GPS干扰已延伸至低轨太空，五角大楼加速卫星星座建设

专家表示，乌克兰周边地区的GPS信号干扰已变得极其严重，甚至影响到距离地球表面高达1200英里（约1930公里）的卫星，这有力地说明了太空军和五角大楼为何正在加紧加固这一无处不在的服务。

“我们拥有（航空宇宙公司运营的）全部立方体卫星（cubesats）接收GPS（信号细节）的图像，乌克兰上空区域因干扰出现一个巨大空洞，”联邦政府资助的研发中心——航空宇宙公司（Aerospace Corporation）的约翰·詹斯基（John Janeski）在ASCEND年度航天产业大会上表示。

俄罗斯和乌克兰都在发射强大的干扰信号以干扰精确制导武器和无人机的制导系统。不过詹内斯基表示，这种干扰“正向上渗透到太空环境中并影响卫星”。

该中心的微型10立方厘米卫星装有GPS接收器，詹内斯基表示，主要是为了让卫星知道时间。鉴于近地轨道卫星绕地球运行的速度——约每小时17,500英里（约28,163公里）——干扰仅在它们飞越乌克兰上空时每次影响“几分钟”。

“但如果这种情况变得越来越普遍，它可能在太空中产生一些区域，使得近地轨道卫星无法从GPS和其他定位、导航与授时（PNT）星座所在的中地球轨道（距离地表11,000-15,000英里，约17,703-24,140公里）获取（定位、导航与授时）信号，”詹内斯基表示。

GPS干扰、阻塞和欺骗已成为乌克兰和中东等冲突地区的常见且众所周知的现象，影响着航空和海上交通。其对其他卫星的影响报道较少——但可能同样关键。

像SpaceX的星链（Starlink）这样的大型近地轨道星座中的卫星需要精确知道时间和位置，以便与星座中的其他卫星同步操作，并知道何时以及如何向地面发送信号。而美国国防部正在积极扩大对此类星座的使用——商业太空办公室（Commercial Space Office）去年底将其“分布式低地球轨道（PLEO）天基服务”计划的最大额度从9亿美元扩大到130亿美元，理由是国防部各部门都有需求。

事实上，近地轨道中的大多数卫星都使用GPS——这再次提醒人们GPS在全球经济中的无处不在和不可或缺性，空军负责太空采办与集成的助理部长办公室PNT主管克里斯托弗·埃里克森（Christopher Erickson）表示。

埃里克森说，大多数人认为GPS是一种导航工具，他强调他是以个人身份发言，不代表空军或国防部的观点。但事实上，对于企业和全球经济而言，它所提供的时间服务更为重要。

他说，金融系统、电网、互联网，实际上任何计算机网络都需要精确的时间才能正常运行，而这一事实却鲜为人知。

“许多（企业）甚至不知道自己的时间精度要求是什么，”他说。“如果你在制造一辆自动驾驶出租车之类的设备，并在其中安装了GPS，它就能获得精确的时间。如果突然没有了GPS，那辆车需要什么样的时间精度要求才能使其系统正常运作？你怎么知道？你从来不需要解决这个问题。”

干扰与抗干扰

詹内斯基警告说，五角大楼和私营企业都不能再想当然地依赖GPS了，这在很大程度上是因为其信号相对容易被干扰。卫星通信信号是“爆发式发射”的，而GPS信号本质上较弱，他说。

“这就像一个嘈杂的房间，”他解释道，“一个卫星通信信号就像有人在房间里大喊大叫。你能清楚地听到他们。而一个GPS信号就像有人在耳语。”通常，因为接收机知道频率，“它基本上可以从噪声背景中提取信号并进行处理。”但相对于噪声背景，信号的微弱性使其“相对容易受到干扰，正如我们所看到的，”他说。

欺骗（Spoofing）稍微困难一些，但詹内斯基说，技术现状使得国家行为体和极端组织都有可能购买到所需的硬件来实施欺骗。

“好消息是，”詹内斯基补充道，“抗干扰技术的开发已取得进展，使得‘看似脆弱的GPS组成部分，更具弹性’。”

例如，受控接收方向图天线（Controlled reception pattern arrays,CRPAs）是一种使用多个天线单元的阵列天线系统。接收机感知强干扰信号来自哪个方向，并关闭该方向的天线接收。詹内斯基说，结合复杂的信号处理，这些天线“基本上将干扰信号从接收机的处理链中移除，这样干扰能量就不会进入接收机，接收机仍然可以工作。”

CRPAs可在商业市场上买到，尽管那些拥有更多单元的更复杂型号受到武器出口管制条例的限制。“如果你把它装在客机上，它只能飞国内航线，”詹内斯基说，这意味着它们目前无法用于应对欧洲或中东的GPS干扰。

洛克希德·马丁太空公司（Lockheed Martin Space）导航系统副总裁马利克·穆萨维尔（Malik Musawwir）表示，对于军方而言，最新一代GPS卫星也广播更强大、加密的信号，未来的升级还会带来更多的抗干扰改进。

穆萨维尔解释说，目前在GPS星座中运行的31颗卫星中，有8颗是最新一代，称为GPSIII。这些卫星广播一种新型GPS信号，称为M码（M-Code）。它的功率更大，因此抗干扰能力更强，而且经过加密，这使得它很难被欺骗。

洛克希德·马丁公司提供的

下一代GPSIII后续型（GPSIIIF）卫星概念图

穆萨维尔说，在项目过渡到第11颗及之后的GPSIII后续型（GPSIII Follow-On,GPS IIIF）卫星之前，还将再发射两颗GPSIII卫星。除了M码，GPSIIIF还将具备一项名为区域军事防护（Regional Military Protection,RMP）的新能力。RMP允许卫星将M码广播聚焦在直径仅为1200公里（约746英里）的较小区域内，这意味着信号强度提高了60倍。

“可以想象一下，就像用拇指盖住花园软管的末端，增加了所有喷出水的流速一样，”他说。

专家们表示，最终，无线电频谱的特性和GPS信号传输必须跨越的距离意味着物理学规律对干扰者有利。这就是为什么太空军正在寻求量子惯性定位（quantum inertial positioning）等GPS替代方案的原因。但詹内斯基说，即使是一个替代性的定位导航系统，允许用户在GPS拒止环境中“跛行”（limp through），也无法提供关键的时间元素。

“所以目前还没有一种万灵丹（silver bullet），”他说。就像互联网一样，由于GPS提供多种不同的服务，单一的替代方案很可能无法替代所有这些服务。“这就像互联网中断了。你最喜欢的互联网替代品是什么？”

>End

本文转载自“电波之矛”，原标题《GPS干扰已延伸至低轨太空，五角大楼加速卫星星座建设》。

为分享前沿资讯及有价值的观点，太空与网络微信公众号转载此文，并经过编辑。

未按照规范转载及引用者，我们保留追究相应责任的权利

部分图片难以找到原始出处，故文中未加以标注，如若侵犯了您的权益，请第一时间联系我们。

HISTORY/往期推荐

充满激情的新时代，

充满挑战的新疆域，

与踔厉奋发的引领者，

卓尔不群的企业家，

一起开拓，

一起体验，

一起感悟，

共同打造更真品质，

共同实现更高价值，

共同见证商业航天更大的跨越！

——《太空与网络》，观察，记录，传播，引领。

·《卫星与网络》创始人：刘雨菲

·《卫星与网络》副社长：王俊峰

·微信公众号（ID：satnetdy）团队

编辑：艳玲、哈玫，周泳、邱莉、黄榕、娜娜

主笔记者：李刚、魏兴、张雪松、霍剑、乐瑜、稻子、赵栋

策划部：杨艳、若㼆、李真子

视觉总监：董泞

专业摄影：冯小京、宋伟

设计部：顾锰、潘希峎、杨小明

行政部：姜河、林紫

业务部：王锦熙、瑾怡

原创文章转载授权、转载文章侵权、投稿等事宜，请加微信：15910858067

商务合作；展览展厅设计、企业VI/CI及室内设计、企业文化建设及品牌推广；企业口碑传播及整体营销传播等，请加微信：13811260603

杂志订阅，请加微信：wangxiaoyu9960

·卫星与网络各分部：

成都分部负责人：沈淮

长沙分部负责人：宾鸿浦

西安分部负责人：郭朝晖

青岛分部负责人：江伟

·卫星与网络总部负责人：农燕

·会议活动部负责人：乔颢益、许克新、董今福

· 投融资及战略层面合作：刘雨菲

·本平台签约设计公司：一画开天（北京）文化创意设计有限公司

· 航天加（深圳）股权投资基金管理负责人：杨艳