Spoofing

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欺骗是指故意广播虚假信号以欺骗全球导航卫星系统 (GNSS) 接收器。与完全阻止 GNSS 信号的干扰不同，欺骗会诱使接收器计算错误的位置、速度或时间 (PVT) 解决方案。这种欺骗可能会在航空、海上导航、自动驾驶车辆、军事行动和关键基础设施中造成严重后果。

欺骗如何工作？

欺骗干扰器生成并传输高度模仿真实卫星信号的伪造 GNSS 信号。因此，这些信号可以压制合法信号，并导致接收器锁定错误的导航数据。攻击者逐渐增加伪造信号的强度，并夺取对接收器位置或时间解算方案的控制。在某些情况下，接收器无法检测到这种转换。

为了实施成功的欺骗攻击，攻击者首先将伪造信号与真实的卫星数据进行同步。接着，欺骗器复制 GNSS 信号结构并修改导航数据，以误导目标接收器。此外，先进的欺骗器可以使用复杂的信号发生器来模拟整个卫星星座的信号。因此，它们可以在维持看似合法的信号环境的同时，操纵接收器的导航解算方案。

检测技术

有几种方法可以帮助检测 GNSS 欺骗：

• 信号强度分析： Spoofing 信号通常表现出异常的功率水平或突然增加。
• 到达时间不一致：接收器可以识别卫星信号到达时间上的差异。
• 到达角 (AOA) 检测：天线阵列检测到异常的信号方向，从而揭示虚假来源。
• 多星座和多频监测：比较多个 GNSS 系统（GPS、Galileo、GLONASS）有助于识别异常情况。
• 惯性导航系统 (INS) 集成：INS 提供独立于 GNSS 的位置更新，用作针对欺骗数据的交叉检查。

反欺骗措施

为了对抗欺骗，系统设计人员实施了基于硬件和软件的方法：

1 – 密码 GNSS 信号：现代化的 GNSS 系统，如 Galileo（使用 OSNMA）和 GPS（使用 M 代码）提供经过身份验证的信号，但并非所有民用接收器都支持这些信号。

2 – 接收器设计改进：反欺骗算法比较信号参数、时间和方向，以滤除恶意输入。

3 – 传感器融合：将 GNSS 与惯性传感器、气压计、磁力计和视觉里程计相结合，使欺骗的有效性降低，因为导航解决方案不再仅仅依赖于卫星信号。

军用级系统通常嵌入这些功能，但它们在商业应用中（如自主无人机和航运）中变得越来越普遍。这些系统可用于缓解欺骗、干扰或阻塞。

我们对未来有哪些发展期望？

随着导航系统变得越来越自主并依赖卫星信号，Spoofing 的风险也在增加。自动驾驶汽车、无人驾驶飞行器 (UAV) 和城市空中交通等新兴行业需要值得信赖的导航数据。政府和行业必须采用弹性的导航架构，该架构集成了多源验证、强大的传感器融合和加密的定位数据。

综上所述，欺骗（spoofing）是一种无声且具有欺骗性的威胁，它能够在不触发警报的情况下篡改系统的导航数据。通过了解其运作方式、检测其存在并实施强大的反制措施，工程师和操作人员能够保护导航系统，并维护对全球移动和定位技术的信任。