如何通过软件定义方案轻松实现卫星通信干扰测试？

 

GNSS信号本身的脆弱性和卫星信号传输中面临的风险一直被人们所关注着，例如干扰和欺骗，而GNSS接收设备也普遍缺乏对各种干扰的抵抗性与稳定性。根据GPS的创始架构师Brad Parkinson的说法，任何GNSS星座正变得越来越容易受到蓄意信号干扰或高级欺骗等威胁的影响。

 

为什么GNSS容易受到攻击？

为什么GNSS信号容易受到攻击？首先，来自太空的GNSS信号一开始就非常微弱，假设GNSS信号以52dBm（即158W）传输，而卫星的运行高度约为20200公里，它们必须经过如此远的距离才能到达地球，信号穿过大气层后，接收天线得到的功率为-130dBm。在地球表面，这些微弱信号非常容易受到干扰和欺骗。

射频干扰

干扰信号往往会无意中从各种来源产生，包括相邻的射频波段，大功率的信号会“溢出”邻频干扰信号。设计不当的其他设备和来自本身设备内部组件的“子系统”也会产生干扰，从而产生各种负面影响，例如使设备故障、不稳定、停机或定位和定时错误。而随着使用RF的设备数量不断增长，发生干扰的风险也越来越大。

其次是有意的干扰。这些干扰可能来自于那些很容易在网上购买到的非法干扰设备，例如有些员工使用的那些试图破坏雇主安装的跟踪设备的设备。它们的工作范围通常大于它们的设计区域，因此会干扰周围的其他射频设备，在2013 年曾有一个著名事件，一名建筑工人想让公司要求在车中安装的位置跟踪设备失效，却在纽瓦克机场成功关闭了飞机卫星跟踪系统。

干扰也可以来自专门用作电子武器的成熟的信息战系统，以干扰和欺骗对方的导航和通信能力。然而，它不需要花费数百万美元就能产生军事级效果，即便是使用带有廉价SDR的GNU Radio并拥有一些基本RF知识的业余爱好者也可以造成重大损害和破坏。

 

 

现在，GNSS已经成为了关键基础设备与关键行业的重要组成部分。电网中使用的很大一部分设备依赖于GNSS定时来进行同步，因此受到干扰的话将会带来巨大的影响。实际中，有数量超出想象的现代技术基础设施依赖于这些公共信号，此类基础设施使用的电子元件质量差异很大，且通常会将多个设备集成到一个更大的系统中，然后在未经RF漏洞测试的情况下部署到现场，也因此通常会面临着巨大的风险。而随着技术的不断进步，新应用不断出现，例如V2X（用于自主交通）将严重依赖无线电频率来确保安全和可预测的公共服务，此时，干扰与欺骗将会对人身安全和财产安全造成极大的危害。

 

卫星信号干扰和欺骗测试

众所周知，现场测试（例如使用实时天空）是不完整的。首先，它是不可重复的，这使得数据分析变得非常困难。其次，从长远来看，这是非常耗费时间、人力与经济成本的，尤其是在需要处理多种情况时。

相对应的，唯一可行的、提供更强大和可预测的方法是实验室测试。然而，目前实验室内测试的主要障碍是缺乏简单、灵活且成本低廉的干扰测试解决方案。目前通常采用的GNSS干扰测试台是在一个机箱里构建了一个复杂的专门构建的模拟器、连接器和信号发生器的组合，旨在提供多种干扰。

图2. 常规干扰测试台设置

 

这是一种由很多昂贵硬件组合与集成的方案，而随着复杂干扰测试需求的增加，硬件需求也在增长。作为一种解决方案，它缺乏直观性和易用性。

 

软件定义解决方案

虹科Safran Skydel软件定义GNSS模拟器提供有效的干扰模拟解决方案。Skydel采用功能强大、全新且灵活的干扰模块，该模块将与GNSS仿真方案的其他组件完全集成。

 

为什么软件无线电（SDR）的架构可以不需要再添加额外的硬件？

• SDR可用于生成GNSS信号和干扰，无需专门为干扰器添加专用硬件。
• SDR仅用于传输RF。这是因为干扰调制是通过计算机GPU的计算进行的（类似GNSS信号），这使得它可以同时模拟大量的干扰设备。
• 诸如NI USRP之类的软件定义无线电可以在多个频段、多个频率上生成干扰信号。
• 产生的干扰可以是静态的或动态的，并且是GNSS模拟的一部分，它们可以进行交互、在地图上查看、由UI和/或API控制等。

使用SDR和虹科Safran Skydel进行干扰测试的三种不同设置

 

虹科Safran Skydel是一个基于软件的GNSS仿真平台，可生成与真实卫星相同的射频信号，使测试工程师能够模拟任何场景并测试GNSS接收设备。虹科Skydel利用GPU加速计算与软件定义的无线电（SDR）相结合，是真正高效的干扰测试平台。