1、全球导航卫星系统的安全与保障

全球导航卫星系统的安全与保障

1. 引言

全球导航卫星系统（GNSS）如今已成为现代社会不可或缺的一部分，众多行业和人们每天都依赖它来确定位置以及与卫星上的原子钟进行时间同步。然而，随着GNSS在各个领域的广泛应用，其安全问题也日益凸显。攻击者不断寻找新的方法来利用GNSS的特性，对系统的可靠性构成了严重威胁。GNSS接收器尤其容易受到阻塞、干扰和欺骗这三种恶意攻击。

GNSS通过卫星广播的电磁信号，为用户提供高精度的位置、速度和时间（PVT）信息。接收器利用三边测量原理计算PVT，通过测量信号到达接收器的时间来计算伪距，进而确定用户的真实坐标。

GPS空间段由六个轨道平面组成，每个平面至少有四颗卫星。美国国防部通常会在轨道上部署超过24颗卫星，以确保全球任何位置的用户都能至少连接到四颗卫星。GPS卫星以每秒50次的频率在L1、L2和L5三个载波频率上传输包含导航消息和伪随机噪声码的信号。其中，L1和L5频段用于民用，L2频段用于军事。L5频段是最新的民用频段，具有更高的载波信号传输功率，信号更难被中断，接收器也能更快地检测到。

GNSS信号容易被高楼和金属结构阻挡，为了保持与卫星的连接，接收器会接收地面或其他表面反射的信号，即折射或多径信号。但这些信号会降低定位精度，因为它们到达接收器的时间更长，且包含更多噪声。此外，地球大气层会折射GNSS信号，导致电离层效应和对流层延迟，影响伪距计算的准确性。

除了物理挑战，GNSS用户还面临着人为的恶意攻击。常见的攻击类型包括干扰攻击和欺骗攻击。干扰攻击是指攻击者在与GNSS信号相同的频率上发射充满白噪声的信号，以中断接收器与卫星的连接。欺骗攻击则更为危险，攻击者不仅会阻塞真实的GNSS信号，还会用