【導讀】技術(shù)進(jìn)步也會(huì )同步伴隨這更多危險因素出現，而在科技領(lǐng)域更是如此。GNSS/GPS信號的抗干擾能力相對較差，容易受到兩種形式的干擾：信號干擾和信號欺騙。
GNSS/GPS干擾和欺騙是什么？
技術(shù)進(jìn)步也會(huì )同步伴隨這更多危險因素出現，而在科技領(lǐng)域更是如此。GNSS/GPS信號的抗干擾能力相對較差，容易受到兩種形式的干擾：信號干擾和信號欺騙。
GNSS/GPS干擾是由外部干擾源發(fā)起的頻率干擾，以造成接收機失去位置信息。
第二種威脅形式是信號欺騙，這是指偽造的GNSS/GPS信號干擾接收機，也就是顯示與實(shí)際情況不符的位置和時(shí)間信息，以此欺騙用戶(hù)。
GNSS/GPS干擾和實(shí)地測試
隨著(zhù)GNSS/GPS信號干擾和欺騙的信息層出不窮，人們對這些威脅的認知度在不斷提升。在這樣的現狀下，我們要加倍努力實(shí)施抗干擾和反欺騙解決方案。
十余年來(lái)，專(zhuān)家一直在受控環(huán)境（實(shí)驗室）中評估GNSS/GPS的抗干擾和反欺騙功能。但這些測試存在局限性，無(wú)法全面分析和覆蓋接收機遭受干擾或欺騙時(shí)的行為。為此，有必要通過(guò)實(shí)地測試驗證來(lái)補充實(shí)驗室測試。戶(hù)外測試的作用：
● 支持識別真實(shí)用戶(hù)環(huán)境中典型干擾和欺騙信號的特征。
● 支持驗證接收機的抗干擾和反欺騙能力。
● 支持了解在動(dòng)態(tài)條件下，接收機遭受干擾和欺騙時(shí)的表現。
這幾點(diǎn)意義非凡，有助于了解接收機抗干擾能力的不足，繼而做出改善。
GNSS頻段受官方保護，在該頻段上通播射頻需要取得特別授權，否則就屬于違法行為，這造成工程師很難前往實(shí)地執行測試。此次測試是挪威當局第二次組織像Jammertest 2022 1這樣的實(shí)地測試。
測試
挪威北岸是Jammertest 2022的場(chǎng)地。在挪威當局的協(xié)助下，一支專(zhuān)家小組啟動(dòng)了在正常大氣條件下評估GNSS/GPS干擾和欺騙的工作。
在為期一周多的時(shí)間里，一百多位專(zhuān)家在干擾和欺騙測試中評估了設備性能。測試中涉及到不同的道路和天氣條件，總共三個(gè)主要位置區為部分頻段的干擾和欺騙提供測試環(huán)境：一個(gè)高效干擾機測試區，兩個(gè)低效干擾機測試區。
此次測試活動(dòng)使用的大多數GNSS/GPS信號干擾機均為挪威通信管理局或警方罰沒(méi)的設備。還有一部分干擾機是在網(wǎng)上購得的，但并不是供公眾使用的設備。
測試分為兩個(gè)大類(lèi)：干擾情景和欺騙情景。
● 干擾測試進(jìn)一步分為兩組；可發(fā)射CW和PRN（BPSK調制）干擾信號的高效干擾機；以及低效干擾機（寬帶掃頻式）。
● 對于欺騙測試，專(zhuān)家認為可分為兩類(lèi)：基本攻擊和高級攻擊?；竟羯婕霸u估特定的位置和時(shí)間，以欺騙L1C/A衛星信號。高級攻擊涉及在不同的時(shí)間范圍（時(shí)間梯度、頻率梯度或假閏秒）下同步的露天GPS L1欺騙信號。下表展示了該試驗周中用到的各種類(lèi)型的測試和規范。
i 專(zhuān)家將所有測試重復兩次，首先使用CW，然后使用PRN (BPSK)
ii 駕駛地點(diǎn)是Bleik附近區域
iii 測試在Grunnvatn進(jìn)行（利用未在第1部分中使用的干擾機）
iv 駕駛地點(diǎn)是Grunnvatn附近區域
v 可開(kāi)車(chē)到任意位置
結果
根據上述條件在安島附近行車(chē)，并克服各種障礙（例如，在記錄活動(dòng)時(shí)同步信號），這讓專(zhuān)家可以更好地了解接收機在遭受干擾和欺騙期間的行為。通過(guò)此試驗周的活動(dòng)推斷出的主要觀(guān)察結果包括：
1)由于信號處理技術(shù)，接收機表現穩健，位置與時(shí)間信息的可用性提高。
2)對位置和時(shí)間信息可用性助益最大的因素是處理多個(gè)頻段和傳感器數據的能力，具體如下：
a.在使用傳感器數據(DR)的單頻接收機失去GNSS定位/信號時(shí)，仍可通過(guò)DR提供位置和時(shí)間信息。
b.在多頻接收器失去來(lái)自干擾頻段的信號時(shí)，仍可提供GNSS定位/信號。
下圖說(shuō)明了高效GNSS信號干擾機(20W)對L1頻段施加長(cháng)時(shí)間干擾的情景。圖中顯示了用于估算位置、速度和時(shí)間解的每個(gè)頻段的信號數量。
信號數量的減少與接收到的干擾功率相對應，主要決定因素是與干擾機的距離。在干擾源附近完全檢測不到L1頻段的信號。因嚴重干擾（20W發(fā)射功率），L2頻段受到極大的影響。但即便在這種情景下，接收機也能檢測到至少四個(gè)信號，提供準確的位置、速度和時(shí)間解。
3)在大多數情況下，即使在高影響干擾中，干擾也不會(huì )造成位置和時(shí)間信息準確性顯著(zhù)下降，基本干擾產(chǎn)生的影響更是微乎其微。
下圖展示了在本次測試活動(dòng)中，車(chē)輛為獲取信息而采用的行駛路線(xiàn)之一：在露天環(huán)境中穿過(guò)Bleik村。在此情景中，車(chē)輛首先靠近干擾機，然后再遠離該設備。
圖1.Bleik周邊動(dòng)態(tài)高效干擾機情景的測試結果
在整個(gè)測試階段中，ZED-F9P接收機輸出結果始終保持足夠的精確度。原因是在干擾機造成L1 GNSS/GPS信號丟失時(shí)，接收機會(huì )使用L2信號進(jìn)行導航。
總結
此次試驗中使用的規范和時(shí)間范圍讓參與者能確定接收機在真實(shí)條件下遭受干擾和欺騙時(shí)的行為。這次試驗活動(dòng)讓技術(shù)開(kāi)發(fā)者得出了詳實(shí)的結論。
對于u-blox來(lái)說(shuō)，這是一次評估當前GNSS接收機在真實(shí)環(huán)境中的抗干擾能力的絕佳機會(huì )。我們也借此獲得了有助改善未來(lái)設備安全性的寶貴見(jiàn)解，對于我們一直高度關(guān)注的安全主題極有價(jià)值。
參考文獻：
[1] https://gpspatron.com/jammertest2022-norway/
本文作者 | Philipp Richter，u-blox高級系統架構師
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