●　文|北京空間科技信息研究所　劉春保

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性評(píng)估與對(duì)策

●文|北京空間科技信息研究所劉春保

摘要：隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其應(yīng)用的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為重要的、不可或缺的空間基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到幾乎所有領(lǐng)域，成為軍事能力的倍增器，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的助推器，在保障國(guó)家安全與促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。

然而，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)固有的脆弱性、局限性使衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)存在著明顯的能力不足與缺口，使衛(wèi)星導(dǎo)航用戶不能在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何環(huán)境下使用衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，使依賴衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行面臨嚴(yán)重威脅。美國(guó)國(guó)土安全部、運(yùn)輸部、英國(guó)皇家工程院等眾多政府部門、研究機(jī)構(gòu)均對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)估，并提出了相關(guān)的對(duì)策措施。本文綜合國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性評(píng)估結(jié)果，闡述衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性與對(duì)策供參考。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 脆弱性 評(píng)估 對(duì)策

一、概述

一般而言，導(dǎo)致用戶無(wú)法使用衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)特性包括脆弱性與局限性兩個(gè)方面。

局限性是指受物理遮蔽的影響，衛(wèi)星導(dǎo)航用戶無(wú)法使用衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。其原因?yàn)椋何⑷醯男l(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)不足以穿透各種物理遮蔽物，如在室內(nèi)、地下、隧道、水下、高山或城市峽谷，甚至濃密的森林中，不能獲得衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)。

脆弱性是指因衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)功率過低，以及無(wú)線電信號(hào)傳播與接收特性共同作用的結(jié)果，使用戶不能或不能較好地獲得衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。

與脆弱性相比，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的局限性是明確的，衛(wèi)星導(dǎo)航用戶可以準(zhǔn)確地判斷是否處于物理遮蔽環(huán)境中，并采取措施將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)局限性的影響降到最低。也就是說，局限性并不能對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的應(yīng)用構(gòu)成威脅。因此，國(guó)外的衛(wèi)星導(dǎo)航評(píng)估均以脆弱性為主要內(nèi)容，且對(duì)脆弱性的影響及衛(wèi)星導(dǎo)航安全應(yīng)用環(huán)境建設(shè)的重視程度不斷提升。

美國(guó)是全球最早開展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性評(píng)估的國(guó)家，隨著美國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)依賴性的提高，目前美國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性的研究、評(píng)估重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)為對(duì)國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行的影響、對(duì)策與緩解措施方面。

二、國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性研究

國(guó)外的評(píng)估均將衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性、局限性的主要原因歸結(jié)為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)過低的導(dǎo)航信號(hào)功率。與移動(dòng)通信的信號(hào)接收功率相比，衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的接收機(jī)功率低100～1000萬(wàn)倍，就很容易理解衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性、局限性的這一根本原因，見表1。

表1　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與移動(dòng)通信系統(tǒng)信號(hào)功率對(duì)比

一般，國(guó)外將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性分為三個(gè)方面：

1）系統(tǒng)相關(guān)的脆弱性（包括信號(hào)與接收機(jī)）；

2）傳播途徑相關(guān)的脆弱性（空間氣象、大氣與多路徑效應(yīng)等）；

3）干擾相關(guān)的脆弱性（有意與無(wú)意干擾）。

1.系統(tǒng)相關(guān)的脆弱性

系統(tǒng)相關(guān)的脆弱性主要指因衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段、運(yùn)行控制段和用戶段故障或問題產(chǎn)生的脆弱性。其中，空間段和用戶段問題產(chǎn)生的影響較大。

（1）星座衛(wèi)星數(shù)量過少

因星座衛(wèi)星故障或不能維持正常的星座衛(wèi)星數(shù)量，將導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不能滿足性能要求的服務(wù)。因各種原因，俄羅斯GLONASS系統(tǒng)星座衛(wèi)星數(shù)量最低曾降到7顆，無(wú)法獨(dú)立提供衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。

（2）運(yùn)行控制段上傳不健康的導(dǎo)航數(shù)據(jù)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)所包含的數(shù)據(jù)與信息一般由運(yùn)行控制段上傳至衛(wèi)星，包括時(shí)鐘預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、星歷與軌道預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)等。如果運(yùn)行控制段上傳至衛(wèi)星的導(dǎo)航數(shù)據(jù)與信息出現(xiàn)問題，將對(duì)系統(tǒng)服務(wù)性能構(gòu)成全面影響。

GPS與GLONASS系統(tǒng)已多次發(fā)生類似問題。1993 年3月、2000年3月和2002年6月，GPS系統(tǒng)發(fā)生導(dǎo)航數(shù)據(jù)與信息上傳問題，導(dǎo)致服務(wù)性能嚴(yán)重下降。

2014年4月1日，因運(yùn)行控制段系統(tǒng)軟件問題導(dǎo)致GLONASS衛(wèi)星星歷更新失敗，造成GLONASS系統(tǒng)不能提供服務(wù)。另有消息稱：此次故障的原因是：GLONASS系統(tǒng)地面控制段軟件出現(xiàn)了約1.5min的時(shí)間跳躍，不能生成正確的星歷，從而引發(fā)了此次故障。2014年4月14日，同樣因運(yùn)行控制問題，8顆GLONASS衛(wèi)星被設(shè)置為不健康狀態(tài)，GLONASS系統(tǒng)用戶不能使用這8顆衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)。

（3）衛(wèi)星星鐘跳秒或漂移

星上時(shí)間的精確同步與星上原子鐘時(shí)間的精確預(yù)報(bào)是時(shí)間測(cè)距衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供精確定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)的基礎(chǔ)。星上原子鐘出現(xiàn)跳秒或漂移將使該衛(wèi)星的時(shí)間不可預(yù)測(cè)，從而導(dǎo)致服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。2004年1月1日，GPS衛(wèi)星SVN-23（1顆GPS-2A衛(wèi)星）出現(xiàn)時(shí)間漂移，控制中心在3小時(shí)后才將其設(shè)置為不健康。在這一時(shí)間段內(nèi)，該衛(wèi)星的定位誤差最大可能增至300km。類似的事件也曾發(fā)生在2001年7月。

（4）壞的信號(hào)波形

如果星上信號(hào)調(diào)制或信號(hào)生成過程出現(xiàn)問題，衛(wèi)星將播發(fā)不健康的信號(hào)，并在接收機(jī)端引發(fā)不可預(yù)知的結(jié)果，引發(fā)嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。1993年GPS衛(wèi)星SVN 19（1顆GPS-2衛(wèi)星）產(chǎn)生了被稱為“有害波形”的信號(hào)，使空間信號(hào)用戶測(cè)距誤差達(dá)到了8m；2009年3月發(fā)射的首顆裝備L5信號(hào)設(shè)備的GPS衛(wèi)星SVN 49（第7顆GPS-2RM衛(wèi)星）產(chǎn)生了星上多路徑效應(yīng)，導(dǎo)致接收機(jī)會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。

圖1　GPS系統(tǒng)運(yùn)行控制段全球布站情況

（5）針對(duì)運(yùn)行控制段的攻擊

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行控制段一般具有一定的抗攻擊能力，這種攻擊包括軍事和網(wǎng)絡(luò)兩種形式，但卻十分有限。相對(duì)而言，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的遠(yuǎn)程站更易受到攻擊，也更具脆弱性。

運(yùn)行控制段全球布站是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正常運(yùn)行與服務(wù)性能的重要保證。從美國(guó)GPS系統(tǒng)運(yùn)行控制段全球布站情況（見圖1）分析，除個(gè)別原隸屬于美國(guó)地理空間情報(bào)局（NGA）的跟蹤監(jiān)測(cè)站外，其運(yùn)行控制段各站點(diǎn)均部署在美國(guó)、海外軍事基地或重要盟國(guó)，而主控站、數(shù)據(jù)上行站（圖1中的GPS地面天線和美國(guó)空軍衛(wèi)星控制跟蹤站）則基本部署在美國(guó)及其海外軍事基地，就是為了保證GPS系統(tǒng)運(yùn)行控制段的安全。

（6）運(yùn)行控制段升級(jí)

運(yùn)行控制段系統(tǒng)升級(jí)或更新是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的需要，也是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性的重要因素。運(yùn)行控制段系統(tǒng)升級(jí)或更新的任何問題都有可能導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的故障，甚至服務(wù)的中斷。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行控制段的升級(jí)與更新是涉及大系統(tǒng)，以及眾多關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用的復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題；而且必須保證系統(tǒng)與服務(wù)的正常運(yùn)行。從美國(guó)空軍在GPS系統(tǒng)運(yùn)行控制段現(xiàn)代化改造采取的循序漸進(jìn)、穩(wěn)步提升、小增量改進(jìn)的策略，我們即可看出運(yùn)行控制段升級(jí)與更新所面臨的巨大風(fēng)險(xiǎn)。即使如此，GPS系統(tǒng)也曾多次發(fā)生因運(yùn)行控制段升級(jí)引發(fā)的問題。2007年4月，美國(guó)空軍將第32顆工作星引入GPS星座，然而由于部分接收機(jī)的設(shè)計(jì)只能處理31顆GPS衛(wèi)星信號(hào)，從而產(chǎn)生了無(wú)法定位的問題。2010年1月，GPS系統(tǒng)運(yùn)行控制段軟件升級(jí)導(dǎo)致軍用與授時(shí)接收機(jī)不能正常工作。

（7）接收機(jī)缺陷

除軍用、航空接收機(jī)按規(guī)定需進(jìn)行相關(guān)的專業(yè)測(cè)試、驗(yàn)收外，大部分民用接收機(jī)僅需要通過生產(chǎn)廠商的測(cè)試即可投入使用，因而很難避免存在軟件或其他缺陷。這種缺陷會(huì)以某種方式影響接收機(jī)的性能，而且這種缺陷只能在某種特定的情況下才能被發(fā)現(xiàn)，如使用被標(biāo)記為不健康的衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)、跟蹤非標(biāo)準(zhǔn)碼信號(hào)等，從而對(duì)定位導(dǎo)航性能構(gòu)成嚴(yán)重影響。

2.傳播途徑相關(guān)的脆弱性

導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)需要穿過大氣層、電離層才能到達(dá)位于地面、空中的用戶接收設(shè)備（空間用戶除外）。因此，衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)必然受到大氣層、電離層變化的影響。

對(duì)流層位于地球大氣的底部，是大氣層密度最大的區(qū)域，包含了整個(gè)地球氣象系統(tǒng)。地球氣象系統(tǒng)的變化可導(dǎo)致導(dǎo)航信號(hào)的延遲，但這種延遲可利用對(duì)流層模型進(jìn)行修正。因此，雖然對(duì)流層引入了誤差項(xiàng)，但對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)并不構(gòu)成威脅。

電離層位于地球大氣的頂部，是衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的最大誤差源。電離層的變化，特別是低緯度、高緯度和太陽(yáng)黑子活動(dòng)高峰時(shí)期對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有較大影響。

（1）電離層電子總數(shù)變化

電離層電子總數(shù)變化對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的影響分為兩種情況，其一是電子總數(shù)的緩慢變化；其二是電子總數(shù)的快速變化。電離層電子總數(shù)的緩慢變化受太陽(yáng)活動(dòng)的影響，如地球每天1周的自轉(zhuǎn)、太陽(yáng)相對(duì)地球約27天的自轉(zhuǎn)，以及約11年的太陽(yáng)活動(dòng)周期都將導(dǎo)致電離層的電子總數(shù)增加或降低，引起電離層延遲誤差的變化。

太陽(yáng)耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)噴發(fā)將導(dǎo)致電離層電子數(shù)量快速變化，且這種變化產(chǎn)生的電離層延遲誤差不能利用天基增強(qiáng)系統(tǒng)或差分系統(tǒng)進(jìn)行修正，有可能引發(fā)嚴(yán)重的安全問題。

（2）電離層閃爍

電離層小規(guī)模的擾動(dòng)可能造成衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)傳播路徑的變化，引發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的多路徑效應(yīng)。此時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)將接收相位和振幅快速變化的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，如果接收機(jī)不具有足夠的魯棒性，則可能失去對(duì)信號(hào)的鎖定。在赤道與兩極，電離層閃爍事件經(jīng)常發(fā)生，有時(shí)影響范圍較大。2003年10—11月，因太陽(yáng)風(fēng)暴的影響美國(guó)廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）的服務(wù)曾中斷30小時(shí)。

（3）軌道環(huán)境造成服務(wù)中斷或丟失衛(wèi)星信號(hào)

當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生時(shí)（耀斑、日冕物質(zhì)噴發(fā)等），空間高能粒子密度與電離層的變化可能導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)中斷或丟失衛(wèi)星信號(hào)。一般，上述事件僅引發(fā)暫時(shí)性的服務(wù)中斷，但在極端情況下，如發(fā)生超大規(guī)模的太陽(yáng)風(fēng)暴或指向地球的太陽(yáng)風(fēng)暴時(shí)，可能造成多顆衛(wèi)星不能正常工作，形成大范圍的服務(wù)中斷。

（4）多路徑效應(yīng)引發(fā)的脆弱性

多路徑效應(yīng)是指接收機(jī)接收到經(jīng)反射的信號(hào)，而不是衛(wèi)星直接播發(fā)的信號(hào)。造成衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)反射的包括建筑物、山體等。如果接收機(jī)鎖定了反射信號(hào)，將產(chǎn)生較大的定位誤差，有時(shí)甚至可達(dá)數(shù)百米，從而引發(fā)定位風(fēng)險(xiǎn)。

在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)被相對(duì)較遠(yuǎn)的物體（如建筑物）反射時(shí)，如果接收機(jī)錯(cuò)誤地鎖定了反射信號(hào)，而不是來自衛(wèi)星的直接信號(hào)，將會(huì)造成定位精度降低。

在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)被相距更近的物體發(fā)射時(shí)，直射信號(hào)和反射信號(hào)將融合在一起，產(chǎn)生更加難以辨別的誤差。

多路徑效應(yīng)是普遍存在的，也是接收機(jī)研發(fā)人員和制造商非常了解的現(xiàn)象，且在接收機(jī)中采取各種措施以消除其影響。如采用多路徑反射天線、接收機(jī)濾波和處理技術(shù)等。

3.干擾的脆弱性

（1）無(wú)意干擾

產(chǎn)生無(wú)意干擾的主要原因是在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)相鄰頻段工作的射頻發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生的段外輻射。

在國(guó)際電信聯(lián)盟的頻率分配中，L頻段不僅分配給了衛(wèi)星導(dǎo)航，還分配給了其他無(wú)線電業(yè)務(wù)，頻率分配情況如下：

L1頻段：移動(dòng)與固定VHF通信、移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)、超寬帶通信、電視廣播、超視距雷達(dá)，以及車輛、船舶裝備的移動(dòng)電話等；

L2頻段：雷達(dá)系統(tǒng)，航空無(wú)線電導(dǎo)航服務(wù)等；

L5頻段：航空無(wú)線電導(dǎo)航服務(wù)、軍事聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS）、多功能信息分發(fā)系統(tǒng)（MIDS）等。

同時(shí)，不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間也存在導(dǎo)航信號(hào)的相互干擾問題。

自GPS系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，無(wú)意干擾一直是影響GPS服務(wù)的重要因素。如2001年4月至5月發(fā)生的美國(guó)加利福尼亞州Moss Landing港干擾事件、2011年發(fā)生的光平方事件等均是典型的無(wú)意干擾事件；其中Moss Landing港的干擾源為裝有前置放大器的電視接收天線；光平方事件則是試圖在地面利用分配給移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)的頻段播發(fā)4G服務(wù)信號(hào)。

（2）有意干擾

有意干擾是一種主動(dòng)干擾行為，其目的是阻止或阻斷使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的定位導(dǎo)航與授時(shí)服務(wù)，主要包括阻斷、欺騙和虛假信號(hào)干擾三種形式。

阻斷式干擾可分為阻塞式干擾和壓制式干擾。阻塞干擾以阻塞衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接收的方式，使接收機(jī)無(wú)法正常接收、鎖定衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，致使其完全失效或降低其定位精度。壓制式干擾是一種具有很高效費(fèi)比的干擾方法，一般在非常寬的頻帶上對(duì)幾乎所有信號(hào)進(jìn)行壓制，實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)包括：敵我不分，在壓制敵方信號(hào)時(shí)同樣壓制己方信號(hào)，且易于偵測(cè)，并被反輻射武器摧毀等。

欺騙式干擾是一種以對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的了解、認(rèn)知為基礎(chǔ)，使衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)難以辨別真、偽信號(hào)或因甄別真?zhèn)涡盘?hào)造成計(jì)算等工作量增加，導(dǎo)致定位性能降低的干擾方式。目前，欺騙式干擾主要可分為轉(zhuǎn)發(fā)式干擾、虛假偽碼干擾和相關(guān)干擾等。

轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是利用衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)在空間的傳播特性，將收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行人為的延遲，再將信號(hào)發(fā)射出去。這種干擾不需要詳細(xì)了解衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的參數(shù)、偽碼結(jié)構(gòu)，所以方法簡(jiǎn)單，干擾效果明顯。

虛假偽碼干擾依據(jù)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)及其結(jié)構(gòu)的了解，擬合出符合衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接收規(guī)范的偽碼，使衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)不能識(shí)別真實(shí)信號(hào)與欺騙信號(hào)，造成衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)解算出錯(cuò)誤的定位、導(dǎo)航信息。虛假偽碼干擾對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有摧毀性的干擾效果，但其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度非常高。

相關(guān)干擾可以理解為干擾方?jīng)]有掌握衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)確切的偽碼結(jié)構(gòu)，但掌握了一種與衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)相關(guān)性較大的偽碼序列。這種干擾信號(hào)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)形成有效干擾的可能性較大，且技術(shù)難度較低，實(shí)用性較好。

此外，按干擾方的不同，國(guó)外將有意干擾劃分為違法犯罪型干擾、紅隊(duì)干擾和藍(lán)隊(duì)干擾三種類型。

目前，違法犯罪型干擾處于不斷增長(zhǎng)的狀態(tài)，是民用導(dǎo)航信號(hào)面臨的最大威脅。其實(shí)施者大多為偷車賊、道路通行費(fèi)逃避人員、躲避跟蹤系統(tǒng)的人員、逃避商業(yè)里程限制或避免公司掌握其行程的車輛駕駛?cè)藛T等。這種干擾大多是局部的、且影響時(shí)間較短，對(duì)GNSS的整體應(yīng)用影響較小。但當(dāng)某一區(qū)域同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)上述干擾源時(shí)，有可能在短時(shí)間內(nèi)形成區(qū)域干擾網(wǎng)絡(luò)，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)將構(gòu)成較大影響。

紅隊(duì)干擾（如恐怖分子）是針對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施等實(shí)施的有意干擾，可在多個(gè)區(qū)域同時(shí)出現(xiàn)，且功率較大，可能引發(fā)嚴(yán)重的后果，影響程度取決于接收機(jī)濾波與天線設(shè)計(jì)。

藍(lán)隊(duì)干擾一般是已方人員為了應(yīng)對(duì)跟蹤威脅實(shí)施的有意干擾，大多功率較低，其影響與違法犯罪型干擾相似。

不論是何種類型的干擾，當(dāng)其在國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施，特別是采用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精確授時(shí)服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施附近長(zhǎng)時(shí)間實(shí)施時(shí)，都將對(duì)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響。

隨著干擾技術(shù)與設(shè)備的擴(kuò)散，干擾的威脅正在不斷增大。目前，互聯(lián)網(wǎng)上銷售的小功率低端干擾設(shè)備的價(jià)格低至不到100美元，且極易獲得。大功率干擾設(shè)備，如以SUV（越野車或城市多功能車）為平臺(tái)、發(fā)射功率100～1000W的干擾裝備，以飛機(jī)或重型卡車為平臺(tái)、發(fā)射功率10～100kW的干擾設(shè)備也呈擴(kuò)散趨勢(shì)。發(fā)射功率的增加擴(kuò)大了干擾的有效范圍，且由多部干擾設(shè)備組成的干擾網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)一步擴(kuò)大干擾的有效范圍，提升干擾效果。

三、國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性對(duì)策

為緩解衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性對(duì)應(yīng)用的影響，國(guó)外主要采取從如下四個(gè)方面的措施。

1.加強(qiáng)法律法規(guī)建設(shè)，強(qiáng)化衛(wèi)星導(dǎo)航頻譜保護(hù)

由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)固有的脆弱性，各種有意或無(wú)意干擾已經(jīng)成為國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行的嚴(yán)重威脅，甚至有可能因此導(dǎo)致社會(huì)與經(jīng)濟(jì)秩序混亂，引發(fā)嚴(yán)重的社會(huì)問題。立法保護(hù)，已經(jīng)成為緩解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性影響的重要措施。

美國(guó)認(rèn)為，針對(duì)GPS系統(tǒng)的有意與無(wú)意干擾事件不斷增多的重要原因是處罰力度不足。例如，當(dāng)一部移動(dòng)干擾設(shè)備在Newark國(guó)際機(jī)場(chǎng)被發(fā)現(xiàn)時(shí)，處罰僅僅是沒收干擾設(shè)備。為此，2010年美國(guó)國(guó)家PNT顧問委員會(huì)建議：美國(guó)國(guó)家定位導(dǎo)航授時(shí)執(zhí)行委員會(huì)應(yīng)當(dāng)在國(guó)會(huì)發(fā)起一項(xiàng)立法活動(dòng)，加重對(duì)非法擁有和使用GPS干擾設(shè)備處罰，提高違法成本，甚至實(shí)施監(jiān)禁；且必須建立應(yīng)對(duì)干擾行為的快速反應(yīng)與緩解機(jī)制。

2012年2月美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）發(fā)布強(qiáng)制性文件，將對(duì)生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售、使用或運(yùn)行移動(dòng)通信、Wifi和GPS等信號(hào)干擾設(shè)備的行為處以最高11.2萬(wàn)美元的罰款。澳大利亞也已經(jīng)制訂了相關(guān)法規(guī)，對(duì)生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售、使用或運(yùn)行GPS干擾設(shè)備的行為可處以最高10萬(wàn)美元的罰款。

法律法規(guī)是建設(shè)與維持衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)安全應(yīng)用環(huán)境的根本依據(jù)。不論是有意干擾，還是無(wú)意干擾，既對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的安全應(yīng)用構(gòu)成了威脅與損害，也構(gòu)成了對(duì)社會(huì)公共利益、用戶利益的損害。這種損害將隨著干擾技術(shù)的進(jìn)步與干擾設(shè)備的擴(kuò)散不斷加大，甚至可能危及到國(guó)防安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生命安全。

2.提升衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能與能力，緩解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性

提升衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能與能力是緩解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性的重要方面。一般包含兩個(gè)方面，其一，增加衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)功率；其二，增加導(dǎo)航信號(hào)數(shù)量。

信號(hào)功率過低是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性最重要的原因。因此，信號(hào)功率的增加可有效的緩解導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性，使其在復(fù)雜的環(huán)境背景下更易檢出、跟蹤與鎖定；同時(shí)，信號(hào)功率的增加抬高了干擾的門坎（必須增加干擾信號(hào)功率），降低了受到干擾的可能。

使用雙頻或多頻導(dǎo)航信號(hào)不僅可以消除因電離層干擾產(chǎn)生的脆弱性；同時(shí)，也可降低單頻干擾的影響，獲得更高的可用性。

增加信號(hào)功率與增加導(dǎo)航信號(hào)數(shù)量是GPS現(xiàn)代化計(jì)劃最重要的內(nèi)容。L1頻段軍用信號(hào)的功率已經(jīng)從最初的-163dBW增加至-154.9dBW，，未來的點(diǎn)波束軍用信號(hào)的功率將達(dá)到-138dBW；民用導(dǎo)航信號(hào)數(shù)量將從最初的1個(gè)（L1頻段C/A碼信號(hào)）增加至4個(gè)（C/A、L1C、L2C、L5），軍用信號(hào)從2個(gè)【2個(gè)P（Y）】增加至4個(gè)【2 個(gè)P（Y），2個(gè)M碼】。

偽衛(wèi)星抗干擾技術(shù)也是美國(guó)軍方緩解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性的重要選擇。2010年，DARPA曾啟動(dòng)了一項(xiàng)名為GPX的偽衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃，計(jì)劃采用4顆部署在地面或無(wú)人機(jī)上的偽衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)增強(qiáng)的GPS信號(hào)，在戰(zhàn)場(chǎng)上空構(gòu)成一個(gè)由偽衛(wèi)星組成的“GPS星座”，即“機(jī)載偽衛(wèi)星”計(jì)劃。

美國(guó)空軍正在進(jìn)行基于偽衛(wèi)星技術(shù)的LocataNET高精度陸基定位導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)試，目前第一期測(cè)試已經(jīng)完成，定位精度達(dá)到厘米級(jí)，且授時(shí)與時(shí)間同步精度達(dá)到納秒級(jí)。該系統(tǒng)既可與GPS系統(tǒng)協(xié)同工作，又可完全獨(dú)立運(yùn)行，提供高精度的定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)。

3.發(fā)展抗干擾技術(shù)，提升用戶設(shè)備抗干擾能力

自衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供服務(wù)以來，抗干擾技術(shù)一直是衛(wèi)星導(dǎo)航用戶設(shè)備發(fā)展的重要領(lǐng)域，發(fā)展了包括極化調(diào)零、頻域?yàn)V波、時(shí)域?yàn)V波、時(shí)頻域?yàn)V波、軸向調(diào)零、自適應(yīng)天線、組合導(dǎo)航（如衛(wèi)星導(dǎo)航＋慣性導(dǎo)航）等抗干擾技術(shù)。目前，基于軟件的無(wú)線電抗干擾技術(shù)、聯(lián)合域抗干擾技術(shù)和抗干擾系統(tǒng)小型化已經(jīng)成為未來衛(wèi)星導(dǎo)航用戶設(shè)備抗干擾技術(shù)發(fā)展的重要方向。

美國(guó)的先進(jìn)軍事裝備大多采用組合抗干擾技術(shù)，即采用抗干擾技術(shù)的GPS＋慣性導(dǎo)航或其他自主導(dǎo)航技術(shù)，使美國(guó)先進(jìn)軍事導(dǎo)航裝備的抗干擾能力達(dá)到了50dB。如戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈、F-14、F-15、F-18、F-22戰(zhàn)斗機(jī)、改進(jìn)型聯(lián)合直接攻擊彈藥（JDAM）等均采用自適應(yīng)抗干擾技術(shù)的GPS接收機(jī)＋自主導(dǎo)航（如慣性導(dǎo)航、地形或景像匹配等）抗干擾技術(shù)。

此外，以DARPA為首的美國(guó)先進(jìn)軍事技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)正在發(fā)展微PNT技術(shù)、全源導(dǎo)航技術(shù)等旨在彌補(bǔ)衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的能力缺口或不足，確保在無(wú)法使用GPS的條件下仍可提供滿足需求的定位導(dǎo)航授時(shí)能力。

4.發(fā)展干擾探測(cè)、定位技術(shù)，維護(hù)衛(wèi)星導(dǎo)航安全應(yīng)用環(huán)境

干擾源的探測(cè)、定位既是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航安全應(yīng)用環(huán)境建設(shè)有法必依的重要保障，也是維持衛(wèi)星導(dǎo)航安全應(yīng)用環(huán)境的重要技術(shù)基礎(chǔ)。美國(guó)莫斯蘭丁（Moss Landing）港與紐約國(guó)際機(jī)場(chǎng)的GPS干擾事件的干擾源探測(cè)、定位花費(fèi)了數(shù)十天的時(shí)間，顯然這樣的探測(cè)、定位速度不能滿足緩解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性影響的要求。

美國(guó)國(guó)家定位導(dǎo)航與授時(shí)委員會(huì)認(rèn)為：從技術(shù)角度而言，干擾源的探測(cè)、快速定位并不需要非常高深的技術(shù)，而且不需要高昂的投入，關(guān)鍵問題是采取行動(dòng)——部署干擾探測(cè)與快速定位系統(tǒng)。例如，擴(kuò)展現(xiàn)有的蜂窩通信系統(tǒng)發(fā)射塔授時(shí)型衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的功能，即可快速地識(shí)別與報(bào)告衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾，甚至包括干擾信號(hào)的特征、特性等參數(shù)，且投入不高。此外，利用移動(dòng)干擾源大多為車載系統(tǒng)的特征，通過在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的各監(jiān)控站點(diǎn)部署干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，輔之以各收費(fèi)站原有的視頻采集系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)干擾告警，又可實(shí)現(xiàn)干擾源的跟蹤，從而提升高速公路系統(tǒng)干擾探測(cè)、定位能力。

2014年8月，美國(guó)Exelis公司與Chronos公司成功地完成了一款名為“信號(hào)哨兵1000”的干擾識(shí)別與定位系統(tǒng)的測(cè)試。該系統(tǒng)可在16km的范圍內(nèi)對(duì)安裝在移動(dòng)車輛上的干擾源進(jìn)行識(shí)別與定位。研發(fā)更加快速、準(zhǔn)確地干擾源探測(cè)、定位技術(shù)是重要的，有助于更好地緩解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性引發(fā)的相關(guān)問題，對(duì)于保證國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施高效、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，保證衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的安全具有重要意義。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的發(fā)展與對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)依賴性的不斷增強(qiáng)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱評(píng)估的重點(diǎn)已經(jīng)從對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性的了解與認(rèn)知，轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾尉徑庑l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性，減輕、降低衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性的影響，以保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用安全。

參考文獻(xiàn)

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