卫星导航欺诈技术——
不容小觑的“定位漂移”
■文兆阳 姚昌松
卫星导航欺诈技术概念图。阳 明供图
据国外媒体报道，2023年9月，受“GPS欺骗”影响，多架飞机在伊拉克、伊朗空域飞行时，航线出现明显偏差，其中一架飞机险些在未经许可的情况下误入伊朗领空，形势一度十分紧张。
无独有偶。2013年，美国德克萨斯大学Humphreys团队利用一台笔记本电脑和仅公文包大小的自制设备，伪造GPS信号，成功操控一艘造价8000万美元的“白玫瑰”号超级游艇偏离航线，而游艇上的船员始终没有觉察。
这为人们揭开了“卫星导航欺诈技术”的神秘面纱——当我们依赖的定位系统被随意篡改，所有基于位置的服务都将陷入信任危机。而从军事角度来看，这项技术或将对数字时代的攻防格局产生难以估量的影响。
那么，什么是“卫星导航欺诈技术”？其有哪些技术特点？又该如何应对？请看本期关注。
悄然出现的威胁
遍观世界各国，人们的生活几乎已经离不开卫星导航系统。
作为现代社会的重要基础设施，卫星导航系统就像是人们的眼睛，是许多领域的重要支撑，能为交通运输、通信、金融、能源、军事等领域提供准确的同步时间和位置信息，其应用直接关系到经济发展、社会稳定和国家安全。
自20世纪70年代美国研制出全球定位系统以来，卫星导航技术发展迅速，应用日益广泛。据一份市场调研数据报告显示，2023年全球卫星导航系统产业规模已达2082.5亿美元。
然而，令人们不得不高度警惕的是，伴随着全球卫星导航技术的快速发展，其受恶意攻击的事件发生频率也在呈增加趋势。
一旦卫星导航系统的卫星接收机遭受欺诈信号干扰，就可能导致定位错误、时间不准，甚至对关键基础设施和应用系统造成严重威胁。
以海上交通为例，当一艘正在海上航行的货轮受到卫星导航欺诈时，对方会首先发送完全正确的卫星信号让系统信任，继而慢慢劫持整个系统。这种精密操控常常让船上人员难以觉察到“定位漂移”。直至货轮抵达对方“导航”的目的地时，船员才发现定位系统早已被“电子幽灵”劫持。
从某种意义上来说，越来越多导航欺诈攻击事件的发生，正倒逼着整个导航定位生态的重构。
事实上，卫星导航欺诈技术是一种极为隐蔽和极具针对性的攻击形式，主要根据导航信号和扩频码的特征规律对目标进行攻击。借助欺骗干扰机发射与导航信号相同或相似而功率稍强的欺诈信号，使接收机误以为欺诈信号是真实信号，导致接收机被误导，从而产生虚假导航信息或者无法输出导航信息。
早在2003年，美国德克萨斯州仪器公司的高级技术人员Scott就曾指出，通过构造虚假卫星星座或攻击差分修正链路可以实现导航欺诈。他还大胆预言，随着卫星定位经济效益的激增以及计算能力“全软件化”的发展趋势，导航欺诈或将演变为持续性威胁。
据公开消息，2011年12月，伊朗军队依托某信号干扰技术对RQ-170“哨兵”隐身无人机施展“电子擒拿术”，首次向世界展示了电磁环境的软肋。
这一事件的发生，颠覆了人们的传统认知：曾经高高在上的隐身无人侦察机，竟能被无形电磁波俘获。
虽然伊方始终未透露技术细节，但该事件催化了导航攻防技术的跨越式发展：从单纯信号压制升级为具备战略欺诈能力的“电子木马”。而“导航欺诈”这一曾经技术专家们争论不休的猜想，如今已成为科技领域的研究热点。
高超的“电子障眼法”
想象一下导航欺诈带来的场景：地面道路交通系统突然瘫痪，船舶、飞机的驾驶员也无法意识到轨迹偏离，而问题一旦暴露，一切都为时已晚……相比于其他类型的电磁干扰技术，卫星导航欺诈技术干扰范围大，更具有隐蔽性和威胁性。
这套针对卫星定位系统的“电子障眼法”，核心在于对信号的伪造与渗透，主要存在两种信号生成模式：转发式欺诈和生成式欺诈。
转发式欺诈——首先对真实卫星导航信号进行截获和存储，然后将信号延迟播发，延长信号传播时间，进而达到混淆用户定位结果的目的。转发式欺诈直接利用了真实卫星导航信号，无需分析信号内部结构，所以即使导航信号采用了破译难度较高的军用密码，干扰机也可能对用户设备实施欺诈。
生成式欺诈——生成式欺诈依托高精度卫星信号模拟器，根据截获真实信号的基本特征生成与真实信号强相关的伪随机码，生成与真实电文格式完全相同的欺诈导航电文，最终经天线发射加载该电文的欺诈信号。
在电子战和信号侦察领域，卫星导航欺诈技术通过误导敌方的电子系统，可以实现对敌方高价值目标的捕获或破坏，极大削弱敌方作战能力。
借助卫星导航欺诈技术，攻击者会高度复刻目标系统的卫星信号特征，包括载波频率、导航电文结构及扩频序列等关键参数。由于伪造信号需与真实卫星的时空参数保持毫秒级精准同步，其技术实现存在极高壁垒。这类“隐身式”攻击信号往往与真实电磁环境融为一体，传统导航终端难以通过常规手段识别出异常。
以战场环境中装甲车辆的导航系统为例，当遭遇此类精密欺诈时，车载设备依然会持续输出定位轨迹和运动参数，仪表界面毫无告警提示。在作战人员毫无戒备的情况下，这可能引导部队误入伏击区域或偏离战略要地，而这种隐蔽的位置欺诈往往在任务失败后才会发现。
在电磁频谱对抗领域，传统压制式干扰通常通过发射高强度的噪声信号，进而盖过敌方卫星通信的“声音”。不过，这种方式影响范围有限，并且易被电子侦察系统识别。相比之下，卫星导航欺诈技术可以生成与导航卫星同频的诱导信号，传输时具有空间泛在性优势。试想一下，未来城市作战中，一个精心设置的欺诈源可以影响到周围数公里甚至更大范围内的作战单位，其对作战进程将带来全局性、决定性的影响。
在军事对抗博弈中，掌握制导航权犹如获得战争之眼。卫星导航欺诈技术构建的时空基准网络，堪比战场的视觉感知系统，直接决定着作战部队的机动部署效率和精确打击效能。在信息化智能化技术快速发展的今天，卫星导航应用的潜在安全隐患正在逐步变为现实威胁。能否正确应对卫星导航欺诈技术，已经成为世界各国必须面对的重要安全问题。
多层次防护体系的构建
随着电磁空间的攻防博弈加剧，卫星导航欺诈技术或将继续进化。在这一背景下，全球导航安全保障体系需要进行有效的迭代和升级。
事实上，卫星导航系统在体系设计上已经考虑了抗干扰功能。目前，世界上主流的卫星导航系统已经建成和使用了抗干扰星载测距接收机、终端抗干扰单元等，具备抗干扰能力。
此外，在卫星导航系统密码战的背景下，世界各国还主动改进应对卫星导航欺诈的技术，保证卫星导航系统的安全性和可靠性。比如，美国国防部持续进行新技术研究，通过加强对目标接收机中间相位的准确检测等方式，进一步改进卫星导航系统天线图像识别技术，提高对卫星导航欺诈技术的识别和抗干扰能力。
与此同时，在技术创新领域，量子导航、脉冲星授时等替代性的定位、导航与授时（PNT）技术也正在逐步走出实验室，向实际应用迈进。这些新技术有望在未来为卫星导航技术提供有效的补充和替代方案，增强导航系统的抗干扰能力。美国海军研究实验室开发出一种新型的量子导航系统，利用连续3D冷却原子束干涉仪，实现了在没有GPS信号情况下的高精度定位。这种技术通过将原子冷却到接近绝对零度的方式，极大地减少了外界环境对原子性质的影响，使得测量更加精确。
这些年，导航信息安全逐渐成为世界各国关注的热点。
目前，世界各国正在加速建设全球卫星导航系统（GNSS）信号监测网络，以实时监测和响应潜在的信号干扰及欺诈行为，保护国家安全和公共利益。
为了安全可靠地使用卫星导航信息，许多国家纷纷采取措施，综合运用多种抗欺诈手段，构建多层次防护体系，反欺诈技术应运而生。首先，在射频前端使用抗欺诈天线，降低欺诈信号的强度。其次，在信号处理阶段，搭建单独的跟踪环路，实时跟踪锁定欺诈信号，并利用欺诈信号参数和其他辅助设备参数比对，消除欺诈信号。再次，通过结合人工智能技术和机器学习技术，将GNSS与其他导航方式相结合，借助不同导航方式的导航结果差异来进行欺诈干扰检测，如果差异超过设定阈值，则判定为受到欺诈攻击，防止用户设备对欺诈信号的误判。
除了构建多层次的卫星导航系统抗欺诈手段，许多国家科研人员还致力于提高对欺诈设备的探测和毁伤能力。在实际工作中，欺诈设备运行时会发出大量特征信号。工作人员通过技术侦察手段，可以对欺诈设备加以探测和定位。
比如，在战时，可以在作战区域范围内广泛设置干扰源监测设备和反干扰定位系统，找出敌方的欺诈设备，并运用反干扰无人机或小型反辐射导弹等武器对其进行精确毁伤，从而直接消除欺诈信号对卫星导航用户设备的威胁。
目前，各国围绕应对卫星导航欺诈技术的相关研究正持续展开，或将迎来卫星导航反欺诈技术更多进步。
