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特約專稿:從南京衛(wèi)星導航服務(wù)異常事件看衛(wèi)星導航安全性

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衛(wèi)星導航系統(tǒng)作為信息社會重要的基礎(chǔ)設(shè)施,為全球用戶提供全天候、高精度的定位、測速和授時服務(wù),在電力、交通、通信、金融和國防等諸多領(lǐng)域以及個人生活方面都有著廣泛應(yīng)用。近年來,衛(wèi)星導航干擾事件頻發(fā),其安全性問題越發(fā)引起人們的關(guān)注和重視。

2025年12月17日下午,南京主城部分區(qū)域出現(xiàn)手機、車載導航、無人機等定位位置異?,F(xiàn)象,網(wǎng)友在網(wǎng)上發(fā)布了大量相關(guān)信息:有人駕車在河西行駛,車載導航瞬間轉(zhuǎn)移到郊區(qū)湯山道路;有人在新街口逛街,手機地圖卻顯示在玄武湖里劃水;有人在河西家中,手機地圖卻定位到了鎮(zhèn)江;無人機已墜機,地圖卻顯示無人機仍在全速飛行十幾千米。另外,還引起網(wǎng)約車派單異常(如“1萬千米市區(qū)單”)、外賣配送延誤、共享單車定位錯誤無法鎖車等問題,引發(fā)社會廣泛關(guān)注,部分網(wǎng)友不解其根源,甚至產(chǎn)生恐慌。

01

現(xiàn)象分析

根據(jù)目前網(wǎng)上的公開信息與衛(wèi)星導航系統(tǒng)工作原理,本次衛(wèi)星導航服務(wù)異?,F(xiàn)象可歸因于人為實施的衛(wèi)星導航欺騙式干擾,具體分析如下。

干擾方式分析:欺騙為主,壓制為輔

用戶普遍反饋定位信息嚴重錯誤,而非信號失鎖無法定位,這符合欺騙干擾的典型特征。需特別指出,為實現(xiàn)對大范圍已正常工作的衛(wèi)星導航接收機(以下簡稱接收機)進行“接管”,欺騙干擾方常采用“壓制-欺騙”混合干擾策略:先以壓制干擾迫使接收機失鎖,再引導其捕獲并跟蹤偽造的導航信號。因此,雖現(xiàn)象以欺騙為主,但不排除在初始階段(或全程)伴隨著壓制干擾。

干擾源布設(shè)分析:高處部署

考慮到南京主城區(qū)高樓林立,對無線電信號遮擋嚴重。若干擾源位于地面,其有效作用距離將極為有限。從觀測到的大范圍影響,推斷干擾設(shè)備極有可能部署于高處,如高層建筑頂端或低空平臺(如無人機),以獲取更開闊的傳播路徑。

發(fā)射功率分析:超標發(fā)射

根據(jù)《中華人民共和國無線電管理條例》及相關(guān)技術(shù)標準,民用導航誘騙設(shè)備發(fā)射功率通常限制在≤10dBm(10mW),有效作用半徑一般≤3千米。本次事件影響范圍及效果表明,該干擾源的實際發(fā)射功率遠超法規(guī)限值。

干擾頻段分析:針對導航主用頻段

當前智能手機及車載設(shè)備的定位芯片普遍為多模多頻設(shè)計,可同時接收北斗、GPS、GALILEO、GLONASS等多個系統(tǒng)的信號。若僅單一導航系統(tǒng)信號異常,芯片的融合算法可以將其剔除,保障定位輸出正常。本次多品牌設(shè)備普遍“中招”,表明干擾可能針對了芯片最依賴的民用頻段,即北斗系統(tǒng)的B1I頻點(1561.098MHz)與GPS系統(tǒng)的L1 C/A頻點(1575.42MHz)。因此有網(wǎng)友抱怨北斗不能用,其實GPS也未幸免,GPSJAM網(wǎng)站干擾監(jiān)測數(shù)據(jù)可佐證,當然還可能對全頻段都進行了干擾和欺騙。


12月17日中國東部地區(qū)GPS干擾監(jiān)測結(jié)果

干擾策略分析:動態(tài)拉偏誘騙

從定位結(jié)果動態(tài)變化分析,該干擾源并非簡單地將誘騙位置“釘”在某一固定錯誤點,而是采用了“漸進式拉偏”策略。這是無人機反制場景常用手段,通過緩慢、連續(xù)地修改偽距和導航電文,使靜止用戶的定位點看起來在持續(xù)移動。這種策略隱蔽性強,不易被接收機的完好性監(jiān)測算法等機制察覺,極易誘導依賴導航定位的應(yīng)用程序(如網(wǎng)約車、地圖導航)做出錯誤判斷,譬如人在家中坐,卻在玄武湖里劃水現(xiàn)象。

此次大面積欺騙干擾事件是國內(nèi)外首例嗎?

此次事件并非國內(nèi)外首例,近幾年國內(nèi)無人機反制干擾和誘騙設(shè)備的大量應(yīng)用導致手機和車載導航定位出錯、無人機墜機等事件常見報道,只是還未發(fā)生過像此次覆蓋地域范圍這么廣,定位偏差這么大,持續(xù)時間這么久,影響這么深的事件。

處于戰(zhàn)爭沖突地區(qū)此類事件早已屢見不鮮,據(jù)美國《華爾街日報》網(wǎng)站2024年4月4日報道,以色列特拉維夫的市民4日早晨醒來時,困惑地發(fā)現(xiàn)自己手機地圖軟件將他們 位置 定位到了特拉維夫以北約200 千米 的黎巴嫩首都貝魯特,出租車司機也無法使用導航,外賣送餐應(yīng)用程序暫時停止服務(wù)。報道指出,出現(xiàn)上述情況的原因是因為該國正在準備應(yīng)對伊朗或與其結(jié)盟的民兵組織可能因伊朗駐敘利亞大使館建筑遭空襲進行的報復,以色列軍方正在發(fā)射GPS欺騙干擾信號。

02

干擾原因和干擾類型

易被干擾原因

由于目前導航衛(wèi)星軌道高度基本在2萬千米左右(靜止軌道導航衛(wèi)星高度在3萬6千千米左右),其信號到達地面時的功率很低,在-160dBW左右(信號強度相當于2萬千米外幾十瓦燈泡發(fā)出的光),因此地面僅需毫瓦級功率的小型干擾機,就能在幾千米局部區(qū)域完全淹沒真實衛(wèi)星信號,另外民用導航信號體制公開的設(shè)計初衷是最大限度地保證全球用戶都能免費、便捷地使用,這種“公開”帶來的雙刃劍效應(yīng),同時也為偽造和欺騙提供了可能。

干擾類型

導航干擾主要分為壓制干擾和欺騙干擾。

壓制干擾通過發(fā)射大功率噪聲直接壓制真實信號,導致接收機無法正常接收衛(wèi)星導航信號,致使定位、授時與測速等服務(wù)中斷。壓制干擾樣式包括:連續(xù)波、掃頻連續(xù)波、帶限高斯白噪聲、窄帶/寬帶調(diào)頻等相關(guān)干擾,篇幅原因這里不做詳細分析。

欺騙干擾通過偽造與真實衛(wèi)星導航信號高度相似的信號,誘導接收機捕獲并跟蹤,從而在接收機無感知的情況下輸出錯誤的定位、時間或速度信息。欺騙干擾進一步又分為轉(zhuǎn)發(fā)式、生成式及入侵式三類。

轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙:將接收到的真實衛(wèi)星信號進行延時、放大而產(chǎn)生的欺騙信號。

生成式欺騙:不依賴于真實衛(wèi)星信號,一般利用衛(wèi)星導航信號模擬器產(chǎn)生的欺騙信號。

入侵式欺騙:一種特殊的生成式欺騙信號。該欺騙信號在開始施放時與當前能夠接收到的各導航衛(wèi)星信號在時間上同步,功率一般略大于真實導航衛(wèi)星信號,所模擬的衛(wèi)星星歷與真實導航衛(wèi)星相同,能讓接收機不經(jīng)捕獲直接接收的欺騙信號。

03

導航干擾有哪些后果

欺騙干擾會導致接收機輸出錯誤的定位、時間或速度信息,在依賴導航服務(wù)的現(xiàn)代社會中引發(fā)連鎖反應(yīng),甚至導致局部或全部癱瘓。相比之下,壓制干擾只是導致接收機無法正常接收衛(wèi)星導航信號,中斷衛(wèi)星導航服務(wù),盡管其效果直接,但通常容易被察覺,影響也沒欺騙干擾嚴重。這里重點分析欺騙干擾可能引發(fā)的后果。

基礎(chǔ)設(shè)施

電力系統(tǒng):電網(wǎng)的同步相量測量單元、電子合并單元、故障定位系統(tǒng)等依賴衛(wèi)星導航提供統(tǒng)一時間基準,欺騙干擾導致電網(wǎng)時間錯誤,可能引發(fā)保護誤動作,連鎖跳閘,甚至大面積停電。

通信網(wǎng)絡(luò):4G/5G移動通信基站、衛(wèi)星通信地面站、廣播電視發(fā)射臺需通過衛(wèi)星導航實現(xiàn)高精度時間和頻率同步。欺騙干擾使基站或發(fā)射臺的時頻同步錯誤,會導致通話質(zhì)量下降、數(shù)據(jù)傳輸丟包、通信中斷甚至通信網(wǎng)崩潰。

金融交易:股票交易、銀行結(jié)算、區(qū)塊鏈等證券結(jié)算領(lǐng)域依賴高精度時間戳確保交易順序和不可篡改,欺騙干擾導致時間戳錯誤,可能引發(fā)交易糾紛,甚至金融市場動蕩。

交通運輸:民航飛機依賴衛(wèi)星導航進行精密進近、航路導航和防撞預(yù)警(如ADS-B),欺騙干擾可能導致飛機偏離航線、高度誤判,引發(fā)空中碰撞風險;無人機依賴衛(wèi)星導航進行航線規(guī)劃,欺騙干擾可能導致無人機碰撞障礙物炸機或墜機;船舶依賴衛(wèi)星導航進行航線規(guī)劃、避碰和港口靠泊,欺騙干擾可能導致船舶迷航、碰撞港口設(shè)施或其他船只,尤其在狹窄航道或惡劣天氣下風險劇增;欺騙干擾還會導致無人駕駛車輛定位漂移,路徑規(guī)劃錯誤,可能引發(fā)交通事故。

國防軍事

衛(wèi)星導航系統(tǒng)是現(xiàn)代國防軍事設(shè)施的“神經(jīng)中樞””和“力量倍增器”。它的重要性已從單一的定位工具,演變?yōu)樨灤┣閳?、指揮、打擊、評估全鏈條的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施。欺騙干擾可導致精確制導武器失靈、通信網(wǎng)絡(luò)崩潰、部隊協(xié)同混亂等后果。

社會秩序

依賴定位授時的服務(wù)(如外賣、快遞、網(wǎng)約車、共享單車和移動支付等)全面癱瘓,將導致城市生活節(jié)奏混亂,引發(fā)公眾對數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的普遍不信任以及公眾恐慌。

04

如何應(yīng)對干擾威脅

對于大眾而言,使用專業(yè)的抗干擾設(shè)備應(yīng)對干擾威脅既不現(xiàn)實也沒有必要,但了解風險并掌握一些基本的干擾知識和應(yīng)對策略,可以最大程度地保護自身安全和利益。人們在手機(包括各種需要定位信息的各類App)或車載導航出現(xiàn)以下異?,F(xiàn)象時,應(yīng)提高警惕,重啟設(shè)備后也無效(周圍設(shè)備也存在類似情況),這可能意味著受到了干擾或欺騙。

在室外無遮擋環(huán)境下突然“衛(wèi)星信號弱”或無法定位,大概率附近存在壓制干擾。

定位突然嚴重漂移,靜止時定位點在地圖上亂跳或持續(xù)緩慢移動,時間顯示突然跳變,大概率附近存在欺騙干擾。

出現(xiàn)上述情況時,可以采用以下應(yīng)對措施。

利用地形與建筑遮擋:多數(shù)地面干擾源采用定向天線,其輻射能量具有顯著方向性。可迅速靠近高大建筑物、山體等遮蔽物邊上進行觀察。此類障礙物能有效衰減干擾信號強度,從而可能使設(shè)備暫時恢復正確衛(wèi)星信號捕獲。除非干擾源來自空中(如無人機)或功率極大,此舉通常有效。

快速脫離影響區(qū)域:根據(jù)國家相關(guān)法規(guī),民用無人機反制等設(shè)備的有效作用半徑通常被限制在3千米左右。因此,最直接有效的措施是迅速駕車或移動至3千米范圍以外。通常脫離核心區(qū)域幾百米后,由于干擾信號衰減衛(wèi)星定位授時即可逐步恢復正常。

應(yīng)對此類情況,首要原則是保持冷靜、確保安全??上壤铆h(huán)境進行遮蔽和判斷,若條件允許,最徹底的方法是盡快脫離可疑區(qū)域。

對于專業(yè)的接收機而言,國內(nèi)科研人員歷經(jīng)十余年持續(xù)攻關(guān)與技術(shù)積累,在抗干擾與抗欺騙技術(shù)領(lǐng)域形成了較為成熟、自主可控的解決方案。

制干擾應(yīng)對措施

自適應(yīng)調(diào)零天線抗干擾技術(shù)是目前最有效的抗壓制干擾手段,能夠針對正在變化的信號環(huán)境自動調(diào)節(jié)調(diào)整天線波束的零點位置,使之對準干擾信號來向,并通過降低天線波束旁瓣電平實現(xiàn)干擾信號的有效抑制,同時保證天線主瓣波束(指向有用信號方向)輸出始終處于最佳狀態(tài),從而保證接收機繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號,保持正常導航服務(wù)。

欺騙干擾應(yīng)對措施

盡管欺騙干擾信號在載波頻率、碼片速率、調(diào)制方式、擴頻碼碼型、電文格式等方面與真實信號相同,但它與真實信號相比仍然存在一定差別,否則就達不到欺騙干擾的目的。

欺騙干擾識別有很多方法,從基本原理上可分為基于加密算法和基于物理規(guī)律兩大類。

基于加密算法識別的核心思想是“密碼學認證”,接收機通過對衛(wèi)星信號中包含加密的、不可偽造的身份信息,來判斷信號真?zhèn)?。一種譬如GPS的P(Y)碼和M碼、北斗的軍碼等軍用加密信號,這些信號采用高強度的加密技術(shù),民用接收機無法解碼,而軍用接收機通過密鑰驗證信號的合法來源;另外一種譬如GALILEO·導航系統(tǒng)的導航電文認證(OS-NMA服務(wù)),它在公開導航電文中加入了數(shù)字簽名,任何接收機均可驗證電文是否由官方授權(quán)發(fā)布,從而防止電文篡改。不過從國內(nèi)外公開研究文獻成果看這兩種方法很難對抗轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾。

基于物理規(guī)律的方法,其本質(zhì)是利用物理規(guī)律對信號進行識別,導航衛(wèi)星信號與其他信號不同,導航衛(wèi)星信號中攜帶了衛(wèi)星運動的軌跡信息和衛(wèi)星上的時間信息。衛(wèi)星運動軌跡嚴格體現(xiàn)了力學規(guī)律,衛(wèi)星不可能無規(guī)律地運動。衛(wèi)星上的時間也必然是均勻、連續(xù)及單向流逝的。在接收衛(wèi)星信號過程中,也有很多物理規(guī)律直接影響到接收信號的參數(shù)。如多普勒頻移、電波傳播損耗和速度、電子元器件產(chǎn)生的熱噪聲、電波到達角度等。這些物理規(guī)律作用的效果可以精確測算并且具有一個合理范圍。只要是來自導航衛(wèi)星的真實信號,必然會在多個維度同時與這些物理規(guī)律相吻合。

不過衛(wèi)星故障時偽距突變或?qū)Ш诫娢腻e誤以及多徑信號存在時,與欺騙干擾信號存在的情況具有高度的相似性,很容易造成虛警。因此采用物理規(guī)律識別方式,需排除衛(wèi)星故障及外部環(huán)境對相關(guān)參數(shù)檢測的影響。

05

結(jié)語

此次事件給我們敲響了警鐘,這是一次具有標志性意義的“壓力測試”,它尖銳地暴露了我們過去幾十年在享受衛(wèi)星導航技術(shù)紅利的同時,長期忽視的系統(tǒng)性風險和基礎(chǔ)設(shè)施韌性問題。此次事件應(yīng)成為推動系統(tǒng)性變革的契機,個人建議可以從以下幾個方面著手。

加強知識普及和法規(guī)體系建設(shè)

社會大眾乃至許多行業(yè)從業(yè)者,對衛(wèi)星導航的脆弱性普遍缺乏基本認知。應(yīng)啟動公共安全教育,讓行業(yè)和大眾了解衛(wèi)星導航服務(wù)可能失效,并建立基本應(yīng)對預(yù)案。同時,加強無線電管理法規(guī)對欺騙干擾在法律定性、取證、溯源和懲處。建立相關(guān)標準,對國家關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施(如電力、交通、通信和金融等)所使用的衛(wèi)星導航設(shè)備,要求其具備防欺騙功能,并需通過相關(guān)檢測認證。

建立導航干擾監(jiān)測與應(yīng)急響應(yīng)機制

建立國家級的衛(wèi)星導航干擾監(jiān)測平臺,對全國主要區(qū)域的衛(wèi)星導航干擾信號進行全天候監(jiān)測、分析和預(yù)警。制定完善的衛(wèi)星導航安全應(yīng)急預(yù)案,一旦發(fā)生嚴重干擾,能夠及時告警、快速溯源以及物理清除。

加快構(gòu)建綜合時空信息服務(wù)體系

以衛(wèi)星導航為核心,將其他導航與授時技術(shù)(如慣性導航、長波授時等)進行深度融合,構(gòu)建一個彈性、可靠、連續(xù)且可信的國家綜合PNT體系。解決單一衛(wèi)星導航系統(tǒng)固有的脆弱性(信號弱、易受干擾、遮擋環(huán)境下不可用),確保在衛(wèi)星導航服務(wù)降級、中斷或被欺騙時,關(guān)鍵應(yīng)用仍能獲得滿足精度和完好性要求的時空基準服務(wù)。

技術(shù)的進步永遠伴隨著新的安全挑戰(zhàn),我們必須正視衛(wèi)星導航系統(tǒng)的脆弱性,通過技術(shù)創(chuàng)新、體系建設(shè)和意識提升,為社會和經(jīng)濟構(gòu)建一個更加安全、可靠、有韌性的時空信息服務(wù)體系。這既是國家安全的必然要求,也是現(xiàn)代社會平穩(wěn)運行的基石。

作者簡介

徐榮,南京郵電大學通信與信息工程學院副教授,獲省部級科技進步二等獎2項,三等獎2項,出版專著1本,在期刊會議上發(fā)表論文20多篇,受理專利10余項,參與制定多項國標和國軍標,長期從事衛(wèi)星導航定位授時、時頻信號檢測導航對抗等領(lǐng)域教學和科研工作。

肖甫,南京郵電大學黨委常委、副校長、教授、博士生導師,長期從事傳感器網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域的教學和科研工作。

張更新,南京郵電大學通信與信息工程學院教授、博士生導師,衛(wèi)星通信研究所所長,長期從事衛(wèi)星通信、空間信息網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星導航與測控等領(lǐng)域的教學和科研工作

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