比预想严重得多! 卫星图像揭示大规模的GPS信号篡改

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作者：Tereza Pultarova

编译：张雨荷

编排：喻思敏

后台：李子琦

https://www.space.com/astronomy/stars/scientists-just-found-a-supercharged-supernova-powered-up-by-a-magnetic-star-corpse

“当我们开始在欧洲上空进行观测时，很快就发现那里发生着一些不寻常的事情。”

图注：GPS 导航卫星概念图。近年来，这类卫星越来越频繁地成为信号干扰的攻击目标。

图片来源：Lockheed Martin / U.S. Space Force

一颗实验卫星首次从太空绘制出了欧洲和中东地区 GPS 信号干扰的分布图，揭示了全球导航卫星系统（GNSS）干扰问题远比预期更加严重。

这项研究结果令项目团队感到意外。数据显示，不仅远距离绕地球运行的卫星会遭遇PNT（定位、导航和授时）信号退化，其他卫星同样会面临这一问题，这可能会影响它们的性能和运行安全。

这些新测量数据来自总部位于加利福尼亚州的初创公司Xona Space Systems研发的实验卫星Pulsar-0。这颗卫星是新型“Pulsar”导航星座的首颗验证卫星，目前运行在距地约500公里的近地轨道上，用于验证Xona公司的相关技术。该公司计划从今年晚些时候开始部署由约 300 颗卫星组成的完整导航星座。

Pulsar星座的目标，是提供比美国GPS、欧洲的Galileo以及中国的北斗卫星导航系统更具抗干扰能力的导航服务。如今，GNSS 提供的PNT信号已经成为现代社会的重要基础设施。电力系统运行，金融交易，石油钻探作业，航空与航海导航，通信网络同步等都依赖于这些信号。

然而，由于 GNSS 卫星通常位于约 2 万公里高的轨道，它们发射到地面的信号非常微弱，因此极易受到干扰。

近年来，GNSS 干扰（Jamming）和欺骗（Spoofing）已成为全球性问题。

干扰（Jamming）：利用强噪声覆盖真实导航信号。

欺骗（Spoofing）：发送伪造导航信号，使接收机计算出错误位置。

例如，俄罗斯在西部边境地区部署的电子干扰设备，会持续影响当地 GPS 信号，官方称其目的是防御乌克兰无人机袭击。每个月都有数万架途经该地区的航班受到影响。在中东地区，各方也广泛使用干扰与欺骗技术，以躲避无人机攻击或隐藏船舶位置。

图注：Pulsar-0 绘制出了迄今最精确的 GNSS 干扰分布图。

图片来源：Xona

Xona 的导航系统采用与 GPS 类似的信号机制，但信号强度预计可达到传统 GNSS 的 100 倍，从而大幅提升抗干扰能力。为了验证兼容性，Pulsar-0 同时搭载了一台 GPS 接收机。然而，当研究团队在卫星发射数月后首次开启这台接收机时，他们对接收器报告的欧洲及中东部分地区信号退化程度之严重感到震惊。

Xona联合创始人Kaz Gunning表示：

“例如，当我们飞越北美时，几乎总能接收到非常漂亮的信号。”

“但当我们开始在欧洲上空进行观测时，很快发现那里发生着一些不寻常的事情。”

“我们原本预计会看到一些干扰现象，但实际情况比预想严重得多。”

在受影响最严重的区域，卫星接收到的 GPS 信号强度从正常的约 40 分贝下降到仅 10 分贝左右。

Gunning指出，由于Pulsar-0位于500公里高空，因此该地图并不完全代表地面用户所经历的干扰程度。但它清楚地表明：从法国一路延伸到巴基斯坦边境的大范围区域内，近地轨道卫星都会遭受不同程度的 GPS 信号干扰。

这些测量结果表明，近地轨道（LEO）上的卫星仍可能受到地面干扰器的影响，而且这些卫星用于同步运行时间及确定空间位置所需的PNT信号并非总是可靠的。

“一旦飞越这些区域，GPS信号就会消失，” Gunning解释道。“这对试图定位拍摄特定区域图像的成像卫星来说可能是一个问题。没有GPS信号，就无法确定高度，也无法进行定位。甚至无法精确指向地面上的遥控天线。这通常会扰乱卫星的运行。”

包括SpaceX的星链在内的大型卫星星座，也依赖 GPS 数据来避免与其他航天器发生碰撞。

图注：Pulsar-0 发现，地缘冲突地区上空的 GNSS 信号受到的干扰尤为严重。（图片来源：Xona）

除了人为干扰之外，太阳风暴也是导航系统的重要威胁。例如2024年5月爆发的 Gannon超级地磁暴，曾导致GNSS信号严重畸变，使美国部分地区的自动化精准农业设备连续数天无法正常运行。因此，全球科技企业和研究机构都在争分夺秒地寻找备用解决方案，以确保当 GNSS 系统失效时，依然能够传输PNT信号，以确保关键基础设施仍能正常运转。

Xona希望，未来全面部署的Pulsar星座能够显著提高导航系统的可靠性。根据公司的模拟结果，现有的干扰设备在面对Pulsar信号时只能影响到目前其干扰范围的约5%。

“干扰的影响范围将会缩小，” Gunning说。“干扰区域会缩小，完全封锁的半径也会缩小。”

Xona 计划于今年10月发射首批6颗卫星，并随后快速扩大生产规模。今年3月，该公司刚刚完成1.7亿美元的C轮融资，并希望在2027年初开始提供基础服务。

Xona的通讯负责人Max Eunice表示：“我们预计，今年年底首批客户就能够开始使用 Pulsar服务，但覆盖范围将不稳定。” “随着后续卫星不断发射，Pulsar的能力将持续增强，并逐步覆盖更多应用场景和客户群体。”

责任编辑：张雨荷

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图片来源: X射线: NASA/CXC/UCLA/Z. Zhu et al.; ESA/XMM-Newton; 可见光: PanSTARRS; 射电: MeerKAT; 红外光（JWST）: NASA/ESA/CSA/STScI;

图像处理: NASA/CXC/SAO/L. Frattare and P. Edmonds

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