多星座信号模拟器是GNSS抗欺骗测试的可控攻防靶场

多星座信号模拟器是GNSS抗欺骗测试的可控攻防靶场

摘要：GNSS欺骗（Spoofing）攻击可伪造导航信号篡改接收机位置、速度与时间解算结果，对无人机、智能网联汽车、电力、通信等依赖PNT（定位、导航、授时）服务的基础设施形成重大安全威胁。真实外场欺骗试验存在不可控、不可复现、合规风险高、难以开展极限边界测试等短板。多星座信号导航模拟器能够同步生成北斗、GPS、Galileo、GLONASS等多系统导航射频信号，在严格受控环境下配置正常信号、欺骗信号、各类干扰信号、时延与功率偏差，成为GNSS抗欺骗、抗干扰、RAIM完好性算法验证的核心试验载体。本文从GNSS欺骗机理、模拟器攻防仿真能力、典型应用场景、合规边界、测试局限等维度展开梳理，厘清多星座导航信号模拟器在PNT安全测评中的价值，为北斗安全检测、接收机抗欺骗研发、低空与车路PNT防护相关工作提供参考。

关键词：多星座信号导航模拟器，多星座导航信号模拟器，卫星导航模拟器，gnss导航模拟器

1 GNSS欺骗威胁：看不见的导航劫持风险

GNSS接收机依靠接收在轨卫星播发的测距码、导航电文，结合星历信息完成位置与时间解算。欺骗攻击通过发射功率更高、参数刻意篡改的仿冒导航信号，诱导接收机锁定虚假信号，输出错误定位授时结果，属于典型的软攻击手段，不易被传统电磁监测设备直接识别^[1]。

欺骗攻击分为简单转发欺骗、生成式欺骗两类。转发欺骗一般直接采集真实卫星信号延时重播，实现位置偏移；生成式欺骗则完全按照卫星信号体制，伪造测距码、载波相位、导航电文，攻击方可以自主规划虚假轨迹，对机动载体实施连续、可控的位置诱导，威胁等级更高。

近年来低空无人机、自动驾驶、电网同步、基站授时业务大规模普及，大量终端深度依赖GNSS。一旦接收机缺少有效的抗欺骗能力，可能出现无人机航线失控、自动驾驶车辆定位漂移、通信基站时间失步、电网同步故障等安全事故。由于卫星信号来自太空，在外场开展欺骗测试极易干扰周边正常民用导航终端，存在电磁安全与合规隐患，因此不能随意在外场开展攻防试验^[2]。

2 为什么外场实测难以满足GNSS抗欺骗研发需求

在早期导航接收机验证工作中，工程师会选择开阔场地开展外场实测，但这套模式在抗欺骗测试上存在明显短板。

第一，场景不可复现。真实卫星星座随时间持续运动，卫星几何构型、信号载噪比、电离层对流层误差实时变化，今天出现的搜星、多径场景第二天很难原样复刻，不利于算法迭代、故障复现和对比测试。

第二，攻击参数不可控。真实欺骗源难以精准控制信号功率差、载波相位偏差、欺骗信号接入时序，很难稳定复现“逐步诱骗”这种高难度欺骗模式。

第三，合规风险突出。向外辐射伪造GNSS射频信号，会干扰周边合法接收机，违反无线电管理相关规定，多数场景下禁止开展外场欺骗试验。

第四，边界条件难以覆盖。电离层扰动、多星同步欺骗、多星座混合欺骗、连续长时间轨迹诱骗等极限测试场景，在外场几乎无法搭建。

上述痛点，推动行业转向基于卫星导航模拟器的室内闭环仿真测试方案，模拟器将整个星座、攻击行为、信道误差全部数字化、参数化，把攻防试验收拢在屏蔽暗箱、屏蔽室内完成^[3]。

3 多星座信号导航模拟器如何搭建GNSS可控攻防靶场

gnss导航模拟器核心由场景仿真软件、基带信号生成单元、射频输出单元、时钟同步模块组成，支持北斗、GPS、Galileo、GLONASS、QZSS、NavIC等多频点、多星座信号并行输出，和普通定位测试相比，抗欺骗仿真有一套独立的配置逻辑。

首先，模拟器可以生成基准真实星座信号，构建正常导航环境，作为对照基线。其次，测试人员可独立开启欺骗信号通道，灵活设置欺骗信号的启动时刻、功率、码相位偏移、载波多普勒、虚假星历与虚假轨迹，实现同步式欺骗、渐进式诱骗等主流欺骗模式仿真。部分设备支持参考-偏移双套信号输出，完成功率交接和平滑拉偏，复现风险等级最高的渐进诱骗攻击；同时模拟器还可以叠加宽带噪声、窄带压制干扰、脉冲干扰、多径反射、电离层时延、对流层误差等信道效应，贴近真实复杂电磁环境^[3]。

在硬件在环（HIL）架构下，模拟器射频输出接入被测接收机，接收机输出的定位结果回传给仿真上位机，系统自动比对接收机输出位置和预设真值，量化抗欺骗算法的检测时延、识别概率、漏警虚警率，完成定量测评。整个过程信号封闭在屏蔽系统内，不会对外辐射，所有参数可保存为脚本，反复回放测试。同步天下SYN5206型GNSS模拟器就是具备上述多星座、多类型异常工况仿真能力的国产测试设备，可完成位置、速度、时间拉偏等欺骗场景复现，支持高动态载体运动仿真，为抗欺骗算法验证提供硬件支撑。

这套能力，让多星座导航信号模拟器不再只是验证定位精度的工具，而是一套参数可控、可量化、可复现的GNSS攻防试验平台。

4 典型落地场景：从低空、车路到关键基础设施PNT防护

4.1 低空无人机与eVTOL防劫持测评

低空飞行器飞行环境复杂，楼宇遮挡、旋翼多径叠加，是欺骗攻击的重点目标。利用多星座信号导航模拟器可以仿真多星座混合欺骗场景，验证机载接收机、飞控系统的欺骗检测模块：检验在缓慢诱骗场景下，RAIM、载波相位监测、信号质量监测算法能不能及时告警、拒绝虚假定位，保障低空适航安全^[4]。测试过程中可配置400 km/s级最大速度、200 km/s²加速度等高动态仿真参数，匹配高速机动低空载体的真实运动特征，完成极限工况下的抗欺骗性能评估。

4.2 智能网联汽车车端PNT安全验证

自动驾驶、车路协同系统依赖GNSS+IMU融合定位。卫星导航模拟器可以复现城市峡谷环境下的欺骗注入，测试融合导航系统能否识别异常GNSS观测值，不把虚假定位带入定位融合解算，避免车辆出现错误路径决策。通过单星独立功率调节功能，模拟欺骗信号功率逐步超过真实卫星信号的攻击过程，复现真实的欺骗牵引过程。

4.3 关键基础设施授时安全测试

电力同步网、5G基站、金融时间服务器对授时稳定性要求极高。针对授时型GNSS接收机，gnss导航模拟器可以注入缓慢的时间欺骗，检验授时终端的异常监测机制，防范时间漂移带来的基础设施连锁故障。依托设备高精度伪距分辨力、恒温晶振（OCXO）内部时基与1PPS时间同步接口，能够复现缓慢时间偏移类欺骗场景，考核授时终端对时间类欺骗的识别能力。

4.4 抗欺骗算法与完好性算法迭代验证

高校、科研院所、安全检测机构基于多星座导航信号模拟器批量生成欺骗数据集，支撑欺骗检测神经网络、RAIM改进算法、多源一致性校验算法的训练与验证，为导航安全标准的落地提供试验数据支撑。设备可自动记录全过程仿真参数，一键导出完整测试报告，减少人工记录带来的误差，方便科研对比分析。

5 重要边界厘清：仿真≠攻击，严格区分合规测试与非法欺骗

这是PNT安全领域最容易混淆的一点：多星座信号导航模拟器本身不是欺骗攻击设备，它是受控测评工具，二者有本质区别。

从使用场景上，合规抗欺骗仿真一般在屏蔽暗室、屏蔽舱内部完成，射频信号不向外空间辐射，试验目的是检验接收机防御能力，出具测评报告，服务产品定型、检测认证。而非法GNSS欺骗设备向外辐射伪造信号，未经许可干扰公众导航服务，属于无线电违法活动，会危害公共安全，受到法律严格禁止。

从管理上，面向北斗安全测评、检测认证、科研试验使用的卫星导航模拟器，使用者需要遵守无线电管理、北斗相关管理法规，在限定封闭环境内开展试验，建立试验台账，规避信号外泄风险^[5]。行业检测机构、科研单位的相关测试活动，需要纳入管理与备案流程。即便是具备欺骗仿真选件的设备，也仅允许在封闭屏蔽环境下开展测评，严禁开放空间对外发射伪造导航信号。

6 当前仿真方案的局限性与行业发展方向

多星座导航信号模拟器开展攻防仿真也存在固有局限，不能完全替代所有测试。第一，信道模型是理论建模，复杂动态多径、近场天线耦合效应和真实环境仍存在差异；第二，部分高阶欺骗场景，如自适应智能欺骗、欺骗信号随接收机状态动态调整的闭环欺骗，对gnss导航模拟器的实时交互能力、运算时延提出极高要求；第三，模拟器自身的计量溯源十分关键，若模拟器通道同步误差、射频功率、信号时序校准失准，会直接导致抗欺骗测评结果失真，设备需要定期送往计量机构完成校准，保障测试结果的可信度。

后续发展方向主要集中在：AI驱动的动态欺骗场景生成、多天线阵列的空域欺骗仿真、通导一体化信号与GNSS欺骗联合仿真、模拟器计量校准标准体系完善，持续提升靶场仿真逼真度，匹配越来越高的PNT安全测评需求。

7 结语

GNSS欺骗威胁隐蔽、危害广泛，在外场开展攻防试验的方式已经难以适配当前产业安全测评需求。多星座信号导航模拟器依托多系统信号同步生成、欺骗参数可编程、环境误差可叠加、试验可回放、信号封闭可控的优势，搭建起安全、可量化的GNSS攻防靶场，成为北斗PNT安全体系中不可或缺的测评基础设施。

在低空经济、智能网联、关键基础设施数字化推进的背景下，基于卫星导航模拟器开展常态化抗欺骗、抗干扰与完好性验证，是提升国产导航终端安全能力、守住北斗应用安全底线的重要技术路径。

参考文献

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谭述森, 等. 卫星导航终端复杂电磁环境仿真测试系统理论与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2018.

陈秋实, 高精隆, 王萌, 等. 无人机卫星导航系统抗干扰技术综述[J]. 航空学报, 2025, 46(17): 331797.

中华人民共和国国务院, 中央军事委员会. 中华人民共和国无线电管理条例（国务院、中央军委令第672号）[S]. 北京, 2016.