反無人機系統干擾民航GPS 信號的技術分析及思考

白 晶，李安平

（1.山西省無線電監測站，太原 030009；2.國家無線電監測中心，北京 100037）

1 反無人機系統干擾民航GPS 信號

2019年7月13日，第二屆全國青年運動會開幕前夕，山西省無線電管理局成功查處一起反無人機系統對民航GPS 信號的干擾。這起干擾事件影響了太原武宿機場200千米范圍內，所有方向、所有飛機機型的GPS 測高設備，干擾機場多架飛機降落，對飛行安全造成嚴重威脅，對太原移動一千多座通信GPS 基站造成干擾。

2 無線電手段的無人機管控技術

一般來講，對無人機管控有多種手段，主要分為基于無線電手段的無人機管控技技術和基于物理手段的無人機管控技術。其中基于物理手段的無人機管控技術分為物理捕捉和高能電磁摧毀等。而基于無線電手段的無人機管控技術較為常見。

根據無人機的工作特點可知，為了阻斷無人機的飛行，可以采用針對性的管制與阻斷措施：

（1）針對遙控飛行，對無人機的控制鏈路進行阻斷與管控，以破壞地面控制者遙控無人機入侵受保護或受限制飛行區域的企圖。

（2）針對無人機巡航飛行，對GPS、北斗以及GLONASS 等衛星導航系統進行阻斷與管控，以阻止無人機獲取自身當前位置狀態，進而破壞無人機巡航狀態。

2.1 無人機導航信號管控

無人機導航信號管控是本論文考慮的重點。無人機在飛行時，會利用衛星導航信號確定自身位置，從而實現自身狀態穩定、調整飛行方向、回傳位置狀態等功能。目前，較為新型的無人機導航模塊已經可以實現美國GPS 衛星導航系統、俄羅斯GLONASS衛星導航系統以及中國的北斗衛星導航系統的兼容，同時利用三種導航系統進行定位；

從管控角度考慮，無人機目標使用自動預設路線模式飛行時，如能阻斷其接收衛星導航信號，則將無法按預訂路線飛行；采用遙控模式飛行時，阻斷其衛星導航信號可以使其喪失維持自身穩定的能力，一旦遇到空中氣流影響則很難進行穩定飛行。目前，可行的無人機GPS 信號管控手段包括GPS 信號干擾和GPS 信號欺騙兩種手段，二者的區別與聯系總結如表1所示。

（1）GPS 干擾技術。一般地，在無人機管控中，管控者優先考慮的是對GPS 信號進行干擾。由于GPS 信號十分微弱，在地面附近已低于自然本底噪聲，無論采用何種干擾手段，只要電平足夠大都能產生一定的干擾效果，但是民用GPS 信號是頻率1575MHz、帶寬2.046MHz、擴頻增益43dB 的擴頻信號，由于擴頻增益太高，部分頻帶干擾的效益很差。

表1 無人機GPS信號管控常用手段

（2）GPS 欺騙技術。如果要攻擊民用GPS 信號接收器，GPS 欺騙系統必須判斷出給定時間區域內攻擊目標附近的軌道衛星，然后利用公開數據庫中的公式，偽造不同衛星的PRN 碼信息，之后，欺騙系統在攻擊目標附近，通過廣播與衛星信號相同的PRN 碼值信息，欺騙攻擊目標的GPS 接收器注冊接收這些虛假信號。

2.2 無人機遙控信號管控

無人機遙控發射機普遍采用跳頻、擴頻技術，而且跳頻參數還可以自適應，具有一定的抗干擾能力?？蛇x用的干擾手段包括大功率噪聲干擾、阻塞干擾和相干干擾等。

（1）大功率噪聲干擾。按通用型遙控發射機參數，如果采用相關的干擾，需要的干擾功率與遙控發射功率接近。假設遙控信號存在跳頻措施，而管控者除了頻帶范圍之外，并不知道其它任何參數，只能用噪聲進行全頻帶覆蓋，那么所需功率將有所提高。

（2）阻塞干擾。阻塞干擾，是指位于通信信道之外的，超過接收機電路的承受能力，能夠導致接收機對正常信號的處理能力降低的干擾。采用擴頻、跳頻技術有利于對抗噪聲干擾，但并不能提高接收機的阻塞電平。相反，由于必須具備較寬的前級，更容易發生阻塞。

（3）相干干擾。相干干擾是根據被干擾信號的瞬時頻率和開機時間施放的針對性干擾。窄帶數傳或跳頻信號在任意瞬間的頻率是確定的，干擾只需要針對這些頻率，而不需要覆蓋所有可能跳到的范圍，這將大大節省干擾功率。這種干擾的好處是沒有信號則不放干擾，而且干擾電平很小，環境友好程度高。

2.3 無人機下行圖傳和遙測信號管控

無人機下行圖傳和遙測信號管控與對遙控信號的干擾沒有本質的區別，但是管控難度變得更大。由于干擾的對象是操作者的接收機，一般而言管控者與操作者的距離大于或接近于無人機與操作者的距離。另外，無人機至少有幾十米到數百米高度，信號傳播條件比位于地面的管控者要好得多，操作者還可以使用定向天線瞄準無人機，甚至使用可自動調零的天線對干擾信號產生隔離。

3 民航GPS 系統干擾技術查找

監測技術人員接收到干擾排查任務后，首先應利用中心監測站、長風西、機場、興華等7 個固定站對受干擾的L1 波段1575.42±10MHz、L2 波段1227.6MHz±10MHz、頻率進行了監測監聽。此外利用可搬移站監測，以確定大致區域。經監測在1575MHz 有一常發寬帶信號，該信號源位于該搬移站270度方向。監測技術人員協同省移動公司使用移動監測車和便攜式接收機聯合排查，對受干擾頻率進行了實時監測，最終將干擾源鎖定于山西太原紅燈籠體育場附近青運村內某樓頂。經反復測試比對，技術人員確認干擾源為青運村某單位使用的無人機管控設備，關閉該設備后機場和移動公司干擾消失。技術人員了解核實到：為迎接即將舉行的全國青運會，13日各相關單位在青運村進行安檢演練，某單位在此設置了反無人機系統，對機場和移動公司造成了嚴重干擾。關閉該設備后，民航和移動公司的干擾全部消失。

4 反無人機系統對民航的威脅

圖1

民航客機很多設備依賴GNSS 導航定位功能，這些設備對于無線電干擾非常敏感。反無人機設備發射的大功率壓制性干擾，會使無人機的航跡不可控造成二次傷害，還會使周圍底噪大幅度抬高，對機場空管設備造成危害。同時反無人機的GPS 干擾誘導功能會使相關區域的航空器收不到衛星導航信號，并且還會對周邊空管二次雷達識別信號消失，對民航空管系統構成了威脅。無線電管理部門應該做好相關科普宣傳工作，讓公眾和設臺單位認識到研制、開發和使用這類利用無線電技術阻斷反制技術的反無人機系統必須遵循《無線電技術阻斷設備管理規定》，并經過無線電管理機構的批準。