伍俊，戴志春

（湖南衛(wèi)導(dǎo)信息科技有限公司，湖南長沙，410005）

1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙信號檢測技術(shù)基本原理

為更好的解讀欺騙信號檢測技術(shù)，我們首先對欺騙信號的生產(chǎn)簡單說明。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙信號一般分為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙方法和生成式欺騙方法。轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙方式是指欺騙裝置接收到衛(wèi)星發(fā)射的真實導(dǎo)航信號后，經(jīng)過延時、功率放大后轉(zhuǎn)發(fā)至用戶的方式。由于轉(zhuǎn)發(fā)式產(chǎn)生欺騙信號不能改變衛(wèi)星定位的真實信息內(nèi)容，只能對功率和延時進行改變，因此，這種方式易于被檢測發(fā)現(xiàn)。生成式欺騙方式，則不需要接受衛(wèi)星真實信號，而是自主產(chǎn)生欺騙信號。對這種方式，顯然不僅存在欺騙信號的功率變化、延時，最主要的是對導(dǎo)航定位信息的內(nèi)容進行改變，達到嚴(yán)重后果的欺騙方式。這種欺騙方式往往要采取多種算法和比較方式對欺騙信息進行甄別和消除。但無論哪種方式，傳播距離、空間特性、設(shè)備特性的不同，欺騙信號的功率、進入角、延時以及碼同步，加密等多方面都會與真實信號有所不同。

目前對欺騙信號的甄別主要是對信號的幾個方面特性進行檢測比較。總結(jié)歸納起來，分別為信號功率檢測、信號來向檢測、信號延時檢測，以及其他方面的檢測。

1.1 信號功率檢測

由于欺騙信號相較真實信號而言，往往存在信號峰值的不同，又因為設(shè)備的移動，造成信號功率隨運動變化值有所不同，還有就是信號功率與噪聲功率的變化導(dǎo)致欺騙信號的載噪比有所不同，這在轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙信號的應(yīng)用上表現(xiàn)得較為明顯。

（1）信號峰值檢測方式。對于地面接收裝置而言，所接收到的信號功率較低。欺騙信號要使接收設(shè)備接收到錯誤的信號，其功率要大于真實信號的功率。因此，設(shè)置合理的功率上限值，對于超出這一上限值的可以判定為欺騙信號。

（2）跟蹤信號值檢測方式。導(dǎo)航衛(wèi)星與接收設(shè)備較遠(yuǎn)，而欺騙信號的發(fā)射源在地面，與接收設(shè)備較近。相比較而言，相對運動造成的變化，肯定是衛(wèi)星與接收設(shè)備的距離變化引起的功率變化較小，而欺騙設(shè)備與接收設(shè)備的距離變化會導(dǎo)致功率發(fā)生較大的變化。通過跟蹤信號值的變化劇烈程度，可以檢測識別欺騙信號。

（3）載噪比檢測方式。載噪比指的是信號功率與噪聲功率的比值，是反應(yīng)信號質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。由于GNSS載噪比受到噪聲和其他信號的影響，通過統(tǒng)計分析可知，真實信號的載噪比要小于欺騙信號的載噪比，通過載噪比分布，可以形成載噪比欺騙檢測的算法。具體原理詳見參看文獻。

簡而言之，利用信號功率的峰值檢測、跟蹤信號值檢測，以及信噪比檢測計算，可以對GNSS欺騙信號進行檢測，真實信號的這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)一般都會小于欺騙信號，因此，通過設(shè)定真實信號的功率、跟蹤信號值以及載噪比的門限值。通過信號接收設(shè)備的判讀條件，來判定接收信息是否為欺騙信號。

信號功率檢測技術(shù)較為簡單，便于實施。但正因為其簡單，所以自主產(chǎn)生式欺騙信號發(fā)射裝置能很好的模擬真實信號，對于以功率檢測為主的接收裝置，效果一般。

1.2 信號來向檢測

當(dāng)前GNSS欺騙信號的發(fā)射源，往往是從單一設(shè)備進行的發(fā)射，因此，不同欺騙信號只要是從同一欺騙設(shè)備進行的發(fā)送，其到達接收設(shè)備的方向肯定一致。而受到地球自傳、衛(wèi)星公轉(zhuǎn)以及其他空間影響所造成的變化，導(dǎo)致導(dǎo)航衛(wèi)星的真實信號到達接收設(shè)備的方向角會有所不同。利用這一特性，對欺騙信號的來向與衛(wèi)星真實導(dǎo)航信號進行檢測比對，從而發(fā)現(xiàn)并排除欺騙信號。也是一種非常有效的欺騙信號識別方法。

信號來向檢測技術(shù)，對自主產(chǎn)生式欺騙方式和轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙方式產(chǎn)生的欺騙信號都有較強的檢測能力，是效果較好的欺騙信號檢測技術(shù)，但由于要區(qū)分不同衛(wèi)星發(fā)射信號源方向問題，所以一般要求接收裝置要有多天線系統(tǒng)。因此，接收裝置的成本較高。

1.3 信號延時檢測

信號延時檢測方式，就是利用欺騙信號與真實信號在傳輸上的延時差異進行檢測。但真實的情況更復(fù)雜，由于GNSS系統(tǒng)信號的載波頻率和偽碼速率不同，接收設(shè)備和衛(wèi)星設(shè)備之間，受到地球自傳、衛(wèi)星公轉(zhuǎn)以及空間環(huán)境的影響而產(chǎn)生了相對運動，這種運動會存在多普勒效應(yīng)，衛(wèi)星和接收設(shè)備的時鐘漂移會造成頻率的偏差。信號載波頻率以及偽碼率都會產(chǎn)生多普勒偏移效應(yīng)，兩者的多普勒偏移具有本質(zhì)上的相同。而顯然，這些復(fù)雜的變化并不會在欺騙信號中產(chǎn)生，或者其模擬的欺騙信號的復(fù)雜性無法與真實信號相比擬。因此，可以設(shè)計一種針對多普勒偏移是否一致的方式進行計算，從而檢測欺騙信息的存在與否。這就是信號延時檢測原理。

信號延時檢測技術(shù)是在轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙的條件下，利用欺騙信號較真實信號到達接收設(shè)備有延時的特性進行的檢測。因此，針對自主產(chǎn)生式欺騙信號則沒有甄別能力，特別是自主產(chǎn)生式欺騙信號提前到達的情況下，有可能造成接收裝置將欺騙信號當(dāng)成真實信號，而將真實信號當(dāng)成欺騙信號的情況發(fā)生。

1.4 殘留信號檢測

殘留信號主要是指被欺騙信號所抑制或抵消的真實信號后所殘留的信息，這主要是針對欺騙信號發(fā)射裝置無法有效的抑制導(dǎo)航衛(wèi)星真實信號。欺騙信號發(fā)射設(shè)備要想完全抑制導(dǎo)航衛(wèi)星真實信號，需要在接收設(shè)備位置產(chǎn)生能抵消真實衛(wèi)星信號的欺騙信號。因此，欺騙信號必須與真實信號在接收位置處的波形相反、相位相同、頻率一致。而根據(jù)有關(guān)測算可知，欺騙信號要將真實衛(wèi)星信號完全抑制，至少要達到在接收設(shè)備處產(chǎn)生相位偏差不超過5%的載波周期，要達到如此高精度，目前欺騙信號發(fā)射設(shè)備在實際運用中幾乎無法達到。因此，正是運用這種原理，采取對殘留信息的檢測，并對此殘留信息進行不斷跟蹤確認(rèn)，最終確認(rèn)欺騙信號的存在。

殘留信號檢測技術(shù)，應(yīng)用效果較好，是抑制欺騙信號的有效手段。但需要增加其他種類的導(dǎo)航傳感器，使得系統(tǒng)的軟硬件更為復(fù)雜。

1.5 電文加密認(rèn)證檢測

由于自主產(chǎn)生式欺騙信息并不接收真實導(dǎo)航信息，而是自主產(chǎn)生與真實信息類似的導(dǎo)航信息發(fā)送給接收者。因此，可以設(shè)計對真實電文信息進行加密的方式來防止欺騙信息。這種方式較為簡單有效，目前，很多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，都有信息電文的加密預(yù)留字節(jié)，這些預(yù)留字節(jié)加入電文加密認(rèn)證后，使得接收設(shè)備能夠準(zhǔn)確的區(qū)分真實微信信號和欺騙信號。而通過不定期更換秘鑰，可有效防止密碼破解。

經(jīng)有關(guān)研究，導(dǎo)航信息加密認(rèn)證技術(shù)，能夠有效的抵御衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙信息，但實施上還有一定難度，因為這需要從國家層面對整個衛(wèi)星導(dǎo)航信號體制進行更改，因此，其實施難度相對較大。

2 衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙信號檢測技術(shù)的比較

針對自主產(chǎn)生式欺騙技術(shù)和轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙技術(shù)各自的特點，近年來研究了多種檢測技術(shù)，上文中已經(jīng)進行了闡述。而針對不同的欺騙信息方式，欺騙信號的強度不同，技術(shù)復(fù)雜性不同，其檢測技術(shù)所針對的有所不同。檢測性能較高，且對多樣性欺騙信息技術(shù)的抑制能力較強的反欺騙信息技術(shù)主要有，信息來向檢測技術(shù)，信息加密認(rèn)證技術(shù)、殘留信號檢測技術(shù)。

信息來向檢測技術(shù)和殘留信號檢測技術(shù)相對于其他檢測方法而言，原理簡單，方法可靠，但都需要添加設(shè)備，使得軟硬件設(shè)備更加復(fù)雜。因此，其使用范圍有限。

信息加密認(rèn)證技術(shù)，同樣原理簡單，對設(shè)備要求并不復(fù)雜，但需要修改衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號結(jié)構(gòu)，這使得短期內(nèi)的應(yīng)用較為困難。

至于信號功率檢測技術(shù)、信號延時檢測技術(shù)，雖然可靠性一般，應(yīng)用場景較少，但技術(shù)相對簡單，也無需增添設(shè)備，因此，大量應(yīng)用于對加密信號要求不高的企業(yè)和個人。

3 結(jié)束語

在GNSS系統(tǒng)已全面影響到社會民生和國防安全的今天，欺騙信號技術(shù)和反欺騙信號技術(shù)也都在不斷發(fā)展，可以說沒有一種欺騙信號技術(shù)能夠不被各種檢測技術(shù)所發(fā)現(xiàn)，也沒有一種檢測技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)所有類型的欺騙信號。通過對各種欺騙信號檢測技術(shù)的探究，可以發(fā)現(xiàn)各種信號的優(yōu)劣，并據(jù)此在實際應(yīng)用場景中得到有效的選擇。針對重要領(lǐng)域可以采用投入大但效果好的信號來向檢測技術(shù)、殘留信息檢測技術(shù)等，而對于非重要領(lǐng)域，則可以采取投入小的信號功率檢測技術(shù)、延時檢測技術(shù)等。