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前几天不少南京人突然发现自己的导航地图失灵了,定位服务接连出现异常,有的网友定位直接飘到了玄武湖里,导航界面上的车辆图标在移动,但道路信息却没了,还一直报错误提示,搞得在一些复杂路段开车的网友措手不及。

还有的网友骑共享单车,才骑了五六分钟,结果准备关锁还车时,软件却弹窗提示 " 显示超出运营范围 ",并且 " 死活关不了锁 ",在尝试强制关锁后,更离谱的是,订单居然是按定位在 57 公里外的某处作为终点结算的。

美团、淘宝闪购等平台内置的导航系统也同时罢工,这边外卖小哥发现无法规划送餐路径,只能凭印象找,那边等外卖的网友则发现,订单预估时间不断后延,想吃顿外卖也难。
不过好在失灵的时间不算长,到晚上十点的时候就恢复正常了,当时引起了不少网友的猜测,对此,高德先是回应称,这次南京定位失灵不是产品问题,而是部分区域存在信号干扰源。

后来,南京卫星应用行业协会 19 日发布声明,说这次导航失灵的核心原因是 GNSS 卫星信号(含北斗、GPS)受到临时干扰压制,如果是重大活动安保所需的临时信号管控措施,也属于行业内常规安全保障手段。

▲卫星干扰的几种类型
还说本次异常中北斗与 GPS 信号同步受影响,恰恰印证了我国北斗系统民用频段规划的前瞻性战略眼光,这到底是怎么回事呢?

卫星信号也能干扰?
这次声明也就是说,南京这回导航失灵很可能是官方主动做的临时干扰压制,而不是被动的第三方干扰,在很多人印象中,似乎咱们的电台还有手机通信容易被干扰,这卫星信号咋还能被干扰呢?

实际上,在卫星制导弹药普遍应用后,各军事大国很快就开发出了专门干扰 GPS 信号的设备。早在 2003 年的伊拉克战争期间,GPS 卫星干扰设备就已经大规模的出现在战场上了。
在战争初期,伊拉克军方至少使用了 6 台大功率 GPS 干扰机,有效地干扰了 100 多枚 GPS 制导武器,使其没有击中目标而坠毁在沙漠中。
要想了解卫星导航信号为何会被干扰,就需要首先要了解卫星导航的系统组成,咱们以 GPS 为例,这个系统由卫星、地面控制站和用户接收机组成。

干扰 GPS 信号的目的肯定就是不想让用户接收到准确的信号,那么就得干扰这三个组成部分的其中一个或者都干扰掉,当然了,最容易的就是直接把用户接收机遮挡起来。
像咱们平时就在室内的时候,GPS 信号就会降低或失灵,可问题是,你不可能找每个用户去遮挡他们的接收机,所以那就只能直接干扰 GPS 卫星发射的信号。

GPS 卫星距离地面约 20200 公里,信号传输到地面时强度极低,仅为 - 158.5dBW,相当于在喧闹广场上听清百米外的悄悄话。
这个信号本质上也就是电磁波,那么就肯定讲究信噪比,也就是接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号(噪声和干扰)的强度的比值。

▲四种不同信噪比示例
理论上讲,只要地面上有另外的发射源,发射跟 GPS 信号频率相近或者相似的信号,就能干扰一定范围内的 GPS 信号,而要实现干扰,可以有两个途径,也就是压制或者欺骗。
干扰手段
压制干扰是相对直接而粗暴的手段,它主要是通过发射宽带噪声信号或特定频段的强信号,使其功率远高于卫星导航信号,把卫星导航信号淹没在其中,形成一片 " 信号迷雾 "。

这样就使得在一定区域内,接收机前端的射频电路被强烈的干扰信号所占据,难以分辨出有用的导航信号,无法实现定位、导航和授时等功能。
压制干扰的优点是简单粗暴,技术难度较小,反正就是不管啥频率全给你一锅炖了,但所需干扰功率较大,所以,干扰设备的体积、重量以及能耗都相对较大。

另一方面,压制干扰干扰效果不好精准控制,往往会对一定范围内的其他无线电信号产生附带干扰,容易引起敌我双方的通信、雷达等系统的相互干扰,且容易暴露干扰源的位置,为敌方的反制措施提供线索,所以现在用压制干扰的不多。
与压制干扰不同,欺骗干扰则更为隐蔽,且迷惑性非常强,它主要是模仿真实卫星信号的结构、频率、码序列等特征,但会故意修改其中的一些关键参数,如伪距码的相位、导航电文信息等,使接收机误把虚假信号当作真实的卫星信号进行处理,从而得出错误的导航定位结果。

欺骗干扰的优点就是隐蔽性非常高,因为其干扰信号跟真实信号非常像,接收机很难通过简单的信号强度检测或频谱分析等手段发现异常。
而且,欺骗干扰设备的功率要求相对压制干扰较低,这使得其在小型化、轻量化以及隐蔽部署方面更具优势,可广泛应用于各种平台和场景中。

至于缺点嘛,就是技术难度比较高,要实现欺骗就必须了解 GPS 卫星的码型,还有当时发出的电文数据等信息,这需要很高的解码水平。
当然了,这对于大国来说并不是什么难事,像现在市面上就有小型的欺骗式干扰机,比大号手机差不多,12 伏电池供电,输出功率 100 毫瓦的,单台设备就能干扰半径 16 公里范围内的 GPS 接收机。

▲ GPS 信号屏蔽器
2023 年年底,广西南宁的监测中心技术人员就曾在邕宁区开展监测时,发现 GPS L1 频段有一宽带不明信号,覆盖范围 1550-1600MHz,给民航飞行安全带来干扰隐患。

技术人员迅速通过移动测向和徒步测向相结合的方式,确定不明信号为附近某抵押车场内设置使用的 1 台信号屏蔽器,结果车场负责人表示安装干扰器是为了屏蔽抵押车上安装的 GPS 定位信号,以防止车辆被盗。

▲抵押车场使用的信号屏蔽器
所以说,这次南京的卫星导航失灵,大概率就是欺骗式干扰的影响,使北斗、GPS 民用频段的定位信号无法被接收机识别。
这个官方通报里,还提到了为什么即使下载离线地图,也没法进行导航的问题,这个其实很简单,你手机都没有导航信号了,这个离线地图也就是个电子版的纸质地图而已,你在哪儿,要去哪儿,就得结合地图根据现地判定了。

通报中还说北斗与 GPS 信号同步受影响,恰恰印证了我国北斗系统民用频段规划的前瞻性战略眼光,说白了就是咱们的北斗民用信号频段就是跟 GPS 民用信号频段重合的。

其实,目前世界上有美国的 GPS、中国的北斗、欧洲的伽利略和俄罗斯的格罗纳斯 4 个主要的全球导航卫星星座,都把第一频段设为民用的,中心频率都是 1575.42MHz,互相兼容。
这是中美俄欧四方达成的兼容互操作协议,主要是为了方便民间用户用一种天线设置就能够接收 4 个星座的信号,改善导航性能。

不过这 4 个导航系统即便是在相同的信号频段,也采用了不同的调制方式, GPS 采用的是二进制相位调制,北斗是采用的是正交移相键控调制方式,格洛纳斯系统采用了二进制偏移载波调制,伽利略系统采用了复合二元偏移载波调制。

所以说,即使有人在 1575.42MHz 这个频率上释放干扰,阻止用户使用 GPS 信号,由于信号调制方式不同,所以并也不妨碍北斗用户从干扰信号中解算出来正确的导航信息。
为了避免干扰影响自己作战,美国军方早已经开通了第 3 个信号频率也就是 l5,并且采用了新的军用 M 码,咱们的北斗系统也采用军民频段分离设计,军用频率为专属保密频段,与民用频段物理隔离。

而且军用系统搭载全数字抗干扰技术、自适应智能滤波算法等核心技术,可精准识别并过滤干扰信号,具备极强的抗干扰与抗欺骗能力,也就不用担心被这次导航失灵的原因影响了。
所以,下回再有这种情况的时候,大家就应该有经验了。


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