如何通過(guò)軟件定義方案輕松實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信干擾測(cè)試？

GNSS信號(hào)本身的脆弱性和衛(wèi)星信號(hào)傳輸中面臨的風(fēng)險(xiǎn)一直被人們所關(guān)注著，例如干擾和欺騙，而GNSS接收設(shè)備也普遍缺乏對(duì)各種干擾的抵抗性與穩(wěn)定性。根據(jù)GPS的創(chuàng)始架構(gòu)師Brad Parkinson的說(shuō)法，任何GNSS星座正變得越來(lái)越容易受到蓄意信號(hào)干擾或高級(jí)欺騙等威脅的影響。

為什么GNSS容易受到攻擊？

為什么GNSS信號(hào)容易受到攻擊？首先，來(lái)自太空的GNSS信號(hào)一開(kāi)始就非常微弱，假設(shè)GNSS信號(hào)以52dBm（即158W）傳輸，而衛(wèi)星的運(yùn)行高度約為20200公里，它們必須經(jīng)過(guò)如此遠(yuǎn)的距離才能到達(dá)地球，信號(hào)穿過(guò)大氣層后，接收天線(xiàn)得到的功率為-130dBm。在地球表面，這些微弱信號(hào)非常容易受到干擾和欺騙。

射頻干擾

干擾信號(hào)往往會(huì)無(wú)意中從各種來(lái)源產(chǎn)生，包括相鄰的射頻波段，大功率的信號(hào)會(huì)“溢出”鄰頻干擾信號(hào)。設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)钠渌O(shè)備和來(lái)自本身設(shè)備內(nèi)部組件的“子系統(tǒng)”也會(huì)產(chǎn)生干擾，從而產(chǎn)生各種負(fù)面影響，例如使設(shè)備故障、不穩(wěn)定、停機(jī)或定位和定時(shí)錯(cuò)誤。而隨著使用RF的設(shè)備數(shù)量不斷增長(zhǎng)，發(fā)生干擾的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。

其次是有意的干擾。這些干擾可能來(lái)自于那些很容易在網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)到的非法干擾設(shè)備，例如有些員工使用的那些試圖破壞雇主安裝的跟蹤設(shè)備的設(shè)備。它們的工作范圍通常大于它們的設(shè)計(jì)區(qū)域，因此會(huì)干擾周?chē)钠渌漕l設(shè)備，在2013 年曾有一個(gè)著名事件，一名建筑工人想讓公司要求在車(chē)中安裝的位置跟蹤設(shè)備失效，卻在紐瓦克機(jī)場(chǎng)成功關(guān)閉了飛機(jī)衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)。

干擾也可以來(lái)自專(zhuān)門(mén)用作電子武器的成熟的信息戰(zhàn)系統(tǒng)，以干擾和欺騙對(duì)方的導(dǎo)航和通信能力。然而，它不需要花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元就能產(chǎn)生軍事級(jí)效果，即便是使用帶有廉價(jià)SDR的GNU Radio并擁有一些基本RF知識(shí)的業(yè)余愛(ài)好者也可以造成重大損害和破壞。

現(xiàn)在，GNSS已經(jīng)成為了關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備與關(guān)鍵行業(yè)的重要組成部分。電網(wǎng)中使用的很大一部分設(shè)備依賴(lài)于GNSS定時(shí)來(lái)進(jìn)行同步，因此受到干擾的話(huà)將會(huì)帶來(lái)巨大的影響。實(shí)際中，有數(shù)量超出想象的現(xiàn)代技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施依賴(lài)于這些公共信號(hào)，此類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施使用的電子元件質(zhì)量差異很大，且通常會(huì)將多個(gè)設(shè)備集成到一個(gè)更大的系統(tǒng)中，然后在未經(jīng)RF漏洞測(cè)試的情況下部署到現(xiàn)場(chǎng)，也因此通常會(huì)面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新應(yīng)用不斷出現(xiàn)，例如V2X（用于自主交通）將嚴(yán)重依賴(lài)無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)確保安全和可預(yù)測(cè)的公共服務(wù)，此時(shí)，干擾與欺騙將會(huì)對(duì)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全造成極大的危害。

衛(wèi)星信號(hào)干擾和欺騙測(cè)試

眾所周知，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（例如使用實(shí)時(shí)天空）是不完整的。首先，它是不可重復(fù)的，這使得數(shù)據(jù)分析變得非常困難。其次，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這是非常耗費(fèi)時(shí)間、人力與經(jīng)濟(jì)成本的，尤其是在需要處理多種情況時(shí)。

相對(duì)應(yīng)的，唯一可行的、提供更強(qiáng)大和可預(yù)測(cè)的方法是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。然而，目前實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試的主要障礙是缺乏簡(jiǎn)單、靈活且成本低廉的干擾測(cè)試解決方案。目前通常采用的GNSS干擾測(cè)試臺(tái)是在一個(gè)機(jī)箱里構(gòu)建了一個(gè)復(fù)雜的專(zhuān)門(mén)構(gòu)建的模擬器、連接器和信號(hào)發(fā)生器的組合，旨在提供多種干擾。

這是一種由很多昂貴硬件組合與集成的方案，而隨著復(fù)雜干擾測(cè)試需求的增加，硬件需求也在增長(zhǎng)。作為一種解決方案，它缺乏直觀性和易用性。

軟件定義解決方案

虹科Safran Skydel軟件定義GNSS模擬器提供有效的干擾模擬解決方案。Skydel采用功能強(qiáng)大、全新且靈活的干擾模塊，該模塊將與GNSS仿真方案的其他組件完全集成。

為什么軟件無(wú)線(xiàn)電（SDR）的架構(gòu)可以不需要再添加額外的硬件？

• SDR可用于生成GNSS信號(hào)和干擾，無(wú)需專(zhuān)門(mén)為干擾器添加專(zhuān)用硬件。
• SDR僅用于傳輸RF。這是因?yàn)楦蓴_調(diào)制是通過(guò)計(jì)算機(jī)GPU的計(jì)算進(jìn)行的（類(lèi)似GNSS信號(hào)），這使得它可以同時(shí)模擬大量的干擾設(shè)備。
• 諸如NI USRP之類(lèi)的軟件定義無(wú)線(xiàn)電可以在多個(gè)頻段、多個(gè)頻率上生成干擾信號(hào)。
• 產(chǎn)生的干擾可以是靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的，并且是GNSS模擬的一部分，它們可以進(jìn)行交互、在地圖上查看、由UI和/或API控制等。

虹科Safran Skydel是一個(gè)基于軟件的GNSS仿真平臺(tái)，可生成與真實(shí)衛(wèi)星相同的射頻信號(hào)，使測(cè)試工程師能夠模擬任何場(chǎng)景并測(cè)試GNSS接收設(shè)備。虹科Skydel利用GPU加速計(jì)算與軟件定義的無(wú)線(xiàn)電（SDR）相結(jié)合，是真正高效的干擾測(cè)試平臺(tái)。