保护 GPS

在伊拉克干扰美国 GPS 制导武器和导航系统的尝试提醒人们这项技术是多么脆弱

空间全球定位系统 (GPS) 信号引导智能炸弹和巡航导弹击中目标,支撑着美国在战场上的技术优势。然而,由于它相对容易被干扰,它也是美国军事力量的阿喀琉斯之踵。尽管在伊拉克战争中 GPS 信号的完整性得到了维护,但敌人破坏它的企图突显了保护依赖 GPS 的武器和导航系统的必要性。面对更强大的敌人,GPS 可能会在任何新的冲突中首当其冲。

位于华盛顿特区的传统基金会 (Heritage Foundation) 的国防分析师杰克·斯宾塞 (Jack Spencer) 说:“人们普遍认为 GPS 信号是脆弱的。”该基金会正在游说将 GPS 宣布为关键基础设施,将其置于国土安全的保护伞之下。GPS 是一个由 24 颗卫星组成的系统,不断向地球发射导航信号。每颗卫星发射两个信号,一个供民用,另一个是加密版本供军事用途。但是,一个在正确频率上产生电子“噪声”的宽带发射器可以压制这些信号,这些信号比人们每天收听的普通无线电信号还要弱。

事实上,正是 GPS 易受干扰的潜在脆弱性促使伊拉克从俄罗斯公司 Aviaconversiya Ltd. 购买了多台 GPS 干扰器,该公司自 1999 年以来一直在军事硬件展览会上兜售 GPS 干扰器。Aviaconversiya 提供的价格昂贵、功率强大的 GPS 干扰器据说能够干扰数英里半径范围内的 GPS 信号。伊拉克军队在战争期间使用了至少六台这种价格在 4 万美元或更高的强大 GPS 干扰器。所有六台都在两天晚上被美军迅速摧毁。官员们不愿透露细节,但考虑到他们解决问题的速度,伊拉克 GPS 干扰器最初可能在某种程度上是有效的。


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伊拉克军队未能持续地使配备 GPS 的联合制导攻击弹药 (JDAM) 炸弹和战斧巡航导弹严重偏离航向,这可以归因于几个因素。其中最重要的是安装了备用惯性导航系统 (INS),如果 GPS 信号受到干扰,它可以使炸弹和导弹保持在目标上。然而,INS 系统的精度略低于 GPS,因此 INS 制导武器可能会稍有偏差的风险更大,从而增加了人口稠密地区附带损害和人员伤亡的风险。不过,这种危险可能是短暂的:高功率 GPS 干扰器很容易被追踪到其来源,实际上是给自己画了一个靶心。“事实上,我们用 GPS 武器摧毁了一个 GPS 干扰器,”美国陆军少将维克多·雷努亚特 (Victor Renuart) 在卡塔尔的一次简报会上告诉记者,简报会描述了对 GPS 干扰器的袭击。

伊拉克干扰的努力也可能被一种新型的信号增强技术所挫败——这种技术在高度保密的情况下部署在伊拉克——它压制了 GPS 干扰器。安装在全球鹰或捕食者无人机上的机载伪卫星,昵称“伪卫星”,将在伊拉克上空创建一个微型 GPS 星座。这些伪卫星将捕获来自太空的微弱 GPS 信号,然后以更高的功率和更近的距离将它们中继到空中的炸弹和导弹或地面部队。与太空中的卫星一样,需要四个伪卫星来绘制导航解决方案。国防高级研究计划局 (DARPA),五角大楼的研究部门,在 2000 年 4 月进行的测试使军方相信,伪卫星足够强大,可以克服干扰。专门开发的波束成形天线和信号处理器使伪卫星即使在受到攻击时也能获取天基 GPS 信号。新型接收器,称为精密轻型 GPS 接收器 (PLGRS) 或“pluggers”,已制造出来与伪卫星一起使用。

伪卫星和备用惯性导航系统意味着只要美军控制战场空域,智能炸弹和巡航导弹就可能击中预定目标。但是,在无法安全部署伪卫星的冲突中,如果地面部队遇到一个由一次性使用的曲棍球大小的 GPS 干扰器组成的雷区,他们可能会迷路或误导射击,每个干扰器都可能在一公里半径范围内干扰 GPS 信号。据报道,伊拉克还在该地区爆发敌对行动之前从 Aviaconversiya 购买了多达 400 个小型 GPS 干扰器,尽管尚不清楚是否使用了其中任何一个。

位于俄勒冈州格兰茨帕斯 (Grants Pass) 的 GPS 干扰设备制造商 Radio Design Group, Inc. 的总裁吉姆·亨德肖特 (Jim Hendershot) 说:“这是一个严重的威胁,因为这些小型干扰器可能会让地面人员陷入困境。士兵的 GPS 接收器没有备用导航系统。他们将被剥夺导航能力。”

2000 年 8 月,当美国、英国和法国竞争一项价值 14 亿美元的坦克合同时,地面部队对 GPS 的依赖程度无意中向希腊当局暴露出来。当每个国家的坦克参赛作品都展示出其威力时,很明显,美国和英国的坦克无法获得 GPS 信号进行导航。《军事评论》杂志报道,后来,令希腊国防官员感到好笑的是,人们发现法国特工正在远程激活小型、一英尺高的 GPS 干扰器,以在英国和美国坦克在野外时干扰 GPS 信号。考虑到美国和澳大利亚军方早在 2000 年 3 月就在澳大利亚偏远的伍梅拉联合进行 GPS 干扰器定位器的研究,这种 GPS 干扰战术不应让人感到惊讶。

事实上,任何业余爱好者都可以用 400 美元的备用资金投资电子元件来制造小型 GPS 干扰器,例如,使用在线黑客杂志《Phrack》提供的计划。此类设备可以轻松干扰商业 GPS 信号,甚至可能干扰军用 GPS 信号,即使后者使用定期更改的代码进行加密。“军用信号稍微难以干扰,”亨德肖特说,“但仍然很容易。”

这就是为什么军方正在游说从明年开始发射 20 颗新的 GPS 卫星。这些新卫星将发射比当前信号强八倍的 GPS 信号,这意味着任何潜在的干扰器都必须增加尺寸和复杂性。专家如亨德肖特指出,“在此之前,GPS 非常脆弱。”

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