
利用卫星导航系统,在分布广阔的地域内,实现精确定位和授时是目前最经济、最便利的方法。
这也是卫星导航(包括GPS、北斗、GLONASS、伽利略等)得到普遍应用的原因。
民众对卫星导航最广泛、最直接的了解,来源于手机导航、车载导航仪。
实际上,我们的日常生活也与卫星导航系统密切相关。
比如,在我们现在离不开的电力系统中,几乎所有的发电厂、变电站都利用卫星导航系统授时,来保障系统的正常运行。还有移动通信系统、交通系统、证券系统等等,也都在利用卫星授时。
可以说我们现在的日常生活,对卫星导航的依赖是非常大的。
不论是定位还是授时,地面的接收机,都必须利用天线,接收来自高出地球表面2万公里的导航卫星发出的无线电波,这些无线电波经过远距离传输,到地球表面时都很微弱。接收机正常定位及授时时,需要接收来自不同方向多个导航卫星的信号,接收天线波束都很宽,几乎就是一个全向天线,可以接收来自周围各个方向的无线电信号。微弱的卫星信号和接收天线宽波束这种特性,注定了卫星导航会面临两大安全性方面的问题:干扰及欺骗。
所谓干扰,指其它无线电辐射源辐射的信号,如果在卫星导航信号频带内或频带附近,同时其功率足够强时,将掩盖来自卫星的信号,使接收机无法正常接收卫星信号来定位及授时。
所谓欺骗,指实施欺骗的人,产生一个在信号格式上与真实导航卫星信号完全相同,但内部数据不同的假信号发送给接收机,或者把从导航卫星接收到的信号,经过一定时间的延时,再重新播发给接收机,接收机把这些假信号当成真信号使用,得到错误的位置和时间。
从产生的机制上看,干扰可能是有意而为,也可能是无意中产生的,欺骗则必定是有意而为。
【实施干扰和欺骗的影响范围有多大呢?】
这要看是谁在实施干扰或欺骗。从技术层面上讲,干扰或欺骗源的作用范围,取决于其发射功率和所处位置(主要是高度),干扰或欺骗源发射功率越大,高度越高,作用范围越大。
实施干扰和欺骗的主体可以分为两大类:
一类来自于民间的黑客;
另一类则来自于政府或军队的电子战部门。
受各种条件限制,黑客施放干扰或欺骗的发射功率一般不大,载体多为汽车、便携式设备、运载能力较低续航时间较短的无人机,其影响范围较小。
电子战部门则可以动用大功率发射机,高空远程飞机甚至卫星实施干扰或欺骗,其影响范围远远大于黑客。
在和平时期,电子战部门一般不会出动,反而是黑客们更容易进行干扰或欺骗,但是也不能排除敌对国家或势力的电子战部门以黑客的方式进行干扰或欺骗。
【干扰和欺骗哪个的危害更大呢?】
这要先看看接收机被干扰或欺骗后的表现。
被干扰后,接收机会在输出信息中标识定位及授时结果无效,或者无法定位。
被欺骗后,接收机会标识定位及授时正常,但输出的位置和时间却是错的。
所以,欺骗,危害更大。
【定位,被欺骗;授时,被欺骗。哪个的危害更大?】
这要从定位信息和授时信息的使用场合和使用特点来分析。
定位信息,一般在移动载体上,单个用户使用,使用者之间的关联度不高,最重要的是在绝大多数使用定位信息的场合(如导航),都有人的参与,偏差太大的定位信息很容易被人发现,即使没有被发现也只是影响单个或少数用户。
授时信息,一般在电力、通信、交通、金融、证券等行业应用。而这些行业用卫星授时的最重要的目的,是实现分布极其广阔的多个设备之间精确的时间同步(同步精度微秒量级)。授时信息由各种设备直接使用,几乎没有人能够直接参与到这些设备对时间信息的使用过程中。从授时信息的使用特点可以看出,利用卫星授时,主要是要解决系统内部各个设备的精确同步问题,这些系统都是很庞大很复杂的系统,设备本身对授时信息是否正确极难作出判断。如果系统中少数或个别设备的时间因受到欺骗而产生错误,很可能会引发系统性故障,如大面积的停电或通信中断,其社会危害是相当大的。
所以,授时被欺骗的危害远远大于定位被欺骗的危害。
【GPS和北斗民用信号在抗欺骗上有无区别?】
由于GPS和北斗卫星导航系统的民用信号都是公开的,并且不太复杂。欺骗方,的确能够以很低的成本产生欺骗信号。
在面对欺骗信号时,普通的没有采用任何抗欺骗措施的北斗民用接收机和GPS接收机一样,没有任何区别,都会被欺骗。
但,这仅仅是,在“路不拾遗,夜不闭户”的年代,咱家没上锁罢了。
【GPS和北斗民用接收机能抗欺骗吗?】
我们的研究早就发现,卫星导航信号同卫星通信及其他通信信号相比,有很多相似之处,但也有其特殊的地方。
利用这些特殊的地方,仅仅依靠GPS或北斗卫星导航信号,接收机就可以具有很强的抗欺骗能力。
采取措施后,仅利用卫星信号的GPS和北斗民用接收机,都能抗欺骗。
也就是说,手段是有的,现在还没上而已。
