比預(yù)想嚴(yán)重得多! 衛(wèi)星圖像揭示大規(guī)模的GPS信號篡改

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作者：Tereza Pultarova

編譯：張雨荷

編排：喻思敏

后臺：李子琦

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

“當(dāng)我們開始在歐洲上空進(jìn)行觀測時，很快就發(fā)現(xiàn)那里發(fā)生著一些不尋常的事情。”

圖注：GPS 導(dǎo)航衛(wèi)星概念圖。近年來，這類衛(wèi)星越來越頻繁地成為信號干擾的攻擊目標(biāo)。

圖片來源：Lockheed Martin / U.S. Space Force

一顆實驗衛(wèi)星首次從太空繪制出了歐洲和中東地區(qū) GPS 信號干擾的分布圖，揭示了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）干擾問題遠(yuǎn)比預(yù)期更加嚴(yán)重。

這項研究結(jié)果令項目團(tuán)隊感到意外。數(shù)據(jù)顯示，不僅遠(yuǎn)距離繞地球運行的衛(wèi)星會遭遇PNT（定位、導(dǎo)航和授時）信號退化，其他衛(wèi)星同樣會面臨這一問題，這可能會影響它們的性能和運行安全。

這些新測量數(shù)據(jù)來自總部位于加利福尼亞州的初創(chuàng)公司Xona Space Systems研發(fā)的實驗衛(wèi)星Pulsar-0。這顆衛(wèi)星是新型“Pulsar”導(dǎo)航星座的首顆驗證衛(wèi)星，目前運行在距地約500公里的近地軌道上，用于驗證Xona公司的相關(guān)技術(shù)。該公司計劃從今年晚些時候開始部署由約 300 顆衛(wèi)星組成的完整導(dǎo)航星座。

Pulsar星座的目標(biāo)，是提供比美國GPS、歐洲的Galileo以及中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)更具抗干擾能力的導(dǎo)航服務(wù)。如今，GNSS 提供的PNT信號已經(jīng)成為現(xiàn)代社會的重要基礎(chǔ)設(shè)施。電力系統(tǒng)運行，金融交易，石油鉆探作業(yè)，航空與航海導(dǎo)航，通信網(wǎng)絡(luò)同步等都依賴于這些信號。

然而，由于 GNSS 衛(wèi)星通常位于約 2 萬公里高的軌道，它們發(fā)射到地面的信號非常微弱，因此極易受到干擾。

近年來，GNSS 干擾（Jamming）和欺騙（Spoofing）已成為全球性問題。

干擾（Jamming）：利用強(qiáng)噪聲覆蓋真實導(dǎo)航信號。

欺騙（Spoofing）：發(fā)送偽造導(dǎo)航信號，使接收機(jī)計算出錯誤位置。

例如，俄羅斯在西部邊境地區(qū)部署的電子干擾設(shè)備，會持續(xù)影響當(dāng)?shù)?GPS 信號，官方稱其目的是防御烏克蘭無人機(jī)襲擊。每個月都有數(shù)萬架途經(jīng)該地區(qū)的航班受到影響。在中東地區(qū)，各方也廣泛使用干擾與欺騙技術(shù)，以躲避無人機(jī)攻擊或隱藏船舶位置。

圖注：Pulsar-0 繪制出了迄今最精確的 GNSS 干擾分布圖。

圖片來源：Xona

Xona 的導(dǎo)航系統(tǒng)采用與 GPS 類似的信號機(jī)制，但信號強(qiáng)度預(yù)計可達(dá)到傳統(tǒng) GNSS 的 100 倍，從而大幅提升抗干擾能力。為了驗證兼容性，Pulsar-0 同時搭載了一臺 GPS 接收機(jī)。然而，當(dāng)研究團(tuán)隊在衛(wèi)星發(fā)射數(shù)月后首次開啟這臺接收機(jī)時，他們對接收器報告的歐洲及中東部分地區(qū)信號退化程度之嚴(yán)重感到震驚。

Xona聯(lián)合創(chuàng)始人Kaz Gunning表示：

“例如，當(dāng)我們飛越北美時，幾乎總能接收到非常漂亮的信號。”

“但當(dāng)我們開始在歐洲上空進(jìn)行觀測時，很快發(fā)現(xiàn)那里發(fā)生著一些不尋常的事情。”

“我們原本預(yù)計會看到一些干擾現(xiàn)象，但實際情況比預(yù)想嚴(yán)重得多。”

在受影響最嚴(yán)重的區(qū)域，衛(wèi)星接收到的 GPS 信號強(qiáng)度從正常的約 40 分貝下降到僅 10 分貝左右。

Gunning指出，由于Pulsar-0位于500公里高空，因此該地圖并不完全代表地面用戶所經(jīng)歷的干擾程度。但它清楚地表明：從法國一路延伸到巴基斯坦邊境的大范圍區(qū)域內(nèi)，近地軌道衛(wèi)星都會遭受不同程度的 GPS 信號干擾。

這些測量結(jié)果表明，近地軌道（LEO）上的衛(wèi)星仍可能受到地面干擾器的影響，而且這些衛(wèi)星用于同步運行時間及確定空間位置所需的PNT信號并非總是可靠的。

“一旦飛越這些區(qū)域，GPS信號就會消失，” Gunning解釋道。“這對試圖定位拍攝特定區(qū)域圖像的成像衛(wèi)星來說可能是一個問題。沒有GPS信號，就無法確定高度，也無法進(jìn)行定位。甚至無法精確指向地面上的遙控天線。這通常會擾亂衛(wèi)星的運行。”

包括SpaceX的星鏈在內(nèi)的大型衛(wèi)星星座，也依賴 GPS 數(shù)據(jù)來避免與其他航天器發(fā)生碰撞。

圖注：Pulsar-0 發(fā)現(xiàn)，地緣沖突地區(qū)上空的 GNSS 信號受到的干擾尤為嚴(yán)重。（圖片來源：Xona）

除了人為干擾之外，太陽風(fēng)暴也是導(dǎo)航系統(tǒng)的重要威脅。例如2024年5月爆發(fā)的 Gannon超級地磁暴，曾導(dǎo)致GNSS信號嚴(yán)重畸變，使美國部分地區(qū)的自動化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)設(shè)備連續(xù)數(shù)天無法正常運行。因此，全球科技企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在爭分奪秒地尋找備用解決方案，以確保當(dāng) GNSS 系統(tǒng)失效時，依然能夠傳輸PNT信號，以確保關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施仍能正常運轉(zhuǎn)。

Xona希望，未來全面部署的Pulsar星座能夠顯著提高導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)公司的模擬結(jié)果，現(xiàn)有的干擾設(shè)備在面對Pulsar信號時只能影響到目前其干擾范圍的約5%。

“干擾的影響范圍將會縮小，” Gunning說。“干擾區(qū)域會縮小，完全封鎖的半徑也會縮小。”

Xona 計劃于今年10月發(fā)射首批6顆衛(wèi)星，并隨后快速擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。今年3月，該公司剛剛完成1.7億美元的C輪融資，并希望在2027年初開始提供基礎(chǔ)服務(wù)。

Xona的通訊負(fù)責(zé)人Max Eunice表示：“我們預(yù)計，今年年底首批客戶就能夠開始使用 Pulsar服務(wù)，但覆蓋范圍將不穩(wěn)定。” “隨著后續(xù)衛(wèi)星不斷發(fā)射，Pulsar的能力將持續(xù)增強(qiáng)，并逐步覆蓋更多應(yīng)用場景和客戶群體。”

責(zé)任編輯：張雨荷

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NASA的錢德拉發(fā)現(xiàn)可能的超新星遺跡

圖片來源: X射線: NASA/CXC/UCLA/Z. Zhu et al.; ESA/XMM-Newton; 可見光: PanSTARRS; 射電: MeerKAT; 紅外光（JWST）: NASA/ESA/CSA/STScI;

圖像處理: NASA/CXC/SAO/L. Frattare and P. Edmonds

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