GPS和北斗都被「幹掉」了，你還敢用導航嗎？
前段時間，有個關於北斗導航的文章火了，裡面介紹了中國科學院光電研究院的徐穎研究員，和她在中國科學院SELF講壇的演講《來自星星的燈塔》。
而江湖就是，一波未平，一波又起！
一周後。
「繼成功欺騙了所有民用GPS設備之後，團隊又盯上了北斗衛星」，「讓你的手機顯示你處在任何位置」，「操縱你的汽車導航，把你引到錯誤且危險的地點」，「讓正在飛行的無人機強行降落」。
乍一看到這些描述，你想到的是什麼？世界大戰爆發了？還是007又出新續集了？
都不是。這是XX公司在2015年發布的一款欺騙GPS模塊的設備，對北斗系統也同樣適用。在對外發布的信息中，他們著重強調了對衛星導航系統的欺騙能力，能任意修改定位結果，並據此進行錯誤的引導，簡單歸納總結起來可以概括為以下三句話：
1.我很牛，我可以隨意欺騙GPS。
2.我很牛，我還可以隨便欺騙北斗。
3.我很牛，我不但牛我還很便宜！
幾千塊錢成本的設備能讓耗資上百億的衛星導航系統都玩完兒？而且GPS、北斗無一倖免？那請問，這脆弱得像玻璃心小公舉一樣的系統怎麼在過去幾十年中苟活下來並且在全球範圍內推廣應用的呢？是欺騙技術用盡洪荒之力突然爆發了小宇宙，還是另有隱情？GPS和北斗，是欺騙技術面前的難兄難弟，還是相愛相殺的GNSS俱樂部喋血雙雄？
讓我們一起進入今天的走進科學——導航系統談欺騙與干擾：寶寶委屈，但是寶寶想說。（哈哈哈，就不說北斗和GPS、GLONASS、Galileo的愛恨情仇，我們是嚴謹的科普，拒絕八卦）
要回答清楚這個問題，首先我們要介紹一下衛星導航定位系統的定位步驟，簡單概括起來如下：
第一步， 發射衛星
第二步， 測量距離
第三步， 定位
以上步驟過於極簡主義風格，部分吃瓜群眾表示心情是這樣
好吧好吧，我們來認真嚴肅得描述一下衛星導航系統的三球定位原理，假設發射了衛星A、B、C在天上飛著。
發射的三顆衛星
首先，接收衛星A信號，測量衛星A到用戶的距離，在已知衛星A位置的情況下，可知用戶在以衛星A為球心，距離L為半徑的球體上；
其次，同理測量衛星B、衛星C到用戶的距離，可再得到兩個球；
最後，根據三球交匯原理，三個球上相交的那一點就是用戶的位置了。如果考慮鐘差因素（鐘差，指用戶設備與衛星之間的時鐘差），增加了一個未知數，就是四個未知數（三維位置加上鐘差），那就需要四顆衛星的四個觀測量，這就是衛星導航定位系統的基本原理。還看不懂的群眾，請好好地喝汽水吃瓜子啃辣條吧，乖，別學理科了啊。
在這樣的情況下，xx公司所提到的「欺騙」，就是扔給你一個錯誤的測量信息，讓你算出一個錯誤的位置信息，基本手段就是發射與衛星導航系統同頻率的錯誤信號，加大功率，讓導航終端最終鎖定到錯誤信號上，從而得出錯誤的導航定位結果。
那麼，這個會有什麼問題呢？
我們都知道導航信號是比較弱的，理論上來講，在功率上壓制導航信號確實是很容易做到的事情。
最大的問題在於，導航所用的頻段是通過國際電聯認證的，是衛星導航系統的專用頻段，任何組織或個人在這個頻段上發大功率信號造成對衛星導航定位系統的干擾，那都是違法的！小則造成局部混亂，大則引起國際糾紛。如果導航信號想發就發，那還要頻率協調幹嘛？大家都各自亂髮，空間信號就徹底亂成一鍋粥了。
導航系統的頻率分布圖
這就好像吃瓜群眾每天都出門倒垃圾，突然有一天有人對你說，你每天赤手空拳出門倒垃圾太危險了啊，我隨手拿把刀就捅死你了！
然並卵，吃瓜群眾也並不會因為這個就每天穿著盔甲出門倒垃圾啊，因為拿刀捅人是違法行為。
同樣的，有欺騙技術就有反欺騙技術，有干擾技術就有抗干擾技術，這才是真正值得PK的對手，這才是矛和盾的關係，一天到晚拿著刀欺負手無寸鐵的吃瓜群眾（無抗干擾反欺騙措施的民用接收機），這簡直是柿子挑軟的捏嘛。
事實上，基於衛星導航的電子對抗叫做導航戰，主要目的有兩點：一是盡量讓對手無法使用導航系統，這叫做干擾；二是盡量保證自己能夠有效使用導航系統，這叫抗干擾。
根據目的性，干擾可以分為有意干擾和無意干擾。
無意干擾是指由於電磁環境複雜而受到的其它信號的干擾；有意干擾又稱為惡意干擾，是指以干擾衛星導航系統為直接目的的干擾。新聞中所提到的正是此類，下面我們主要來講有意干擾。
在有意干擾中，按照干擾的手段不同又分為壓制干擾和欺騙干擾。壓制干擾技術主要通過發射大功率干擾信號，讓導航終端（比如手機啊、車載導航儀等）收不到導航信號，也無法顯示定位結果。
欺騙技術是指讓導航終端收到欺騙信號，顯示出一個錯誤的結果，比如加了家長微信的親們可以在發朋友圈的時候讓定位結果永遠顯示在宿舍、圖書館、食堂，展現出三點一線的完美理想生活，為每個月增加生活費和零花錢奠定良好的基礎。
針對干擾和欺騙技術，也相應的有眾多的抗干擾/反欺騙技術與之對抗，比如空時濾波技術、陣列天線技術、欺騙檢測、多系統RAIM技術等等，矛與盾孰輕孰重，這就需要進行詳細的深入技術研討了。
另外，對新聞中的幾處描述比較模糊的地方做個簡單的解讀。
來自xxx的黑客小組在2015年最重大的成績之一就是成功模擬GPS信號，欺騙所有採用GPS模塊的設備。
事實上，GPS信號的ICD是一直公開的，國內外的模擬器（模擬器能模擬GPS的信號，主要用於設備測試調試用）都已經是非常成熟產品了，這個對於所有做模擬器的公司來說都是必備技能而已。
2.讓你的手機顯示你正處在任何位置。
對於靜止用戶來說問題不大，對於動態用戶來說，用戶是有既定的運動軌跡的啊，且不說怎麼使造假的數據與用戶的軌跡相吻合，怎麼可能隨意設置位置呢，難道用戶當真是好傻好天真，自己在往哪個方向走都不曉得么？
3.在原理上，北斗衛星導航和GPS高度重合，並且採用了同一頻段。
這段話寫得有些令人遐想。事實上，全世界的衛星導航定位系統的原理都是高度重合的，都是基於三球定位原理，都是通過測量時間來測量距離。這就好像全世界的回鍋肉原理都是一樣的，區別不過在於刀工、火候、作料等方面。
4.所謂重放攻擊，就是把北斗衛星發射的信號用類似錄音機的設備「錄」下來，再放給接收設備聽。如果它聽懂了，並且相信了這個假的信號，說明欺騙成功了
如果沒看錯的話，這就是簡單的信號存儲再播發的功能，客觀的說技術含量相當有限。
所以雖然新聞說的好像是黃金聖衣一樣牛逼閃閃的東西，其實只是淘寶的賣家秀，和買家秀的差距我相信你懂的 。
So，everyone，回到標題那個問題，你還敢用導航嗎？
我們當然敢用導航，手無寸鐵的民用接收機有法律保護，重點的行業用/軍用接收機有各種抗干擾/反欺騙技術加持，為毛我們會不敢用導航？
出品：科普中國
製作：中國科學院光電研究院 徐穎
監製：中國科學院計算機網路信息中心
感謝清華大學李洪副教授對本文的技術支持！
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