐标就变成了欺骗者预设的假位置。

这个过程非常平滑、非常隐蔽,单天线的普通接收机几乎察觉不到。宇志的演示平台可以实时设置欺骗目标位置、牵引时间、牵引路径等参数,用来测试各种抗欺骗算法的检测效果。

# 三、欺骗式干扰机演示平台的技术指标

这套演示平台支持GPS L1和北斗三号B1I两个频点,每个频点12个通道。平台由两部分组成:一部分是真实的GNSS实时接收机,负责接收空中真实卫星信号、解算本地位置;另一部分是欺骗信号生成器,负责产生假的卫星信号并通过射频口输出。

核心技术指标方面:欺骗信号生成的伪距调节最小步长优于5米——这意味着牵引过程可以非常精细;最大码延迟范围不小于4ms;载波多普勒控制精度优于0.02Hz;最大多普勒偏移范围±100KHz;每颗卫星的欺骗信号功率控制精度优于1dB。

上位机软件可以实时显示本地真实位置,设置目标欺骗位置,调整牵引时间和路径。整个欺骗过程是完全可控、可复现的——你可以设置不同的牵引速度、不同的功率上升曲线,来模拟不同攻击强度的欺骗场景,测试你的抗欺骗算法能不能检测到、多久能检测到。

# 四、常见抗欺骗技术方向

## 4.1 多天线一致性检验

这是目前最可靠的抗欺骗手段之一。欺骗信号通常是从一个发射天线发出来的,到达你接收端的多个天线阵元时,信号的到达方向是一样的。而真实卫星信号来自不同方向的天空,到达不同阵元的方向是不一样的。通过比较多个天线接收信号的方向一致性,就能识别出哪些信号是从同一个方向过来的欺骗信号。

配合阵列采集平台和欺骗演示平台,你就可以在实验室里完整验证这种多天线抗欺骗算法:欺骗信号源产生欺骗信号,阵列采集设备接收,然后用你的一致性检验算法分析,看看能不能正确识别出欺骗信号。

## 4.2 信号质量监测

欺骗信号虽然看起来和真信号很像,但仔细分析相关峰的形状,还是有细微差别的。真实卫星信号经过多径、电离层之后,相关峰是比较"干净"的单峰;而欺骗信号是人为再生的,相关峰形状、载波相位稳定性可能和真实信号有差异。通过实时监测每颗卫星相关峰的特征——比如峰宽、对称性、信噪比变化——可以发现异常。

## 4.3 导航电文认证

北斗三号和GPS都在现代化信号中加入了电文认证机制——在导航电文里嵌入加密的认证码,接收机可以验证电文是不是真的由卫星发出的。欺骗者不知道加密密钥,伪造的电文过不了认证。这是从信号体制层面解决欺骗问题的根本方案。研究电文认证算法,也需要一个能可控产生欺骗信号的测试平台,来验证认证机制的检测概率和虚警率。

# 五、研究抗欺骗为什么需要专门的演示平台

可能有人会问:我做抗欺骗研究,自己搭个信号源不就行了吗?实际上,要产生一个高质量的、能真正骗过普通接收机的欺骗信号,技术难度非常大——你得先精确复制真实卫星的伪码、电文、多普勒,还要精确控制功率和延迟,差一点都骗不过去。市面上能买到的信号模拟器,大多是做正常信号模拟的,做不出这种"像真的一样"的欺骗信号。

而专门的欺骗式干扰演示平台,已经把这些最难的部分都做好了——它能真实接收空中信号,精确再生出高质量的欺骗信号,牵引过程平滑可控。你作为研究人员,只需要把精力集中在你的抗欺骗算法上就行,不需要花几个月时间去搭一个欺骗信号源。

# 六、总结

GNSS欺骗干扰是未来导航安全领域绕不开的课题。开展抗欺骗算法研究,前提是要有一个可控、可复现的欺骗信号测试环境。宇志通信的欺骗式干扰机演示平台,正好提供了这样一个环境——它真实复现了基于信号再生的欺骗攻击过程,参数可控、场景可复现,配合GNSS软件接收机开发平台和阵列采集设备,可以形成完整的抗欺骗算法研究闭环。

上海宇志通信技术有限公司专注卫星导航抗干扰、抗欺骗测试平台研发,所有设备均面向实验室科研用途设计,严格遵守国家无线电管理相关法规。如果您正在开展GNSS导航安全相关的科研项目,欢迎联系宇志通信技术团队获取详细方案资料。

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