據媒體8月12日報道,航空從業者組織Ops Group的最新報告顯示,過去幾個月針對GPS的欺騙現象急劇增加,對飛行安全的影響也越來越大。
數據顯示,今年一季度受GPS影響的航班數量每天平均為200架次,二季度驟升至每天約900架次——在部分時間里,甚至有多達1350架航班遭遇GPS“欺騙”。
在沖突地區,GPS欺騙系統會向周圍空域廣播錯誤位置,混淆來襲的無人機或導彈,但也會幹擾民航客機。
蘇黎世應用科技大學數據顯示,黎巴嫩貝魯特國際機場,俄羅斯的莫斯科和雅羅斯拉夫爾等地區,是近期GPS欺騙的多發地。據數據統計,2023年9月至今,伊拉克巴格達地區、埃及開羅地區,以色列地區、黑海地區,以及朝鮮邊境等區域,GPS欺騙高發。
Ops Group網站截圖
在英國網絡安全公司Pen Test Partners創始人肯·蒙羅(Ken Munro)看來,GPS欺騙帶來的幹擾,不會直接導致飛機墜毀,只會帶來一些小小的混亂。不過,這可能會引發所謂的連鎖反應:“一些小事發生,一些小事又發生,然後一些嚴重的事情發生。”
在觀察者網航空航天撰稿人高天偉看來,“GPS欺騙”現象值得關注,但在中國這樣的和平地區,類似的GPS欺騙行為較少。目前不用過於擔心GPS欺騙對民航正常運作的影響。因為除了GPS之外,大多數現代客機都有各種傳感器用來確定其位置,即使有幹擾,這些飛機依然可以飛行。
“民航在派遣航班之前,會評估航線風險。如果是之前報告GPS幹擾嚴重的區域,航線選擇上首先會主動避開。再者,民航也不完全依賴於GPS。除了GPS之外,還有地面無線電、導航台導航以及飛機自己的慣性導航系統等,尤其是慣性導航系統,它是沒法被幹擾的。飛機在飛行過程中,會運用多套系統相互比對,如果發現某一套系統的偏差特別大,飛行員會相應的預案。即便是全球GPS都消失了,民航還是有很‘笨’的辦法來繼續飛行。”
不過,GPS幹擾帶來的潛在隱患,仍不容掉以輕心。在國內新聞報道中,也常常會看到類似新聞。今年3月,中國民用航空中南地區空中交通管理局湖北分局反映稱,武漢空域多架民航客機出現GPS信號丟失情況,嚴重影響民航飛行安全。湖北省無線電監測中心執法“亮劍”,查處幹擾民航GPS案件1起,查獲GPS信號屏蔽器11套。
民航工作者,民航業評論員張仲麟提醒,目前GPS幹擾器存在著較小功率的幹擾,就可以幹擾較大範圍的特性——如果幹擾設備體積較小,它甚至能裝在車載平台上——如果在飛機降落的下滑道跑道端5公里範圍內,使用特制設備進行有目的的對空幹擾,那麽將會影響極大影響航空運行,甚至造成嚴重的安全風險與惡劣的社會影響。
制造噪音、假冒衛星,GPS幹擾器是怎麽工作的?
GPS是如何被幹擾的?這和它的工作原理有關。
“從原理上來說,GPS導航的原理是廣播時間,”,觀察者網航空航天撰稿人高天偉對觀察者網表示,每一顆衛星發送的信號基本有兩種內容:一類是位置信息,幾點幾分衛星在什麽位置(衛星軌道參數),即星歷;一類是時間信息,衛星會播發自己的時刻,它是由星載原子鐘產生的。
舉個例子,我們拿著手機站在地面上,距離每顆衛星的位置是不一樣的。每隔一秒鐘,衛星們會播放一次信息,那麽我們就會發現,每顆衛星播播報的信號到達我們的手機上是不一樣的:離我們近的衛星,發出的信號早收到一點,遠的就晚收到一點,在“三維空間”的基礎上加入時間,我們就在四維空間中得到了定位。
因此理論上,只要收到了4顆GPS衛星的信號,我們就可以“解方程”,算出現在的精確位置和時間。
GPS系統的時間到達差原理北鬥衛星導航系統網站
高天偉表示,衛星本質上就是一個“廣播電台”。對衛星進行GPS幹擾的話,目前有幾種不同的方式。
第一類是通過“噪音”幹擾信號本身。衛星發射的很多信號,尤其是民用信號,它的頻率是公開的。在地面上建一個幹擾機,幹擾它的通訊,那麽信號可能就不夠清楚了——這就好像在人打電話,有人在旁邊敲鼓敲鑼一樣——地面幹擾機不斷釋放信號,讓接收機沒法正常接收到GPS衛星的信號,這就可能造成導航性能下降等問題。
另一種方式是造“假衛星”。人們使用的大多都是公開的民用參數,那麽就可以通過布置假發射器的方式,模擬天空中衛星的信號,它的功率比真的衛星還要強。接收機一旦收到了這個信號,就會誤以為是衛星發過來的。比如在地面上的假信號上,輸入有偏差的信息,那麽接收機就會收到一個同樣有偏差的結果,導致GPS不可靠。
這也是為什麽在戰爭沖突地區,更容易出現導航精度下降的原因——遠離戰區,GPS幹擾也會大大緩解。
民航工作者,民航業評論員張仲麟表示,目前GPS廣泛應用於航空飛行的方方面面,多種運行程序和告警系統依賴GPS提供的精確定位來進行,因此,GPS幹擾對航空運行造成的影響也較為明顯。相比噪音幹擾阻止接收器接收衛星GPS信號的阻塞式幹擾(丟失GPS信號),欺騙式GPS幹擾對航空飛行造成的威脅更為嚴重,幹擾範圍也更大。
張仲麟解釋道,欺騙式GPS幹擾,會讓GPS終端自認為接收到的是“正確”的信號,並由此計算出錯誤的坐標。一旦GPS導航信息與飛機INS慣導系統差別極大,而飛機又采納了GPS坐標信息的話,則會產生錯誤定位,並由此對多種依賴GPS的系統產生明顯影響。
以目前俄羅斯為例,由於俄烏沖突的原因,俄羅斯境內存在大範圍GPS幹擾,對飛越俄羅斯境內的飛機產生一定的影響。如飛越聖彼得堡地區的飛機,由於錯誤的GPS信息,哪怕在萬米高空巡航階段,一分鐘內最多會觸發3-5次TAWS告警(地形感知與告警系統),極大幹擾飛行員正常飛行。
張仲麟提到,由於目前機場的盲降系統及輔助降落系統也依賴GPS進行引導,若在惡劣天氣執行需要依賴精準定位的盲降或輔助降落程序時,發生GPS幹擾或失效事件,將極大地幹擾引導程序工作,導致飛機不得不冒著更高的風險降落,或為了安全起見執行覆飛或選擇備降其他機場。這些都會影響正常的飛行。
和平地區,也有GPS欺騙式幹擾風險
GPS欺騙式幹擾,看上去只會出現在沖突地區。但在和平國度,它離普通人也並不遙遠。
廣西梧州市無線電監測中心,此前曾公布過一起典型案例:
2021年3月底開始,該中心接報,部分航班在一條航線上GPS信號疑似受到幹擾,飛機在監視終端屏幕上突然消失,或出現軌跡偏離航線現象。技術人員在航線受幹擾區域查獲3輛安裝了GPS幹擾器的私家車輛,問題仍未解決。
經過反覆排查後破案:原來是附近的一家養殖場,此前曾被無人機空中投放非洲豬瘟病毒,損失慘重。為此,他們安裝了GPS幹擾器來,來避免“炒豬團”利用無人機投放非洲豬瘟病毒。沒想到影響到民用飛行器的正常飛行。
政府網站截圖
在張仲麟看來,我國作為世界第二大航空市場,平均每日約有兩萬班國內外航班在中國領空飛行,如果算上過境的國際航班,數量將更為龐大。如此龐大的民航飛行規模,離不開高效的管制和安全措施。因此,一旦機載GPS系統遇到幹擾,將會對我國民航運行造成嚴重的影響。
“在2020年,全國多個管制單位接到機組報告,由於GPS受幹擾導致多種系統告警,共涉及600余班航班,造成航班覆飛或進近終止33起、備降1起。”
張仲麟表示,目前發現的國內航空GPS幹擾案例中,車載GPS幹擾器、地磅防遙控幹擾器、養豬場反無人機幹擾器等,是產生航空GPS幹擾的主要原因。這些GPS幹擾,很多並非蓄意幹擾。但由於GPS信號強度極低,較小功率的幹擾源,也能對較大範圍的GPS信號產生幹擾,進而影響到整個區域GPS信號的準確度。這個問題值得關注。
同樣值得關注的是,GPS幹擾器不受監管的流通。
“此類常見幹擾到GPS信號的幹擾器,屬於無國家標準、無合格證的產品,其功率與幹擾的頻段也不受監管,且平台對此並未采取措施,因此獲得成本極低”,張仲麟表示,GPS幹擾器幾乎沒有使用門檻,但對幹擾源的排查,往往又需要大量專業設備與人力投入,這又會帶來新的問題。