【报告精选】GNSS脆弱性及其保护

处于关注焦点的抗干扰和反欺骗开发活动

2017年11月，第一届伽利略用户大会在马德里举行，作为跨应用部门用户需求的共同主题，脆弱性防御保护的重要性成为关注的焦点。

干扰仍然是一大挑战

在源头上，发射出的GNSS卫星信号功率相当于一个40瓦的灯泡。穿梭20000公里后，到达地球的信号非常微弱，对干扰非常敏感。即使GNSS波段中的毫瓦级干扰也能够对几百米范围的GNSS接收形成干扰，而eBay上几欧元的廉价干扰设备正是以此为目的。因此，克服干扰影响仍然是一项关键挑战。更复杂的干扰设备不仅影响所有的GNSS频率，还会干扰移动电话和Wi-Fi频率，从而抑制范围内的所有无线电通信，使应急措施的实施变得更加困难。

干扰监测

为了抑制这种非法干扰设备的使用，许多政府与科研和学术机构正在开发可部署在关键或敏感领域的跨界监测系统。其目的在于确定和识别干扰机类型以及若干其它参数（干扰持续时间、功率等）。这些系统帮助绘制和记录干扰事件，不仅对主管机构有用，对运营商来说也是一种强有力的增值服务。

此外，为了增强GNSS接收机的鲁棒性，欧盟的GNSS无线电设备指令（RED-2014/53/EU）规定，在欧盟销售的所有接收机都须具有一定的抗带外干扰能力。

欺骗——一种新出现的威胁

欺骗使用类似GNSS信号的欺骗接收机，使其计算出错误的位置、速度和/或时间。尽管GNSS信号规范是开放的，但长期以来，欺骗一直被认为是难以实施的，只有政府组织才有可能实现这种操作，因为产生可信的虚假信号需要相当多的资源。最近，随着低成本USRP（通用软件无线电外围设备）的出现，在软件中可以生成类似GNSS的信号，然后以GNSS波段传输。一个简单的价值5欧元的USB至VGA适配器就可以使用互联网上可用的开源软件来欺骗GPS L1信号。 

GNSS欺骗设备成本演进过程

使用不同技术缓解信号的脆弱性

干扰削弱

过去几年，为了克服干扰挑战，人们付出了巨大的努力，从而开发出若干技术。

第一种方法是在接收机RF前端配置滤波器组（在时域或频域）以去除伪信号。这些技术的效率取决于干扰源的性质以及用于过滤的计算资源（和成本）。连续波（Continuous Wave,CW）干扰可以通过低成本的滤波（如陷波滤波器）很容易地去除。另一方面，线性调频信号干扰器（常用于车载GNSS干扰器）更难以对付，因为这些类型的设备会波及较大的波段。

另一种方法是避免从天线层面接收到干扰信号。考虑到主要的威胁是从地面发射的干扰设备，这种方法的想法是使用具有特定类型的天线，这类天线仅接收来自天空的信号，或者能够将类型控制在来自干扰信号被检测到的方向的空信号。然而，这些技术成本高昂，并且只在GNSS具有关键作用的应用中使用。最后，尽管干扰的消除很难，但对它进行检测还是比较容易的（例如，使用自动增益控制监测）。

最后一个解决方案是设计一个实施应急措施的系统，以便在检测到GNSS干扰时能够切换到补充解决方案。

欺骗削弱

为了应对这种威胁，GNSS界开发出若干种技术，以便在接收机和系统级别击败GNSS欺骗。这些技术包括通过监视信号度量来检测伪造信号（信号功率、时间不一致等）中的缺陷的欺骗检测，或者内置GNSS系统防御解决方案的实施方案，例如伽利略目前部署的开放服务导航电文认证（OS-NMA）机制。

然而，这些技术大多只能检测到欺骗，而不能避免欺骗。对抗欺骗的最终解决方案是要提供一种避免伪造错误信号的方法。这可以通过在伽利略信号认证服务（SAS）中加密整个GNSS信号来实现。

提高PNT弹性

许多国家和行业参与者均已将提高PNT弹性提上议程。目前调查的主要领域有：

INS-惯性导航系统（Inertial Navigation System），由运动传感器（加速度计、陀螺仪和磁力计）组成，用于确定平台的绝对运动。利用这些信息和掌握的最后定位情况，可以使用航位推算对欺骗或干扰检测之后的平台位置、速度和时间进行估计。

SOP-机会信号（Signal of Opportunity）定位，包括使用非GNSS信号（AM/FM无线电、蜂窝、数字电视、蓝牙、Wi-Fi等）对GNSS和INS加以补充。研究表明，在紧密耦合的GNSS/SOP/INS系统中，SOP伪距的融合比传统紧密耦合的GNSS/INS框架具有更好的导航效果。

补充系统-使用其它补充PNT系统开发的不同技术（如eLoran或STL）可以提高一些应用的弹性。

本文转自 北斗时空

如需转载，请注明出处！