【定位不準的煩心事系列】第1篇:談談衛星定位的位置干擾

現代人的生活已經離不開手機,離不開地圖,一旦遇到定位不準的問題,就會產生很多問題,而且有些會很嚴重,比如打車找不到車、外賣找不到顧客,更慘的是開車的時候在高速上轉圈圈,多跑個100公里也是有可能的。

大家把定位準確當做一個理所應當的事情,現在定位技術這麼發達,北斗3代成功組網,定位怎麼還會不準呢?確實,隨着時間的推進,定位的精度是越來越高的,但是有一個潛在風險,會導致定位精度下降。

這個風險來自衛星定位欺騙技術的泛濫。衛星定位欺騙,或者位置干擾,是通過地面上的衛星僞基站廣播定位信號,讓周邊的定位設備誤以爲接受到了真實的定位信號,從而將定位結果設置爲干擾者預設的一個位置。之前我們比較多的聽說一些人用僞通信基站去羣發垃圾短信,而今天,位置干擾也越來越普遍,比如:

  • 駕考作弊:駕校學習都會要求學員上車練習,而且車上有一些設備會記錄學員的練習軌跡,作爲學員完成學習的證據,但是一些學員不想花時間學車,於是有一些人員會利用僞基站播發僞信號,讓車輛記錄儀的定位點自動圍繞駕校道路行駛,即使這個設備在遠離駕校的地點。這樣學員不需要花1分鐘學車,就可以達到所要求的學車時長。
  • 遠程打卡:一些企業會基於軌跡對員工進行工時統計,少數員工可能會通過僞造自身位置的方法作假。
  • 打車刷單:一些司機爲了獲取接單獎勵或者挑單,用作弊辦法修改自己的定位點,讓平臺以爲他在某個指定的位置,或者完成了某個訂單。
  • 無人機反制:一些企業不希望無人機靠近自己的場所,於是對無人機的位置進行干擾,讓其誤以爲進入禁飛區自動降落,或者偏離航線。
  • 反跟蹤:運營車輛上都裝有北斗定位裝置,一些企業或個人不希望自己的真實位置被發現,於是進行位置干擾。

定位僞造方法有很多種,有些隻影響單一的設備(比如在設備上直接修改定位結果),而衛星僞基站的方法,則是技術含量比較高的方法,這個方法可以將附近所有設備的位置全部干擾,具體的影響範圍和基站的發射功率有關,小功率的基站隻影響附近幾米的範圍,而大功率的基站,可以影響周邊幾十公里,甚至在室內接受不到衛星信號的情況下,都會被幹擾。

這種干擾能夠將定位點定位到任意位置,而且運動速度、方向都可以指定。於是用戶可能發現自己的定位點在幾千公里之外,或者軌跡成爲一個奇怪的形狀,比如畫圓圈或者沿某條道路在行駛。

位置干擾技術的原理是什麼呢?簡單來說,衛星定位是通過接收到衛星信號,讀取信號報文,獲得時間戳,然後用時間戳和本地時間相減計算出和衛星的距離,再求解一個4元方程組(x,y,z座標以及本地時鐘偏移量)。

 

由於衛星信號的規格是公開的,我們可以將任意的時間填充到信號報文中,再通過特定的載波信號發射出去,就可以讓其他設備獲得錯誤的定位信號。最簡單的方法,是直接把某個地點的信號錄下來,然後在另一個位置回放。要定位到指定位置,只需要用該位置計算出每顆星播發的時間戳即可。而現在已經有人把整個報文編寫、載波調製、信號發射這一系列步驟做了封裝,成爲貨架產品,任何人只要買了設備就可以自己輸入目標經緯度以及速度方向,甚至是整段軌跡,然後就可以進行位置干擾了。

比如,HackRF是一款設備,可以發射自定義的信號,有一些開源軟件可以生產GNSS的軟信號,再通過HackRF發射出去,就成了一個僞基站。而且,一個設備可以同時發送多路信號,模擬多顆衛星。

 

爲什麼衛星信號這麼容易被幹擾呢?因爲GPS設計之初並沒有在安全性上考慮的很嚴謹,所以報文完全沒有加密,用戶側也沒有做鑑權,是完全開放的。

後續的伽利略、格洛納茲、北斗也都遵循相同的設計理念,報文、調製過程都是類似的,都會被幹擾。安全性比較好的方式,是軍碼,這種報文采用專門的頻率進行發射,其報文規格、編碼方式都是保密的,要讀取報文需要專門的祕鑰,因此難以破解或者干擾,但這種方法無法解決民用設備的安全性問題。

目前一些芯片廠商,以及高德,在做一些工作去發現這種干擾,從而避免影響到用戶。具體的方法包括:

1.載波校驗:真信號和假信號同時出現時,可以檢查信號強度是否有異常(假信號往往信號很強,才能覆蓋真信號)。

2.信號方向校驗:檢測信號的來源方向,如果不是來自天空,則有異常(對天線有要求)。

3.報文一致性校驗:檢查報文的每個字段是否和真實信號一致。

4.解算校驗:解算後發現某些衛星的距離異常,比如同時收到真信號和假信號。

5.多源校驗:結合慣導、網絡定位以及其他定位方式校驗衛星定位的結果是否異常。

以上這些方法可以在一定程度上降低被幹擾的概率,但是還是無法徹底杜絕。對於普通用戶來講,當發現自己的定位結果異常時,如何發現是由於衛星信號干擾導致呢?

1.首先,看自己的定位結果是不是出現在機場、油庫、駕校這些地點,或者自己的位置附近是否有油庫或者是一些敏感設施。

2.然後,確認自己設備的定位結果來自衛星定位而不是網絡定位,如果是安卓用戶可以下載一個AndroiTS GPS Test軟件,如果顯示Fix或ON,則代表衛星定位成功,否則是網絡定位。

 

對於iPhone,下載phyphox,進入GPS頁面,如果速度爲負說明是網絡定位,否則是衛星定位。

 

3.此外,在明確手機定位方式是衛星定位的情況下,如果周邊的多臺手機都定位在了錯誤的位置(至少偏離了200米以上,如果偏離距離不遠,有可能是衛星定位點漂移了),則大概率此地被某個周邊的僞衛星基站給干擾了。

有些干擾未必是干擾者的本意,他本來可能只想控制某個小範圍的設備,但是天線功率設置不合理,信號被擴散到很遠的地方。

能夠明確有干擾,如何解決呢?只能向政府部門尋求幫助,可以打電話給當地的無線電管理部門,要求排查。無線電管理部門有專門的儀器可以檢測僞基站信號,確定位置,並將設備關停。歡迎大家舉報非法的無線電干擾行爲。

具體電話可參考

https://www.miit.gov.cn/gzcy/cydh/art/2020/art_ba58d28194884d66b0032861a11e0bd2.html

 

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