王 君,郭 妍,唐康華,何曉峰

（國防科技大學智能科學學院,長沙 410073)

0 引言

隨著科學技術的進步和經(jīng)濟的飛速發(fā)展,未來軍事戰(zhàn)爭所面臨的來自戰(zhàn)略戰(zhàn)場環(huán)境和國家安全的挑戰(zhàn)是多種多樣的[1-2]。無人系統(tǒng)在續(xù)航時間、機動能力、隱身性能以及作戰(zhàn)人員傷亡概率等方面具有獨特優(yōu)勢,在世界范圍內得到飛速的發(fā)展。無人作戰(zhàn)也必將在未來戰(zhàn)爭中占據(jù)主導地位,成為國家間軍事博弈的前瞻力量[3-5]。

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)普遍依賴全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System,GNSS)進行高精度的實時定位[6-8]。由于導航衛(wèi)星距離地球表面20000km～36000km,衛(wèi)星信號非常微弱,故衛(wèi)星導航終端容易受到惡意干擾。實際上,很多國家將衛(wèi)星導航干擾作為一個攻擊性策略,來降低敵方現(xiàn)代化無人武器裝備的使用效能[9-11]。

從戰(zhàn)略戰(zhàn)術上考慮,衛(wèi)星干擾分為壓制式干擾（Jamming)和欺騙式干擾（Spoofing)[12-13]。 欺騙式干擾以衛(wèi)星導航系統(tǒng)固有的薄弱環(huán)節(jié)為切入點,依據(jù)衛(wèi)星導航系統(tǒng)的工作原理產(chǎn)生與真實衛(wèi)星信號相同參數(shù)的偽信號接入到目標衛(wèi)星接收機中,因此欺騙式干擾的隱蔽性效果要明顯優(yōu)于壓制式干擾[14-15]。目前,衛(wèi)星系統(tǒng)民用信號的結構對用戶是開放不加密的,故針對民用衛(wèi)星信號的欺騙式干擾在理論上是完全可實現(xiàn)的,且伊朗軍方于2011年、2012年和2018年成功捕獲美絕密 “RQ-170”、“掃描鷹”以及MQ-9“死神”無人機等實例也充分驗證了衛(wèi)星欺騙式干擾在實際軍事應用上的可行性[16-18]。

針對欺騙式干擾在危害性和隱蔽性方面的技術優(yōu)勢,本文首先介紹了衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術的實施方式,然后回顧了近年來欺騙式干擾技術的理論研究現(xiàn)狀,論述了其實際應用中存在的關鍵問題和未來的發(fā)展趨勢。

1 衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術的實施方式

就衛(wèi)星導航原理而言,對目標接收機的定位結果實施欺騙式干擾可以從兩個方面著手:人為間接增加信號的傳播時間或直接產(chǎn)生虛假的導航信息,即對應于轉發(fā)式和生成式。

1.1 轉發(fā)式欺騙干擾

轉發(fā)式欺騙干擾是通過轉發(fā)截獲到的真實衛(wèi)星信號來達到延長信號傳播時間進而混淆定位結果的目的[19-21]。為了讓轉發(fā)式干擾信號能更易于被目標衛(wèi)星接收機所捕獲,通常情況下轉發(fā)式干擾信號往往比真實衛(wèi)星信號的功率約高2dB。

按照衛(wèi)星信號處理的方式不同,轉發(fā)式欺騙干擾的實現(xiàn)方法有兩種,如圖1所示。具體地,第一種實現(xiàn)方法采用單個接收天線接收區(qū)域內所有真實衛(wèi)星信號,并經(jīng)過統(tǒng)一延遲和功率放大處理后,利用發(fā)射天線再次轉發(fā)傳播;第二種實現(xiàn)方法采用高增益窄波束的陣列天線,使得每個接收天線對應于區(qū)域內每顆衛(wèi)星信號,并對不同的衛(wèi)星信號附加不同的延遲時間后再進行轉發(fā)。第二種轉發(fā)式欺騙干擾方式可以將接收機欺騙至設定位置,但是每個衛(wèi)星信號的延遲時間在實際操作中很難被精確的估算。

圖1 轉發(fā)式欺騙干擾系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of repeater spoofing jamming system

1.2 生成式欺騙干擾

生成式欺騙干擾是根據(jù)截獲的真實衛(wèi)星信號基本特征（包括碼結構、調制方式等)產(chǎn)生與真實衛(wèi)星信號強相關的偽隨機碼,調制與導航電文格式完全相同的虛假導航電文,再由發(fā)射器廣播發(fā)送攜帶該虛假導航電文的干擾信號[22-24]。

按照信號生成的復雜程度不同,生成式欺騙干擾的實現(xiàn)方法有:1)使用信號模擬源直接產(chǎn)生并發(fā)射虛假衛(wèi)星信號,且該虛假衛(wèi)星信號與真實衛(wèi)星信號之間不要求嚴格的時間同步,當處于冷啟動狀態(tài)或受到外界干擾影響需要重新捕獲信號時,目標衛(wèi)星接收機將極易受到欺騙;2)接收真實衛(wèi)星信號并對解調出的導航電文進行有目的性地修改,參考真實衛(wèi)星信號的參數(shù),利用信號模擬源對虛假電文重新擴頻后再發(fā)射;3)依托第二種實現(xiàn)方法,在解析真實衛(wèi)星信號的前提下依據(jù)目標衛(wèi)星接收機位置,構造與真實衛(wèi)星信號完全相同但反相的虛假衛(wèi)星信號,這種生成式欺騙干擾使得虛假衛(wèi)星信號與真實衛(wèi)星信號相消,導致目標衛(wèi)星接收機無法實現(xiàn)定位。生成式欺騙干擾系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 生成式欺騙干擾系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of generated spoofing jamming system

2 衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術的研究現(xiàn)狀

1995年2月,MITRE公司[25]的內部備忘錄提到了針對民用衛(wèi)星導航系統(tǒng)的六種對抗欺騙技術手段,在當時并沒有引起GNSS導航研究學者和GNSS信號接收機制造商的關注。直到2001年,美國交通部[26-27]（U.S.Department of Transportation)提交的Volpe報告重點分析了民用衛(wèi)星欺騙式干擾,它比其他類型的故意通信干擾更加惡劣。Volpe報告還指出,對于欺騙攻擊目前不存在任何 “現(xiàn)成的”防御措施,建議研究欺騙干擾的性能以輔助目標接收機提出識別和檢測策略。針對此,國內外很多科研機構都開展了相關技術研究。

2.1 國外研究現(xiàn)狀

在純衛(wèi)星導航終端的欺騙攻擊實驗方面,美國加州大學的Los Alamos國家實驗室[28-29]（Los Alamos National Laboratory,LANL)脆弱性評估小組（The Vulnerability Assessment Team,VAT)進行了相關研究。2003年,評估小組的Warner教授利用裝備在卡車上的簡易衛(wèi)星信號干擾器（包括衛(wèi)星信號模擬器、功率放大器以及信號發(fā)射器)擾亂了另外一輛目標卡車上的衛(wèi)星信號接收機,使其發(fā)生定位錯誤,實驗原理如圖3所示。由于該實驗需要持續(xù)從攻擊卡車上廣播虛假衛(wèi)星信號,因此目標卡車與攻擊卡車之間的距離不能太遠,這個物理限制條件會影響欺騙攻擊的隱蔽性。

圖3 Warner教授的欺騙實驗原理圖Fig.3 Schematic diagram of Warner’s spoofing experiment

自2004年起,美國以每年一次的頻率執(zhí)行一項具有創(chuàng)新型的針對GPS的干擾計劃JAMFEST。JAMFEST在新墨西哥州白沙導彈基地構建了多種GPS干擾以及抗干擾測試環(huán)境,采用不少于7臺干擾源集中對特定局部范圍進行較強功率的干擾,并通過組合布局設置多達25種的干擾場景,以滿足不同層次的干擾測試需求[30]。圖4給出了其中一種干擾源布置示例,紅色方框區(qū)域為其設置的干擾源。

圖4 JAMFEST干擾源放置示意圖Fig.4 Schematic diagram of JAMFEST jamming source placement

同年的美國政府報告中提出了七項針對欺騙干擾攻擊的應對措施,美國康奈爾大學的Psiaki教授[31-32]領導其研究團隊由此開展了針對衛(wèi)星干擾技術的相關實驗研究,并將研究成果發(fā)表于2008年9月美國喬治亞州薩凡納市舉行的導航協(xié)會會議上。他重點分析了虛假衛(wèi)星信號的形成和轉發(fā)過程,即首先將自制的 “假冒”接收器安置在目標接收機附近,使其接收到與目標接收機幾乎相同的真實衛(wèi)星信號,然后對真實衛(wèi)星信號進行跟蹤、篡改,適當提高功率形成虛假衛(wèi)星信號,最后轉發(fā)該虛假衛(wèi)星信號,并成功使其被目標接收機捕獲。

2007年1月,美軍在圣地亞哥海軍基地附近進行了一次欺騙攻擊實驗。利用GPS衛(wèi)星信號很容易被同一頻率的較強信號廣播所覆蓋的特性,在一艘停泊的海軍艦船上安裝干擾器,使得臨近地區(qū)出現(xiàn)了GPS無法定位的情況。類似事件也發(fā)生在2010年和2016年朝鮮附近海域內[33],據(jù)推測朝鮮購買了可以安裝在卡車上的俄羅斯干擾器,在開城（Kaesong)發(fā)射GPS干擾信號,實驗對十多萬平方公里范圍內所有GPS設備都產(chǎn)生了不同程度的影響。

2010年,意大利都靈理工大學[34-35]通過搭建一個簡易欺騙實驗平臺Limpet Spoofer,實驗證實了在工程上可以采用欺騙式干擾技術將目標衛(wèi)星接收機從跟蹤的真實衛(wèi)星信號牽引到虛假衛(wèi)星信號,并且在該過程中會引起接收機載波環(huán)、碼環(huán)異常,如圖5所示。

圖5 Limpet Spoofer實驗平臺Fig.5 Experiment platform of Limpet Spoofer

2011年,瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學[36]研究對民用、軍用GPS的欺騙攻擊,分析了攻擊成功的條件及其在實踐中的局限性。利用Spirent GSS7700 GPS模擬器搭建欺騙攻擊實驗,重點分析研究欺騙攻擊成功的所需條件,即虛假衛(wèi)星信號功率要高于真實信號至少2dB,且兩信號之間的相對時間偏移不得高于80ns。同時,欺騙攻擊成功還要求虛假衛(wèi)星信號與系統(tǒng)時間存在的絕對時間偏移也不高于75ns。

2012年,加拿大卡爾加里大學舒立克工程學院定位導航團隊[37]發(fā)表了針對衛(wèi)星導航系統(tǒng)欺騙式干擾及抗欺騙技術研究的論文。該論文分析了欺騙式干擾的類型以及虛假衛(wèi)星信號的模型,重點研究了欺騙實驗環(huán)境下目標衛(wèi)星接收機接收信號的情況。如圖6所示,紅色為虛假GPS信號,綠色為真實GPS信號。

圖6 加拿大卡爾加里大學搭建的欺騙實驗環(huán)境圖Fig.6 Diagram of spoofing experiment environment built by University of Calgary

早在2008年,美國得克薩斯州立大學的Humpherys教授[38-41]就介紹了一種便攜式民用GPS欺騙器的研制方案,并發(fā)表多次報告評估GPS欺騙的威脅性。2012年6月,Humpherys團隊使用硬件成本不到1000美元的GPS民用信號欺騙設備在大學田徑場內成功改變了基于INS/GPS松組合定位的小型無人機飛行路徑,對此美國媒體進行了公開報道[42]。隨后,受到對此持懷疑態(tài)度的美國國家安全局官員邀請,Humpherys團隊[43-44]在美國白沙導彈靶場成功進行了飛行欺騙測試實驗,其測試實驗平臺如圖7所示。該實驗把錯誤信息包裝成看起來可靠的GNSS信號發(fā)送給目標接收機,使得無人機上的INS/GPS松組合導航輸出虛假地理信息并對其進行錯誤導航。2013年,Humpherys教授還對白玫瑰號超級游艇的GPS設備進行欺騙攻擊測試,研究團隊在從摩納哥到希臘羅德島旅程的第二天,就成功利用虛假信號取代GPS接收機的接收信號,實現(xiàn)了游艇的左向3°偏移,即偏離預定航線1km。

圖7 Humpherys團隊的欺騙干擾實驗平臺Fig.7 Spoofing experiment platform of Humpherys’team

韓國大田（Daejeon)305-700衛(wèi)星導航研究小組[45-46]在都靈理工大學研究的基礎上進一步分析了虛假衛(wèi)星信號引起的異常影響效果,即當輸入欺騙信號時,不僅DLL和PLL跟蹤環(huán)會產(chǎn)生誤差,而且偽矩也會發(fā)生非線性變化,進而導致錯誤的導航解算結果和時間偏差量。該團隊的研究成果在2012年第12屆和2014年14屆的國際控制、自動化和系統(tǒng)會議（The International Conference on Control,Automation and Systems)中公開發(fā)表。

2013年,美國麻省大學達特茅斯分校[47]系統(tǒng)性研究了GPS的安全性,并對GPS欺騙攻擊進行分類,即協(xié)議類和信號分析數(shù)據(jù)處理類。其次,他們還利用JiST/SWNS/GPS Java語言仿真模塊引入了一個新的欺騙攻擊環(huán)境,即通過事件驅動仿真（Event-driven Simulation)來模擬GPS攻擊場景。

美國芝加哥伊利諾伊理工學院[48]在2014年的IEEE/ION Position,Location and Navigation Symposium（PLANS)會議上提出了一種針對INS/GPS松組合的無人機欺騙攻擊方法。仿真結果表明,如果攻擊者對用戶的航跡有著絕對的了解,那么在產(chǎn)生較大位置誤差的同時,也能夠不被監(jiān)視器檢測到。

各類型衛(wèi)星信號模擬器體型龐大、費用較高,且目前實驗環(huán)境和各種系統(tǒng)部件等被精確建模,因此軟件仿真實驗臺對于衛(wèi)星導航欺騙攻擊的測試也是一種不錯的選擇。2015年3月,伊朗學者Baziar[49]研究了一種利用軟件接收機并依據(jù)真實衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)結構來產(chǎn)生虛假衛(wèi)星信號的方法,實驗結果進一步驗證了虛假衛(wèi)星信號對真實信號的相對時間長短與位置偏移的大小沒有必然的關系。該方法的實施分為四個步驟:1)首先保存真實GPS信號,并估計功率大小;2)對真實GPS信號進行延遲,并與真實GPS信號進行結合,形成混合信號;3)調節(jié)混合信號的功率,使其功率要高于原始的真實GPS信號;4)對目標接收機發(fā)射修改后的混合信號。該方法實用性強,不需要昂貴的硬件設備。

從2015年開始,伊朗科技大學的Mosavi教授開始了對GPS欺騙和抗欺騙的研究,但是更加注重于抗欺騙措施的提出。一直到2017年,Mosavi[50-51]繼續(xù)Baziar教授的研究,設計了一種單頻GPS接收機的欺騙實驗平臺方法,如圖8所示。該方法的優(yōu)勢在于使用軟件定義接收機,確保所有數(shù)據(jù)處理在i7 2.2 GHz CPU的筆記本電腦上。

圖8 Mosavi實現(xiàn)欺騙實驗的頂層模型Fig.8 Top-level model of Mosavi’s spoofing experiment

2017年,美國弗吉尼亞理工大學聯(lián)合Microoft研究所和中國電子科技大學[52]提出了一種基于道路導航的單次GPS欺騙攻擊方法。該方法首先從OpenStreetMap中提取和解析公共離線數(shù)據(jù)的道路網(wǎng)絡拓撲結構,并基于導航路徑輸入和相應約束條件搜索可行的欺騙路徑;然后利用USRP、Hack-RF One等可編程無線電平臺構建低成本便攜式GPS欺騙器;最后依據(jù)道路網(wǎng)絡拓撲結構的物理約束性,選取可欺騙位置點發(fā)動位置欺騙攻擊,使得受害者的實際當前位置欺騙到錯誤位置點,進而依據(jù)原始路徑指引受害者到另外一個目標點。

美國托萊多大學在2017年[53]提出利用基于OMNeT++軟件的衛(wèi)星模擬器和UAV-Sim的無人機模型搭建整個無人機欺騙攻擊的純軟件環(huán)境,并分析GPS欺騙攻擊對UAV導航的影響。緊接著,韓國漢城大學電子工程系的Seo[54]搭建了基于軟件編程的GNSS信號模擬器（Software-based GNSS Signal Generator),并開展了針對無人機的衛(wèi)星導航欺騙攻擊實驗,如圖9所示。實驗結果表明,雖然無人機本身具有一定的欺騙防護能力,但當欺騙實施知曉無人機的運動狀態(tài)時,可以將無人機精確地欺騙到目標點。

圖9 Seo的欺騙攻擊實驗步驟示意圖Fig.9 Schematic diagram of spoofing attack procedure tested by Seo

2018年,墨西哥學者 Sandra等[55]利用商用Parrot公司制造的無人機GPS技術漏洞產(chǎn)生虛假衛(wèi)星信號混亂目標無人機的位置,誘導舵手通過飛控手柄挾持非法入侵的無人機飛離未經(jīng)授權的地方。這次的欺騙攻擊實驗僅僅只是針對民用信號,對于軍用衛(wèi)星信號,這種方式的有效性需要進一步研究。緊接著,2019年,韓國學者Noh等[56]也做了相類似的實驗,欺騙目標針對的是中國大疆公司制造的無人機。

葡萄牙里斯本大學的Gaspar等[57]在2020年通過理論方法研究,成功實現(xiàn)利用軟件定義接收機（Software Defined Radio,SDR)模擬GPS信號,產(chǎn)生與真實衛(wèi)星信號時間同步的虛假衛(wèi)星信號,使得目標衛(wèi)星接收機發(fā)生定位誤差。實驗中的低成本、小型化的欺騙器可用于構建一個常規(guī)防御系統(tǒng),用于轉移控制未經(jīng)授權的無人機。同年12月,美國克萊姆森大學的Sanders等[58]提出了合作車載平臺的欺騙干擾實驗網(wǎng)絡,主要是利用各平臺之間的Doppler頻移來定位欺騙目標,并據(jù)此產(chǎn)生虛假衛(wèi)星信號實施欺騙攻擊。該欺騙方案充分利用車載移動平臺,搭建便攜式欺騙設備無限接近攻擊目標,打破了虛假衛(wèi)星信號傳輸衰弱造成的攻擊方與目標物之間的距離限制。

2021年,印度學者Bethi等[59]將欺騙攻擊場景中傳輸和接收虛假衛(wèi)星信號的過程看作是一個帶函數(shù)約束的目標約束數(shù)學問題,提出了一種基于全局最鄰近（GNN)關聯(lián)的集中式欺騙方法,用于實現(xiàn)多欺騙-多目標的GPS欺騙攻擊。虛擬仿真實驗結果表明,為增強欺騙攻擊的效率,需設定欺騙器的信號發(fā)射功率是具有可調性的。

2.2 國內研究現(xiàn)狀

隨著我國衛(wèi)星導航電子對抗測試需求的不斷增加,國內相關單位對涉及衛(wèi)星導航的干擾技術進行了初步的原理性研究。2013年,西安飛行自動控制研究所的張會鎖等[60]探討了欺騙式干擾技術的實現(xiàn)方法,即提出了一種利用目標飛行器的已知軌跡誘導欺騙GPS的干擾方法。該方法可使得無人機改變預設軌跡,但是其并沒有給出具體的求解各個時刻虛假衛(wèi)星信號的計算方法,也沒有考慮環(huán)境因素（無人機的控制參數(shù)、已知軌跡和組合導航精度)對欺騙效果的影響。

中國浙江大學工業(yè)控制科技國家重點實驗室的學者[61]在2016年國際自動控制聯(lián)合會議（Interna-tional Federation of Automatic Control,IFAC)上描述了一種利用GPS欺騙攻擊將裝備有基于INS/GPS組合導航新息檢測器的無人機驅動到任意目標地的場景。在該欺騙場景中,攻擊者將整個欺騙攻擊問題轉化為約束優(yōu)化問題,即在基于INS/GPS組合導航新息檢測器的約束下求解最優(yōu)解,使得無人機最終達到點與預計期望欺騙目標點之間的誤差最小。此外,該場景還對GPS攻擊下的無人機最大可達位置集進行了量化。

火箭軍工程大學的王海洋等[62]利用衛(wèi)星信號模擬器產(chǎn)生包含錯誤導航信息的GPS民用C/A碼欺騙信號,通過直接侵入和壓制式輔助兩種方法進入接收機的捕獲跟蹤環(huán)路,對已定位的GPS接收實施欺騙干擾。實驗結果表明,壓制干擾輔助方式下通過合理控制欺騙信號頻率,接收機成功誤定位于預設位置,驗證了對GPS接收機實施欺騙式干擾的可行性。但是,大功率壓制信號易被檢測,無法達到隱蔽性效果。

北斗開放實驗室[63]結合欺騙式干擾技術成功研制了ADS2000系統(tǒng)欺騙式民用無人機防控系統(tǒng),該系統(tǒng)采用非接觸式欺騙式干擾技術,能夠在隱蔽信號且不產(chǎn)生輻射污染的情況下為特定區(qū)域構建全天候電子防護區(qū),對黑飛無人機進行電子驅離和迫降捕獲,有效防止黑飛無人機入侵。但是,ADS2000系統(tǒng)對于實現(xiàn)無人機的精確定點捕獲和定向驅離等任務仍存在算法上的空白,急需突破。圖10描述了系統(tǒng)最關鍵的設備,即便攜式無人機管控電子槍。

圖10 便攜式無人機管控電子槍示意圖Fig.10 Schematic diagram of portable UAV control electron gun

戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學[64]提出了一種新的針對接收機跟蹤階段的異步牽引式信號欺騙方法。實驗結果表明,新方法既能確保欺騙信號和真實信號載波頻率差的合理性,又能滿足偽碼Doppler和載波Doppler的一致性關系。

國防科技大學智能科學學院自動化系導航制導與控制團隊[65]通過對在INS/GPS松組合導航模式下無人機整個欺騙過程的研究和探討,理論推導分別驗證了針對質點類型無人機衛(wèi)星導航欺騙方法的有效性和隱蔽性。針對在軍事應用更加廣泛且結構更加復雜的INS/GPS緊組合導航終端,導航制導與控制團隊[66]以濾波穩(wěn)態(tài)增益為突破口,明確欺騙干擾信號對組合導航輸出結果的共性特征,推導出欺騙式干擾信號與組合導航輸出結果之間的解析表達式,研究欺騙式干擾對組合導航位置輸出影響程度的可操縱性和穩(wěn)定性,提出了一種針對緊組合導航無人機實現(xiàn)精確位置偏移的衛(wèi)星導航欺騙控制策略。

解放軍信息工程大學的高揚駿等[67]提出了一種兩步軌跡引導算法,使得目標載體能快速被誘導至欺騙軌跡上。實驗結果表明,所提出的算法可準確快速地引導配置GNSS/IMU松組合的目標載體沿欺騙軌跡運動且能避免被NIS檢測告警,具有較強的隱蔽性和實際應用價值。

2.3 目前存在的問題分析

根據(jù)上述關于衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術的國內外發(fā)展情況分析可知:近年來,各國加強了對該領域的研究,并相繼進行了演示驗證實驗,具體研究情況如表1所示。

由表1分析可知,目前尚存在如下科學問題亟待解決:

表1 國內外衛(wèi)星導航欺騙式干擾實驗測試情況分析Table 1 Analysis of spoofing jamming experiment for satellite navigation at home and abroad

1)國外已經(jīng)制造出低成本便攜式GNSS欺騙器的成熟產(chǎn)品,如美國得克薩斯州立大學[38-44]、伊朗科技大學[50-51]、韓國漢城大學[54]、葡萄牙里斯本大學[57]等,而國內對于欺騙式干擾的研究目前仍處于理論性研究和原理性驗證階段;

2)目前的欺騙式干擾技術主要是針對衛(wèi)星導航開展的[28-29,34-35,37,50-51,54,63],對于很多應用GNSS導航系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng)的組合導航模式下（例如INS/GPS、DVL/GPS等)的欺騙方法考慮不足,目前只有美國得克薩斯州立大學的Humpherys教授[38-44]和國防科技大學[65-66]對此方向有所研究;

3)對簡單位置欺騙研究較多,對航跡或路徑欺騙研究較少[48,54,67],而實用性更強的精確目標位置點欺騙研究幾乎沒有涉及;

4)欺騙式干擾技術雖然具有一定的隱蔽性,但是對于裝備有抗欺騙干擾儀器的用戶來說也是容易被檢測的[48,54,61],同時很多欺騙攻擊實驗環(huán)境的物理限制也是影響其隱蔽性的要素之一[28-29,36,58];

5)缺少針對衛(wèi)星導航欺騙控制策略的量化評價指標,很多學者更加偏重于研究分析欺騙攻擊成功所需要的實驗環(huán)境條件和設備精度要求[36,49],但是面向不同攻擊目標（無人機、無人車等)利用衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術使其完成特殊軍事任務（如定點捕獲或定向驅離等),目前缺乏量化指標體系對其成功性進行評價。

3 欺騙式干擾技術的未來發(fā)展趨勢

結合衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術在該領域上存在的問題,期待其在以下方面進行突破:

（1)提升虛假衛(wèi)星信號的生成質量,加大欺騙干擾攻擊的成功效率

同步生成式衛(wèi)星導航欺騙式干擾在目標接收機正常跟蹤真實衛(wèi)星信號的狀態(tài)下無需壓制而引導接收機逐漸偏移真實衛(wèi)星信號,因此其更易被接收機所捕獲[22-24];衛(wèi)星導航欺騙效果的隱蔽性是指虛假衛(wèi)星信號的接入不會引起目標接收機上基于導航狀態(tài)估計的新息檢查器預警;虛假衛(wèi)星信號的位置精度、速度精度、生成頻率以及它的作用范圍、與真實衛(wèi)星信號的比率也是影響欺騙干擾進攻成功與否的關鍵影響因素[36,49]。突破相關關鍵技術,提升虛假衛(wèi)星信號的生成質量,使其能迅速地、無縫地、隱蔽地接入到目標接收機中,可極大程度上增加實驗中欺騙干擾攻擊的成功率。

（2)依托相關硬件平臺的高集成化,形成便攜式一體化的欺騙系統(tǒng)

各類型衛(wèi)星信號模擬器是衛(wèi)星導航欺騙系統(tǒng)的重要組成部分,但是其體型龐大、費用較高,不適用于長距離運輸和大范圍部署。隨著相關硬件平臺的高度集成化和軟件無人電技術的高速發(fā)展,便攜式、小型化、低成本的欺騙系統(tǒng)將成為未來發(fā)展的主要方向[38-44,50-51,54,57],可成為信息化反無人作戰(zhàn)的攻堅力量。

（3)適應不同無人平臺的任務需求,優(yōu)化欺騙干擾策略的智能選擇

不同慣性導航精度、不同組合導航方式下,虛假衛(wèi)星信號對組合導航輸出結果的影響具有差異性[65-66];面向不同攻擊目標（無人機[38-43,54-57]、無人車[28-29,58]、無人船[44]),利用衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術使其完成特定任務（如定點捕獲或定向驅離等),也存在不同海、陸、空應用環(huán)境下的空間局限性。對導航終端技術進行全面梳理,在分析不同類型無人平臺的導航與控制機理基礎上,全方面獲取整個無人作戰(zhàn)體系的衛(wèi)星導航欺騙干擾策略,面對不同無人平臺的任務需求,智能化快速生成最優(yōu)欺騙干擾策略,形成組合導航終端的信息化作戰(zhàn)能力。

（4)結合多項科研技術的性能優(yōu)勢,打破單到多平臺欺騙的技術封鎖

以大量微小型無人平臺為載體形成作戰(zhàn)力量為未來信息化導航戰(zhàn)爭提供了新質作戰(zhàn)手段,依靠單一的衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術是很難達到理想效果的[59]。需要結合目標識別與跟蹤、無線電反制、多目標打擊等多項科研技術,建設集指揮控制、偵察與定位、干擾與欺騙為一體化的空域防御系統(tǒng),具備對無人集群目標實施 “偵、擾、打、攔”的反制手段。

4 結論

本文圍繞衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術展開綜述,主要對衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術的類別、發(fā)展趨勢以及技術問題進行了相關介紹。開展衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術的相關研究是當前衛(wèi)星導航防護與對抗背景下的必然選擇,研究衛(wèi)星導航欺騙式干擾技術有望形成:

1)近期目標:以衛(wèi)星信號軍民應用面臨的欺騙干擾威脅為背景,梳理衛(wèi)星導航欺騙干擾應用體系,針對典型軍民用戶應對欺騙干擾的薄弱環(huán)節(jié),開展衛(wèi)星導航欺騙關鍵技術研究,研制相應的原理樣機,并進行室內靜態(tài)基于組合導航終端的欺騙演示驗證。

2)中期目標:在實現(xiàn)近期目標的基礎上,深入研究基于衛(wèi)星導航欺騙的信號隱蔽性接入型關鍵技術,解決利用軌跡誘導的衛(wèi)星導航欺騙技術難題,開展基于實際衛(wèi)星信號的動態(tài)攻擊目標誘導仿真平臺演示驗證實驗。針對各類欺騙干擾模式,分別從欺騙攻擊的隱蔽性、欺騙過程中無人系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、衛(wèi)星導航欺騙控制效果的精準性分析等三個層面進行欺騙技術研究,探索建立衛(wèi)星欺騙干擾監(jiān)測與防護體系,進一步保障我國國防軍事/民事上的衛(wèi)星導航應用安全。

3)遠期目標:結合海、陸、空作戰(zhàn)應用環(huán)境,利用衛(wèi)星欺騙干擾原理樣機對無人戰(zhàn)車、無人機、無人艦艇等無人武器裝備進行室外欺騙干擾攻擊實驗,根據(jù)欺騙攻擊的結果評估衛(wèi)星典型軍民應用的欺騙干擾危害和反欺騙效能,提出可行的衛(wèi)星導航反欺騙對策與措施建議,促進反欺騙技術在軍民裝備中的應用力度,提高衛(wèi)星應用的安全性,為衛(wèi)星應用推廣與產(chǎn)業(yè)化及后續(xù)全球系統(tǒng)建設提供支撐。