每天900次!全球航班遭遇GPS欺骗数量飙升,我们安全吗?
股海小贝壳
2024-12-22 22:50:07
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文/李翊馨(实习生)、周毅,编辑 周远方

据媒体8月12日报道,航空从业者组织Ops Group的最新报告显示,过去几个月针对GPS的欺骗现象急剧增加,对飞行安全的影响也越来越大。

数据显示,今年一季度受GPS影响的航班数量每天平均为200架次,二季度骤升至每天约900架次——在部分时间里,甚至有多达1350架航班遭遇GPS“欺骗”。

在冲突地区,GPS欺骗系统会向周围空域广播错误位置,混淆来袭的无人机或导弹,但也会干扰民航客机。

苏黎世应用科技大学数据显示,黎巴嫩贝鲁特国际机场,俄罗斯的莫斯科和雅罗斯拉夫尔等地区,是近期GPS欺骗的多发地。据数据统计,2023年9月至今,伊拉克巴格达地区、埃及开罗地区,以色列地区、黑海地区,以及朝鲜边境等区域,GPS欺骗高发。

Ops Group网站截图

在英国网络安全公司Pen Test Partners创始人肯·蒙罗(Ken Munro)看来,GPS欺骗带来的干扰,不会直接导致飞机坠毁,只会带来一些小小的混乱。不过,这可能会引发所谓的连锁反应:“一些小事发生,一些小事又发生,然后一些严重的事情发生。”

在观察者网航空航天撰稿人高天伟看来,“GPS欺骗”现象值得关注,但在中国这样的和平地区,类似的GPS欺骗行为较少。目前不用过于担心GPS欺骗对民航正常运作的影响。因为除了GPS之外,大多数现代客机都有各种传感器用来确定其位置,即使有干扰,这些飞机依然可以飞行。

“民航在派遣航班之前,会评估航线风险。如果是之前报告GPS干扰严重的区域,航线选择上首先会主动避开。再者,民航也不完全依赖于GPS。除了GPS之外,还有地面无线电、导航台导航以及飞机自己的惯性导航系统等,尤其是惯性导航系统,它是没法被干扰的。飞机在飞行过程中,会运用多套系统相互比对,如果发现某一套系统的偏差特别大,飞行员会相应的预案。即便是全球GPS都消失了,民航还是有很‘笨’的办法来继续飞行。”

不过,GPS干扰带来的潜在隐患,仍不容掉以轻心。在国内新闻报道中,也常常会看到类似新闻。今年3月,中国民用航空中南地区空中交通管理局湖北分局反映称,武汉空域多架民航客机出现GPS信号丢失情况,严重影响民航飞行安全。湖北省无线电监测中心执法“亮剑”,查处干扰民航GPS案件1起,查获GPS信号屏蔽器11套。

民航工作者,民航业评论员张仲麟提醒,目前GPS干扰器存在着较小功率的干扰,就可以干扰较大范围的特性——如果干扰设备体积较小,它甚至能装在车载平台上——如果在飞机降落的下滑道跑道端5公里范围内,使用特制设备进行有目的的对空干扰,那么将会影响极大影响航空运行,甚至造成严重的安全风险与恶劣的社会影响。

制造噪音、假冒卫星,GPS干扰器是怎么工作的?

GPS是如何被干扰的?这和它的工作原理有关。

“从原理上来说,GPS导航的原理是广播时间,”,观察者网航空航天撰稿人高天伟对观察者网表示,每一颗卫星发送的信号基本有两种内容:一类是位置信息,几点几分卫星在什么位置(卫星轨道参数),即星历;一类是时间信息,卫星会播发自己的时刻,它是由星载原子钟产生的。

举个例子,我们拿着手机站在地面上,距离每颗卫星的位置是不一样的。每隔一秒钟,卫星们会播放一次信息,那么我们就会发现,每颗卫星播播报的信号到达我们的手机上是不一样的:离我们近的卫星,发出的信号早收到一点,远的就晚收到一点,在“三维空间”的基础上加入时间,我们就在四维空间中得到了定位。

因此理论上,只要收到了4颗GPS卫星的信号,我们就可以“解方程”,算出现在的精确位置和时间。

GPS系统的时间到达差原理北斗卫星导航系统网站

高天伟表示,卫星本质上就是一个“广播电台”。对卫星进行GPS干扰的话,目前有几种不同的方式。

第一类是通过“噪音”干扰信号本身。卫星发射的很多信号,尤其是民用信号,它的频率是公开的。在地面上建一个干扰机,干扰它的通讯,那么信号可能就不够清楚了——这就好像在人打电话,有人在旁边敲鼓敲锣一样——地面干扰机不断释放信号,让接收机没法正常接收到GPS卫星的信号,这就可能造成导航性能下降等问题。

另一种方式是造“假卫星”。人们使用的大多都是公开的民用参数,那么就可以通过布置假发射器的方式,模拟天空中卫星的信号,它的功率比真的卫星还要强。接收机一旦收到了这个信号,就会误以为是卫星发过来的。比如在地面上的假信号上,输入有偏差的信息,那么接收机就会收到一个同样有偏差的结果,导致GPS不可靠。

这也是为什么在战争冲突地区,更容易出现导航精度下降的原因——远离战区,GPS干扰也会大大缓解。

民航工作者,民航业评论员张仲麟表示,目前GPS广泛应用于航空飞行的方方面面,多种运行程序和告警系统依赖GPS提供的精确定位来进行,因此,GPS干扰对航空运行造成的影响也较为明显。相比噪音干扰阻止接收器接收卫星GPS信号的阻塞式干扰(丢失GPS信号),欺骗式GPS干扰对航空飞行造成的威胁更为严重,干扰范围也更大。

张仲麟解释道,欺骗式GPS干扰,会让GPS终端自认为接收到的是“正确”的信号,并由此计算出错误的坐标。一旦GPS导航信息与飞机INS惯导系统差别极大,而飞机又采纳了GPS坐标信息的话,则会产生错误定位,并由此对多种依赖GPS的系统产生明显影响。

以目前俄罗斯为例,由于俄乌冲突的原因,俄罗斯境内存在大范围GPS干扰,对飞越俄罗斯境内的飞机产生一定的影响。如飞越圣彼得堡地区的飞机,由于错误的GPS信息,哪怕在万米高空巡航阶段,一分钟内最多会触发3-5次TAWS告警(地形感知与告警系统),极大干扰飞行员正常飞行。

张仲麟提到,由于目前机场的盲降系统及辅助降落系统也依赖GPS进行引导,若在恶劣天气执行需要依赖精准定位的盲降或辅助降落程序时,发生GPS干扰或失效事件,将极大地干扰引导程序工作,导致飞机不得不冒着更高的风险降落,或为了安全起见执行复飞或选择备降其他机场。这些都会影响正常的飞行。

和平地区,也有GPS欺骗式干扰风险

GPS欺骗式干扰,看上去只会出现在冲突地区。但在和平国度,它离普通人也并不遥远。

广西梧州市无线电监测中心,此前曾公布过一起典型案例:

2021年3月底开始,该中心接报,部分航班在一条航线上GPS信号疑似受到干扰,飞机在监视终端屏幕上突然消失,或出现轨迹偏离航线现象。技术人员在航线受干扰区域查获3辆安装了GPS干扰器的私家车辆,问题仍未解决。

经过反复排查后破案:原来是附近的一家养殖场,此前曾被无人机空中投放非洲猪瘟病毒,损失惨重。为此,他们安装了GPS干扰器来,来避免“炒猪团”利用无人机投放非洲猪瘟病毒。没想到影响到民用飞行器的正常飞行。

政府网站截图

在张仲麟看来,我国作为世界第二大航空市场,平均每日约有两万班国内外航班在中国领空飞行,如果算上过境的国际航班,数量将更为庞大。如此庞大的民航飞行规模,离不开高效的管制和安全措施。因此,一旦机载GPS系统遇到干扰,将会对我国民航运行造成严重的影响。

“在2020年,全国多个管制单位接到机组报告,由于GPS受干扰导致多种系统告警,共涉及600余班航班,造成航班复飞或进近终止33起、备降1起。”

张仲麟表示,目前发现的国内航空GPS干扰案例中,车载GPS干扰器、地磅防遥控干扰器、养猪场反无人机干扰器等,是产生航空GPS干扰的主要原因。这些GPS干扰,很多并非蓄意干扰。但由于GPS信号强度极低,较小功率的干扰源,也能对较大范围的GPS信号产生干扰,进而影响到整个区域GPS信号的准确度。这个问题值得关注。

同样值得关注的是,GPS干扰器不受监管的流通。

“此类常见干扰到GPS信号的干扰器,属于无国家标准、无合格证的产品,其功率与干扰的频段也不受监管,且平台对此并未采取措施,因此获得成本极低”,张仲麟表示,GPS干扰器几乎没有使用门槛,但对干扰源的排查,往往又需要大量专业设备与人力投入,这又会带来新的问题。

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