别再关注北斗民码能否被破解了，想想该怎么保护军用GPS吧

目前，美国军方正在推动导航从“选择可用性反欺骗模块”（SAASM）向改进的M码加密技术转型，并力争顺应国际卫星星座发展的潮流。与此同时，军方也在积极探索保护全球定位系统（GPS）免遭欺骗与干扰威胁的更好办法。

美国导航卫星全球定位系统和全球导航卫星系统对军事导航来说不可或缺，但是如何保护军用GPS免遭欺骗和干扰威胁？

对此的简短回答是，正在进行诸多改变以使军用GPS在应对这些威胁时更加鲁棒，同时正在开展大量工作以开发能够在GPS拒止环境中运行的配套技术。

罗克韦尔·柯林斯公司市场销售经理艾尔·西蒙（Al Simon）表示，在军事领域，可靠的GPS传统上被定义为“加密GPS，军用GPS或SAASM GPS”。尽管与之相关有许多术语，但这一切都与正在使用的军码有关。我们通常将‘可靠的GPS’描述为使用军用P（Y）码的军用加密GPS。”

在军方内部，新术语正在不断涌现。西蒙补充说：“美国国防部正在讨论可靠的定位、导航与授时（PNT）。尽管他们并不将其称作‘安全的GPS’，但其中确已引入了安全的其他要素。相反，它通常被称作‘确定的PNT’，它会使用最新的加密GPS技术或M码，具备先进的抗干扰或赛博复原能力……最终，其他传感器也将被用于保护PNT。因此，我们围绕导航这一问题展开讨论时，已开始超越GPS这一单一范围。”

使用如惯性导航系统（INS）这样的PNT方式来提供支持性覆盖是极具吸引力的选项。美国Spectracom公司首席技术官约翰·费舍尔（John Fischer）指出：“这些系统使用惯性测量装置（IMU），即一种精确加速器和陀螺仪的集合体，在没有任何外部基准的情况下能够测量移动情况，并不会受干扰。”然而，费舍尔表示，惯性测量装置往往不会单独使用，因为他们“会随时间发生漂移，很快会变得不准确。”

GPS的弱点

军用GPS必须能够克服或规避自身的弱点，从而有效抵御欺骗和干扰攻击。当前，针对GPS的欺骗与干扰行为正呈现出愈演愈烈之势。

干扰是指对信号有意或无意的干扰，它能够阻止信号被正常接收，其实现途径相对简单。

另一方面，针对GPS的欺骗则更加富有挑战性。费舍尔表示，“这种欺骗需要精确模拟GPS信号，诱使用户无法接收真正的信号，从而使其偏离正确的方向。要实现这种欺骗，首先需要借助某些复杂的信号发生设备来跟踪敌方目标，以在开始实施欺骗之前准确匹配其运行轨迹。如果你正在与敌方目标交战，已经探测到了目标并正在对其实施跟踪，那么完全可以采取一些较欺骗更为简单的方式来对付它，例如直接将其击落。”

军用GPS的可靠性

费舍尔指出，军用接收机使用加密的GPS信号来确保其正在接收的信号是可信的，因此，如果无法欺骗接收机，它们就是可靠的。

然而，普遍存在的一种误解是一部可靠的军用GPS接收机是不会受到干扰的。费舍尔补充说：“干扰加密的信号也非常容易。因为来自卫星的信号极其微弱，甚至只要有一台功率在1瓦特到10瓦特的干扰机，就能够影响大片区域内军用和民用信号的GPS覆盖情况。”

美军正在推动从当前的SAASM技术向较新型的M码加密技术转型。费舍尔表示，“这就提供了一些抗干扰能力更强的措施，但是敌方会很容易实现较高的干信比，M码将不能缓解干扰问题。”

Spectracom公司研制的SecureSync是一种安装在GPS时间服务器中的SAASM GPS接收机，它具有能在GPS中断时运行的备份原子钟。

由于总是会存在漏洞，因此工业界正在设计相关系统以提供尽可能强大的防护能力。西蒙表示，“美国政府正在向GPS改进的M码系统投入巨额资金，原因之一就是从加密和安全的角度上来说，该系统能够大幅提高防护能力。”

在处理网络威胁和欺骗时，关键是要提供可靠的防护手段，并使用不同的冗余级别来防止并识别攻击。西蒙表示，“即使某一级别的防护失效，由于系统中加装有冗余或交叉校验嵌入系统来应对攻击（即使系统由于某些原因关闭），从而也不会致使其完全停止运行，而用户也能够对其自行恢复。这与任何试图在整个网络环境中保护自身的国家基础设施都是相似的。”

罗克韦尔·柯林斯公司是抗干扰领域的引领者，原因是抗干扰需求最初是由武器界提出的。西蒙指出，“武器需要高精度的抗干扰能力，并且需要保持这种能力直到击中最后一个目标。我认为美国国防部的最高领导层会这样说，只要天空中有人造卫星，我们就能够获得保护部队所需的抗干扰能力。”然而，总是存在一些潜在的问题，例如：卫星出于这样或那样的原因停止运行或中断服务。西蒙表示，“因此，在过去的几年里，有很多关于GPS被‘拒止’或‘受到挑战’的讨论……确实有必要确保某种备份能力以维持临时的GPS或全球导航卫星系统运行。”

最后，西蒙补充说：“终极目标将是一种可供选择的导航系统，它无所不能，将会像现如今的GPS一样普遍。这些系统目前还不存在，但是数年之后，军方将尽力研发它们。”

GPS“智能”天线技术

传统的GPS天线拥有半球形视野，因此能够探测整个天空并同时接收多达12颗卫星以确定最优的导航方案。费舍尔解释道，“对任何干扰，‘智能’天线都能够对准卫星聚焦多条窄波束，当窄波束在空中经过时对其加以跟踪，但在天线不接收信号的区域指向零点。这些设备大幅提高了干扰情况下GPS的接收能力，但较之传统天线来说其价格更贵、体积更大。”

据费舍尔称，电控定向天线是“抗干扰的最佳方法”，它们也被称之为“可控接收方向图天线”（CRPA）或“智能”天线。

西蒙指出，过去使用的是固定接收方向图天线（FRPA），但如今“用户正在转向多单元可控接收方向图天线。过去几年来，我们使用的是固定接收方向图天线和四单元可控接收方向图天线，但一些更加复杂的系统正在开始使用具有更多单元的天线。这就意味着灵活性更强或处理信号环境的自由度更大，而这与被跟踪信号的数量或试图压制的干扰机数量有关。”

西蒙补充道，随着世界范围内多单元可控接收方向图天线发展水平的提高，它“正在提升与更加复杂GPS接收机的可互操作性，这些接收机具备先进的抗干扰能力，能够跟踪更多的信道。”

天线技术发展进步的另一领域则体现在其尺寸、重量和功率（SWaP）方面。西蒙表示，“在某些情况下，我们已经能够预见天线以及天线电子组件在未来集成安装的潜能。过去，比较复杂的天线电子组件不是被安装在GPS板上，就是被安装在独立的天线电子组件单元上。但在极个别情况下，我们现在甚至发现天线电子组件被直接集成安装在天线上。因此，任何特定集成商或特定用户现在开始集成上述能力时，就会发现其灵活性已出现了细微的变化。”

导航的未来发展

目前，GPS正在经历几个方面的转变，其中包括引入国际卫星星座，从SAASM向M码转变，以及寻求能够增强GPS能力的技术等。

那么，导航的未来发展何去何从？西蒙表示，随着全球导航卫星系统的推进，“通过观察其他星座的信号（信号可用性、交叉校验）并使用这些额外的信号确保系统的鲁棒性，将会获益匪浅。”

从SAASM向M码的转型工作正在稳步推进之中，其已经接近研发的最后阶段，而武器界正试图解决如何将M码纳入其系统以到2018财年完成转型工作。

在导航系统的未来发展方面，根据用户和平台的不同，可能还会有其他配套技术对其加以支持。西蒙指出，“将会有明确的GPS和全球导航卫星系统辅助级别，这可能会涉及定位其他星座或最高级别的惯性导航，又或者涉及极为强大的授时能力……根据用户的不同以及用户使用GPS具体用途的不同，防护和辅助的级别就各不相同。

西蒙指出，无论是专用于导航、定位、目标瞄准、传感器支援或授时支援，还是用于上述所有功能，这些设备“可能控制不同类型的传感器和能力，但其共同之处都是GPS。”

据费舍尔称，未来几乎所有移动的物体都将安装GPS接收机。“这是因为信号覆盖了全球，接收机的价格低廉，且精确性最高。但GPS接收机两个最大的缺点就是，信号微弱易受干扰以及在室内无效。”

费舍尔表示，他还设想导航未来的发展趋势是GPS与其他备选方案的混合体。他指出，“微机电系统（MEMS）技术大幅提高了惯性测量装置的精确性，而其造价仅是传统设备的几分之一，这种技术为惯性导航系统带来了革命性变革。此外，图像处理能力正在飞速发展，这令视觉识别系统切实可用。”

费舍尔指出，雷达和激光雷达系统“正在紧跟毫米波射频半导体和光电技术的进步向前推进，目前驾驶辅助和无人驾驶汽车制造工业正在推动这些技术向前发展。‘众包’导航是新兴的理想智能手机技术，运用该技术，网络中的设备在不知道其方位的情况下能够通过与可能知道自己方位的其他众多节点通信而推断出其方位，然后通过无线电传输延迟测量与其他节点的近似距离。”

Spectracom公司正在利用所有这些技术打造综合导航系统。费舍尔指出，“我们的任务是简化向用户的系统集成PNT技术，因此，我们将在解决方案中运用上述所有的技术，而不仅仅是GPS。”

本文信息来源，国际电子战

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