衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性評估與對策

●　文|北京空間科技信息研究所　劉春保

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性評估與對策

●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)濟發(fā)展的助推器，在保障國家安全與促進經(jīng)濟發(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間、任何地點、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)的國家基礎(chǔ)設(shè)施的安全、高效、穩(wěn)定運行面臨嚴(yán)重威脅。美國國土安全部、運輸部、英國皇家工程院等眾多政府部門、研究機構(gòu)均對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性進行了系統(tǒng)的評估，并提出了相關(guān)的對策措施。本文綜合國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性評估結(jié)果，闡述衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的脆弱性與對策供參考。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 脆弱性 評估 對策

一、概述

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

局限性是指受物理遮蔽的影響，衛(wèi)星導(dǎo)航用戶無法使用衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。其原因為：微弱的衛(wèi)星導(dǎo)航信號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)航信號功率過低，以及無線電信號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，局限性并不能對衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的應(yīng)用構(gòu)成威脅。因此，國外的衛(wèi)星導(dǎo)航評估均以脆弱性為主要內(nèi)容，且對脆弱性的影響及衛(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。

美國是全球最早開展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性評估的國家，隨著美國社會、經(jīng)濟發(fā)展對衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)依賴性的提高，目前美國衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性的研究、評估重點已經(jīng)轉(zhuǎn)為對國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施運行的影響、對策與緩解措施方面。

二、國外衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性研究

國外的評估均將衛(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)航信號功率。與移動通信的信號接收功率相比，衛(wèi)星導(dǎo)航信號的接收機功率低100～1000萬倍，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)與移動通信系統(tǒng)信號功率對比

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

1）系統(tǒng)相關(guān)的脆弱性（包括信號與接收機）；

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，無法獨立提供衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。

（2）運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)航信號所包含的數(shù)據(jù)與信息一般由運行控制段上傳至衛(wèi)星，包括時鐘預(yù)測數(shù)據(jù)、星歷與軌道預(yù)測數(shù)據(jù)等。如果運行控制段上傳至衛(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。

（3）衛(wèi)星星鐘跳秒或漂移

星上時間的精確同步與星上原子鐘時間的精確預(yù)報是時間測距衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供精確定位導(dǎo)航授時服務(wù)的基礎(chǔ)。星上原子鐘出現(xiàn)跳秒或漂移將使該衛(wèi)星的時間不可預(yù)測，從而導(dǎo)致服務(wù)風(fēng)險。2004年1月1日，GPS衛(wèi)星SVN-23（1顆GPS-2A衛(wèi)星）出現(xiàn)時間漂移，控制中心在3小時后才將其設(shè)置為不健康。在這一時間段內(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）壞的信號波形

如果星上信號調(diào)制或信號生成過程出現(xiàn)問題，衛(wèi)星將播發(fā)不健康的信號，并在接收機端引發(fā)不可預(yù)知的結(jié)果，引發(fā)嚴(yán)重的風(fēng)險。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，使空間信號用戶測距誤差達到了8m；2009年3月發(fā)射的首顆裝備L5信號設(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)致接收機會產(chǎn)生很大的誤差。

圖1　GPS系統(tǒng)運行控制段全球布站情況

（5）針對運行控制段的攻擊

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運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。

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

（6）運行控制段升級

運行控制段系統(tǒng)升級或更新是衛(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。運行控制段系統(tǒng)升級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)運行控制段的升級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)的正常運行。從美國空軍在GPS系統(tǒng)運行控制段現(xiàn)代化改造采取的循序漸進、穩(wěn)步提升、小增量改進的策略，我們即可看出運行控制段升級與更新所面臨的巨大風(fēng)險。即使如此，GPS系統(tǒng)也曾多次發(fā)生因運行控制段升級引發(fā)的問題。2007年4月，美國空軍將第32顆工作星引入GPS星座，然而由于部分接收機的設(shè)計只能處理31顆GPS衛(wèi)星信號，從而產(chǎn)生了無法定位的問題。2010年1月，GPS系統(tǒng)運行控制段軟件升級導(dǎo)致軍用與授時接收機不能正常工作。

（7）接收機缺陷

除軍用、航空接收機按規(guī)定需進行相關(guān)的專業(yè)測試、驗收外，大部分民用接收機僅需要通過生產(chǎn)廠商的測試即可投入使用，因而很難避免存在軟件或其他缺陷。這種缺陷會以某種方式影響接收機的性能，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、跟蹤非標(biāo)準(zhǔn)碼信號等，從而對定位導(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)航信號需要穿過大氣層、電離層才能到達位于地面、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)航信號的延遲，但這種延遲可利用對流層模型進行修正。因此，雖然對流層引入了誤差項，但對衛(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、高緯度和太陽黑子活動高峰時期對衛(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)的緩慢變化受太陽活動的影響，如地球每天1周的自轉(zhuǎn)、太陽相對地球約27天的自轉(zhuǎn)，以及約11年的太陽活動周期都將導(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系統(tǒng)或差分系統(tǒng)進行修正，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)模的擾動可能造成衛(wèi)星導(dǎo)航信號傳播路徑的變化，引發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航信號的多路徑效應(yīng)。此時，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機將接收相位和振幅快速變化的衛(wèi)星導(dǎo)航信號，如果接收機不具有足夠的魯棒性，則可能失去對信號的鎖定。在赤道與兩極，電離層閃爍事件經(jīng)常發(fā)生，有時影響范圍較大。2003年10—11月，因太陽風(fēng)暴的影響美國廣域增強系統(tǒng)（WAAS）的服務(wù)曾中斷30小時。

（3）軌道環(huán)境造成服務(wù)中斷或丟失衛(wèi)星信號

當(dāng)太陽風(fēng)暴發(fā)生時（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。一般，上述事件僅引發(fā)暫時性的服務(wù)中斷，但在極端情況下，如發(fā)生超大規(guī)模的太陽風(fēng)暴或指向地球的太陽風(fēng)暴時，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)是指接收機接收到經(jīng)反射的信號，而不是衛(wèi)星直接播發(fā)的信號。造成衛(wèi)星導(dǎo)航信號反射的包括建筑物、山體等。如果接收機鎖定了反射信號，將產(chǎn)生較大的定位誤差，有時甚至可達數(shù)百米，從而引發(fā)定位風(fēng)險。

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

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

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

3.干擾的脆弱性

（1）無意干擾

產(chǎn)生無意干擾的主要原因是在衛(wèi)星導(dǎo)航信號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，還分配給了其他無線電業(yè)務(wù)，頻率分配情況如下：

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

L2頻段：雷達系統(tǒng)，航空無線電導(dǎo)航服務(wù)等；

L5頻段：航空無線電導(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，不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間也存在導(dǎo)航信號的相互干擾問題。

自GPS系統(tǒng)投入運行以來，無意干擾一直是影響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衛(wèi)星服務(wù)的頻段播發(fā)4G服務(wù)信號。

（2）有意干擾

有意干擾是一種主動干擾行為，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)航與授時服務(wù)，主要包括阻斷、欺騙和虛假信號干擾三種形式。

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)航信號接收的方式，使接收機無法正常接收、鎖定衛(wèi)星導(dǎo)航信號，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比的干擾方法，一般在非常寬的頻帶上對幾乎所有信號進行壓制，實現(xiàn)相對簡單。其缺點包括：敵我不分，在壓制敵方信號時同樣壓制己方信號，且易于偵測，并被反輻射武器摧毀等。

欺騙式干擾是一種以對衛(wèi)星導(dǎo)航信號的了解、認(rèn)知為基礎(chǔ)，使衛(wèi)星導(dǎo)航接收機難以辨別真、偽信號或因甄別真?zhèn)涡盘栐斐捎嬎愕裙ぷ髁吭黾樱瑢?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)航信號在空間的傳播特性，將收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行人為的延遲，再將信號發(fā)射出去。這種干擾不需要詳細(xì)了解衛(wèi)星導(dǎo)航信號的參數(shù)、偽碼結(jié)構(gòu)，所以方法簡單，干擾效果明顯。

虛假偽碼干擾依據(jù)對衛(wèi)星導(dǎo)航信號及其結(jié)構(gòu)的了解，擬合出符合衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收規(guī)范的偽碼，使衛(wèi)星導(dǎo)航接收機不能識別真實信號與欺騙信號，造成衛(wèi)星導(dǎo)航接收機解算出錯誤的定位、導(dǎo)航信息。虛假偽碼干擾對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有摧毀性的干擾效果，但其實現(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)航信號確切的偽碼結(jié)構(gòu)，但掌握了一種與衛(wèi)星導(dǎo)航信號相關(guān)性較大的偽碼序列。這種干擾信號對衛(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，實用性較好。

此外，按干擾方的不同，國外將有意干擾劃分為違法犯罪型干擾、紅隊干擾和藍隊干擾三種類型。

目前，違法犯罪型干擾處于不斷增長的狀態(tài)，是民用導(dǎo)航信號面臨的最大威脅。其實施者大多為偷車賊、道路通行費逃避人員、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、且影響時間較短，對GNSS的整體應(yīng)用影響較小。但當(dāng)某一區(qū)域同時出現(xiàn)多個上述干擾源時，有可能在短時間內(nèi)形成區(qū)域干擾網(wǎng)絡(luò)，對該區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)將構(gòu)成較大影響。

紅隊干擾（如恐怖分子）是針對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施等實施的有意干擾，可在多個區(qū)域同時出現(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濾波與天線設(shè)計。

藍隊干擾一般是已方人員為了應(yīng)對跟蹤威脅實施的有意干擾，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)精確授時服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施附近長時間實施時，都將對國家基礎(chǔ)設(shè)施的安全、穩(wěn)定、高效運行產(chǎn)生不利的影響。

隨著干擾技術(shù)與設(shè)備的擴散，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、發(fā)射功率100～1000W的干擾裝備，以飛機或重型卡車為平臺、發(fā)射功率10～100kW的干擾設(shè)備也呈擴散趨勢。發(fā)射功率的增加擴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)可進一步擴大干擾的有效范圍，提升干擾效果。

三、國外衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性對策

為緩解衛(wèi)星導(dǎo)航脆弱性對應(yīng)用的影響，國外主要采取從如下四個方面的措施。

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

由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)固有的脆弱性，各種有意或無意干擾已經(jīng)成為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的高效、安全、穩(wěn)定運行的嚴(yán)重威脅，甚至有可能因此導(dǎo)致社會與經(jīng)濟秩序混亂，引發(fā)嚴(yán)重的社會問題。立法保護，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。

美國認(rèn)為，針對GPS系統(tǒng)的有意與無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)一部移動干擾設(shè)備在Newark國際機場被發(fā)現(xiàn)時，處罰僅僅是沒收干擾設(shè)備。為此，2010年美國國家PNT顧問委員會建議：美國國家定位導(dǎo)航授時執(zhí)行委員會應(yīng)當(dāng)在國會發(fā)起一項立法活動，加重對非法擁有和使用GPS干擾設(shè)備處罰，提高違法成本，甚至實施監(jiān)禁；且必須建立應(yīng)對干擾行為的快速反應(yīng)與緩解機制。

2012年2月美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）發(fā)布強制性文件，將對生產(chǎn)、進口、銷售、使用或運行移動通信、Wifi和GPS等信號干擾設(shè)備的行為處以最高11.2萬美元的罰款。澳大利亞也已經(jīng)制訂了相關(guān)法規(guī)，對生產(chǎn)、進口、銷售、使用或運行GPS干擾設(shè)備的行為可處以最高10萬美元的罰款。

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，還是無意干擾，既對衛(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)成了對社會公共利益、用戶利益的損害。這種損害將隨著干擾技術(shù)的進步與干擾設(shè)備的擴散不斷加大，甚至可能危及到國防安全、經(jīng)濟發(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。一般包含兩個方面，其一，增加衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號功率；其二，增加導(dǎo)航信號數(shù)量。

信號功率過低是衛(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，信號功率的增加抬高了干擾的門坎（必須增加干擾信號功率），降低了受到干擾的可能。

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

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

偽衛(wèi)星抗干擾技術(shù)也是美國軍方緩解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性的重要選擇。2010年，DARPA曾啟動了一項名為GPX的偽衛(wèi)星導(dǎo)航計劃，計劃采用4顆部署在地面或無人機上的偽衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)增強的GPS信號，在戰(zhàn)場上空構(gòu)成一個由偽衛(wèi)星組成的“GPS星座”，即“機載偽衛(wèi)星”計劃。

美國空軍正在進行基于偽衛(wèi)星技術(shù)的LocataNET高精度陸基定位導(dǎo)航系統(tǒng)的測試，目前第一期測試已經(jīng)完成，定位精度達到厘米級，且授時與時間同步精度達到納秒級。該系統(tǒng)既可與GPS系統(tǒng)協(xié)同工作，又可完全獨立運行，提供高精度的定位導(dǎo)航授時服務(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、頻域濾波、時域濾波、時頻域濾波、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。

美國的先進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)，使美國先進軍事導(dǎo)航裝備的抗干擾能力達到了50dB。如戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈、F-14、F-15、F-18、F-22戰(zhàn)斗機、改進型聯(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＋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為首的美國先進軍事技術(shù)研發(fā)機構(gòu)正在發(fā)展微PNT技術(shù)、全源導(dǎo)航技術(shù)等旨在彌補衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的能力缺口或不足，確保在無法使用GPS的條件下仍可提供滿足需求的定位導(dǎo)航授時能力。

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

干擾源的探測、定位既是實現(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)。美國莫斯蘭?。∕oss Landing）港與紐約國際機場的GPS干擾事件的干擾源探測、定位花費了數(shù)十天的時間，顯然這樣的探測、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。

美國國家定位導(dǎo)航與授時委員會認(rèn)為：從技術(shù)角度而言，干擾源的探測、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——部署干擾探測與快速定位系統(tǒng)。例如，擴展現(xiàn)有的蜂窩通信系統(tǒng)發(fā)射塔授時型衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的功能，即可快速地識別與報告衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾，甚至包括干擾信號的特征、特性等參數(shù)，且投入不高。此外，利用移動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)控站點部署干擾監(jiān)測系統(tǒng)，輔之以各收費站原有的視頻采集系統(tǒng)，即可實現(xiàn)干擾告警，又可實現(xiàn)干擾源的跟蹤，從而提升高速公路系統(tǒng)干擾探測、定位能力。

2014年8月，美國Exelis公司與Chronos公司成功地完成了一款名為“信號哨兵1000”的干擾識別與定位系統(tǒng)的測試。該系統(tǒng)可在16km的范圍內(nèi)對安裝在移動車輛上的干擾源進行識別與定位。研發(fā)更加快速、準(zhǔn)確地干擾源探測、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，對于保證國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施高效、安全、穩(wěn)定的運行，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

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的發(fā)展與對衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)依賴性的不斷增強，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱評估的重點已經(jīng)從對衛(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

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[4]National Protection and Programs Directorate Department of Homeland Security. National Risk Estimate: Risks to U.S. Critical Infrastructure from Global Positioning System Disruptions. www.dhs.gov/ criticalinfrastructure, June 2013.