守護空中走廊：現代航空服務中GNSS干擾的挑戰與GIDAS監測技術深度剖析
導論：PBN時代的空中命脈 – GNSS的依賴與脆弱性
在全球航空服務（Air Traffic Services, ATS）領域，全球導航衛星系統（GNSS）已成為推動現代化與效率提升的基石，尤其在性能基準導航（Performance-Based Navigation, PBN）框架下，GNSS不僅是實現更精確航線、優化進離場程序、提升空域容量的核心技術，更是保障飛行安全的關鍵支柱。它使得精確的定位與時間資訊在全球範圍內觸手可及。
然而，GNSS系統的固有特性——源自約兩萬公里高空、發射功率僅數十瓦的衛星訊號 ，抵達地球表面時已極為微弱 ，使其極易受到各種射頻干擾的影響，對飛行安全構成潛在威脅 。對於肩負安全重任的航空產業而言，僅僅依賴GNSS的標稱性能已不足夠；對GNSS訊號的健康狀態與品質進行持續、密切的監控，變得至關重要 。
GNSS干擾：飛行安全與空中交通管理的隱形威脅
GNSS訊號干擾，無論是蓄意的（如Jamming干擾、Spoofing欺騙）還是無意的（如鄰近頻段的強電磁輻射），都可能對航空營運造成嚴重後果。干擾可能導致機載導航系統定位精度下降、可用性喪失，甚至輸出完全錯誤的導航資訊 。這不僅會增加飛行員和空中交通管制員（ATC）的工作負荷，還可能導致偏離預定航路、失去安全間隔、機場容量下降，甚至在最壞情況下引發飛行事故。
OHB Digital Solutions在GNSS領域擁有超過二十年的研發經驗 ，深刻理解GNSS訊號的優勢與弱點，早期的外場測量活動就已揭示，除了多路徑等自然干擾外，蓄意干擾（如來自干擾器的訊號）也頻繁出現，一項2014年在奧地利A9高速公路沿線的測量活動，首次發現了GNSS頻段干擾訊號與過往卡車之間的關聯性，這些令人擔憂的發現，促使OHB開發了永久性監測解決方案，成為今日GNSS品質保證方案的基礎，事實證明，GNSS干擾已不僅是理論或軍事上的威脅 ，而已成為日常運營中必須面對的現實問題；OHB在歐洲多地（如愛沙尼亞、捷克、奧地利）部署的GIDAS（GNSS Interference Detection and Analysis System）系統，幾乎每天都會偵測到GNSS干擾事件 。
機場及其周邊空域的GNSS訊號一旦受到干擾（如圖中紅色區域所示的GNSS Jammer影響範圍），可能嚴重影響進離場航班的導航精度；透過部署如GIDAS MS（監測感應器）並連接至MC（監控中心），可即時向空管中心（ATC）發出告警，保障飛行安全。
一項自2022年5月起在某歐洲機場與當地空中導航服務提供商共同營運的GIDAS固定式（Stationary）監測系統數據顯示，在短短246天內，該系統就偵測到630次被歸類為「告警」級別（表示GNSS測量品質實際下降）的干擾事件，以及額外的1614次「警告」級別事件 。數據分析進一步指出，高速公路沿線的干擾尤為頻繁 ，且許多干擾事件與通勤時段的貨運卡車活動相關 ，這支持了部分卡車司機為逃避車隊管理而使用干擾器的假設 。
GIDAS Stationary：專為航空服務打造的全天候GNSS守護神
面對日益嚴峻的GNSS干擾威脅，專為安全關鍵基礎設施（如機場）設計的永久性GNSS品質保證系統應運而生 。OHB GIDAS Stationary 正是市場領先的此類解決方案，其技術源於超過二十年的GNSS訊號處理與干擾偵測研究 ，能夠進行強韌的即時干擾偵測與告警 。
近期，OHB Austria GmbH更成功獲得羅馬尼亞空中交通服務管理局（ROMATSA）的合約，將為其提供全國性的GNSS監測與干擾偵測系統。此計畫不僅是對 GIDAS Stationary 解決方案卓越性能的極佳印證，也符合歐盟關於在空中交通管理中安全、精確應用GNSS的指導方針，支持ROMATSA對PBN的承諾。未來數月內，OHB將在羅馬尼亞全境17個機場部署GIDAS Stationary系統，實現多站點的即時GNSS訊號監控、干擾與欺騙偵測及告警，所有資訊都將匯集至一個中央化的全國機場監控（Nationwide Airport Monitoring, NAM）介面。
此大規模計畫將分三階段進行，為期36個月，從初步系統設計評估羅馬尼亞各機場的GNSS威脅，到在三個主要機場進行試點，最終完成全部17個目標站點的全面部署。每個機場將配備多個GIDAS監測站，數據饋送至本地監控中心（MC）並與NAM連接，提供基於Web介面的即時GNSS監控、干擾偵測、分類、告警、干擾源定位以及已記錄事件的統計分析功能。
典型的 GIDAS Stationary 部署包括安裝於機場關鍵位置的GNSS監測天線（左圖）、位於監控中心的機架式處理單元與操作顯示終端（中圖），以及可遠端存取的監控儀表板使用者介面（右圖），呈現各監測站點的即時狀態與告警資訊。
GIDAS核心技術深度解構
GIDAS Stationary 的強大功能，源於其精密設計的核心技術，特別是其多層次的偵測模型與先進的訊號處理演算法。
多層次偵測模型：從訊號異常到威脅告警
GIDAS系統採用了精密的干擾偵測模型與欺騙偵測模型，透過多種偵測技術的智慧組合，實現對GNSS訊號異常的快速識別與威脅等級判斷 。
- 干擾偵測模型 (Jamming Detection Model):
GIDAS的干擾偵測模型匯總了多項監測技術的輸出，根據預設或使用者自訂的閾值（例如符合ICAO標準的閾值 ）將風險分為不同等級的告警；關鍵規格助力：其對於ICAO所訂閾值的偵測概率可達99%以上 ，這對於確保航空安全至關重要。其包含的偵測器如：- CNR檢測器 (Carrier-to-Noise Ratio Detector):
監測GNSS訊號的載波與雜訊比，是判斷訊號品質的直接指標。干擾通常導致CNR顯著下降 。 - PSD檢測器 (Power Spectral Density Detector):
分析訊號的功率譜密度，識別頻段內的異常功率突起，有助於定位干擾頻率。 - 接收功率檢測器 (Received Power Detector):
量測總接收訊號功率，高功率通常意味著干擾源的存在。 - 都卜勒檢測器 (Doppler Detector):
分析訊號的都卜勒頻移異常，可用於判斷移動干擾源或某些欺騙訊號。 - 偽距檢測器 (Pseudorange Detector):
檢查偽距測量值的一致性與跳變，評估干擾對測距精度的影響。 - PVT檢測器 (Position, Velocity, Time Detector):
綜合分析由GNSS解算出的位置、速度、時間資訊的連續性與合理性。
- CNR檢測器 (Carrier-to-Noise Ratio Detector):
GIDAS 干擾偵測模型整合了CNR、PSD、接收功率、都卜勒、偽距及PVT等多種偵測器的輸出，進行加權評估並根據預設閾值產生告警（ALARM）、警告（WARNING）或標示正常（NOMINAL）的決策 。
- 欺騙偵測模型 (Spoofing Detection Model):
針對更隱蔽的欺騙攻擊，GIDAS採用另一組精心挑選的技術進行偵測。其組合告警機制與干擾偵測類似 。偵測器範例包括：- 空間相關性檢測器 (Spatial Correlation Detector):
通常需配合多天線系統，分析訊號到達方向的一致性，以識別來自單一方向的偽造訊號。 - 相關峰值檢測器 (Correlation Peak Detector):
檢測GNSS訊號解調過程中相關峰的形狀、多個相關峰的出現等異常，以識別欺騙訊號。 - ARAIM檢測器 (Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring):
利用多餘觀測值，特別是來自多個星座的數據，進行接收機自主完好性監測，驗證數據一致性。 - 接收器時脈檢測器 (Receiver Clock Detector):
分析接收器本地時鐘與GNSS時間的同步狀態，異常的鐘漂或鐘跳可能指示欺騙攻擊。
- 空間相關性檢測器 (Spatial Correlation Detector):
圖說：GIDAS 欺騙偵測模型採用了包括CNR、空間相關性、相關峰值、ARAIM、接收器時脈、都卜勒、偽距及PVT等多種偵測技術，以綜合判斷欺騙威脅的存在。
干擾源分類與精準定位技術
偵測到干擾後，GIDAS系統還能進行干擾訊號類型的自動分類，以及對干擾源進行定位 。
- 干擾分類：
系統能夠區分調幅(AM)、調頻(FM)、連續波(CW)、掃頻連續波(SCW)以及脈衝型干擾等不同類型的干擾源；關鍵規格助力：典型的頻率解析度可達1 kHz，分類所需時間解析度可達10 μs ，有助於快速識別干擾特徵。 - 干擾源定位：
GIDAS固定式安裝通常包含三個或更多的監測感應器（MS），每個監測感應器由獨特的雙模GNSS天線和本地訊號處理單元構成 。透過部署在監控區域內的多個感應器，可以利用三角測量法（如到達角AoA技術、接收訊號強度差DRSS）定位干擾源；關鍵規格助力：定位精度通常優於20公尺 ，這對於執法單位快速找到並移除干擾源至關重要。
GIDAS系統架構：從感測器到中央監控
一個典型的 GIDAS Stationary 系統由分佈式的本地GIDAS監測感應器網路和一個中央GIDAS監控中心組成。
- 本地GIDAS監測感應器 (MS)：
這些感應器遍佈於需要監控的區域（如機場跑道兩端、航站樓、關鍵進近點） ，執行24/7全天候監控 ，並利用AoA等技術估算本地干擾源的方位 。 - 中央GIDAS監控中心 (MC)：
這是永久安裝系統的核心。它負責本地數據處理（無需昂貴的雲端基礎設施） 、數據存檔與干擾事件的後處理分析 。提供基於Web的使用者介面，便於操作整合 ，並可根據操作環境自訂告警介面（軟體或硬體） 。關鍵規格助力：告警延遲通常小於6秒，平均小於3秒 ，確保空管人員能即時獲知GNSS狀態 。
GIDAS Stationary 系統的硬體組件通常包括用於感應器端的處理單元（如圖中較小的機箱，可置於便攜箱內運輸）以及用於監控中心的19吋標準機架式伺服器（如圖右側機櫃內設備）。
GIDAS技術規格亮點與工程價值
GIDAS Stationary 的詳細技術規格為航空服務的研發與維運工程師提供了堅實的技術保障：
- 廣泛的GNSS訊號支援：
支援GPS (L1 C/A, L2C, L5)、Galileo (E1B/C, E5a, E5b, E6)、GLONASS (G1, G2)、BeiDou (B1)以及SBAS (L1上的EGNOS, WAAS等) ，這確保了對當前主流衛星系統的全面監控能力，對於PBN操作至關重要。 - 高處理頻寬與動態範圍：
支援高達61.44 MHz的處理頻寬和高達2x12位元的複數訊號動態範圍，這使得系統能夠捕捉和分析各種複雜的寬頻干擾訊號和微弱的衛星訊號細節。 - 多樣化的輸出與告警：
提供干擾告警、詳細偵測與分類數據、干擾定位結果、原始訊號快照（符合ION GNSS SDR元數據標準）、自動報告與日誌檔等，告警途徑包括GUI、TCP/IP、電子郵件及可自訂的空管告警介面 。 - 符合國際航空標準：
系統設計與測試參考了ICAO Annex 10、ICAO Doc. 8071及RTCA DO-229D等國際標準與建議措施，這確保了GIDAS系統在航空應用中的合規性與權威性。 - 靈活的配置與操作：
偵測閾值可由使用者自訂或採用預定義（如ICAO、RTCA）的標準 。輸出更新率可配置（1至10 Hz） 。多使用者Web客戶端介面支援遠端存取與管理 。
這些規格確保了GIDAS系統不僅能精確、可靠地完成監測任務，更能靈活適應不同機場的特定需求與操作流程。
GIDAS系列概覽與應用擴展
GIDAS Stationary 是OHB GIDAS（GNSS干擾檢測與分析系統）產品家族的核心成員之一。GIDAS系列目的在為各種應用場景提供全面的導航品質保證解決方案。
OHB GIDAS (GNSS Interference Detection & Analysis System) 提供一個涵蓋固定式（Stationary）、移動式（Mobile）、便攜式（Portable）及嵌入式（Embedded）等多種應用型態的全面GNSS品質保證方案系列，以滿足不同場景下的GNSS訊號監測與分析需求。
GIDAS的運作流程遵循一套完整的監測（MONITORING）、偵測（DETECTION）、告警（ALERT）、故障排除（TROUBLESHOOT）至評估（EVALUATION）的閉環管理方法 ，旨在提供從即時威脅識別到長期緩解策略制定的端到端解決方案。
除了機場，GIDAS的監測技術也適用於港口、能源網路、內陸水道、基於GNSS的公路收費系統等其他安全關鍵基礎設施；自2022年起，GIDAS也推出了便攜式版本，整合了所有固定式系統的功能，並設計為完全自主使用，同時也能作為易於重新部署的監測感應器連接到固定式GIDAS裝置中 。
總結：為PBN飛行安全與效率保駕護航的技術基石
GNSS干擾對依賴PBN的現代航空服務構成了真實且日益嚴峻的威脅 。永久性安裝的GNSS品質保證系統，如OHB GIDAS Stationary，透過24/7全天候監測GNSS訊號與服務，能在干擾對飛行安全構成實際風險前，向營運商和高層系統發出告警；OHB的監測系統證實，即使遠離軍事衝突區域，干擾也是一種日常可觀測到的現象 。
對於航空服務提供者、機場管理機構以及相關的研發工程師而言，意識到GNSS的脆弱性並採取主動的監測與緩解措施是保障運營安全與效率的第一步，透過部署如GIDAS Stationary這樣的先進系統，不僅能夠即時掌握GNSS訊號的「健康狀況」，更能透過長期數據積累與分析，為制定更有效的干擾緩解策略、優化導航程序、以及提升整體航空系統的強韌性提供堅實的數據基礎與技術支撐 。這使得OHB的解決方案成為確保GNSS依賴型應用更加強韌和可靠的關鍵技術 。
GIDAS Stationary 關鍵特性與航空服務工程價值總覽
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GIDAS Stationary - 關鍵特性 |
技術細節/規格 |
對航空服務的工程價值 |
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全天候即時監測 |
多星座/多頻段持續監控 (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou, SBAS on L1, L2C, L5, E1B/C, E5a/b, E6, G1, G2, B1) |
全面掌握空域GNSS訊號品質，無間斷保障，支持PBN運營 |
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精準干擾偵測 |
多演算法融合 (Jamming/Spoofing models incl. CNR, PSD, PVT, Spatial Corr., Corr. Peak, ARAIM, etc.) |
高偵測率 (>99% for ICAO thresholds )，低誤報，快速識別威脅類型 |
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快速告警機制 |
告警延遲 < 6 秒 (平均 < 3 秒)；可自訂介面 (TCP/IP, email, GUI) |
即時通報空管人員（ATC）與相關系統 ，迅速應對潛在導航威脅 |
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干擾源定位 |
AoA/DRSS技術, 需至少3個MS；定位精度典型優於20m |
精確定位機場及周邊區域的干擾源，協助快速清除，恢復GNSS服務 |
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系統擴展性與韌性 |
遠端管理，模組化設計，可擴展至全國網路 (如ROMATSA NAM) |
適應不斷演進的GNSS威脅與機場擴展需求，保障長期投資效益 |
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符合國際標準 |
ICAO Annex 10, ICAO Doc. 8071, RTCA DO-229D |
確保系統設計與性能符合國際航空安全規範與建議措施，有利於認證與部署 |
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詳盡的數據分析與報告 |
自動記錄原始基頻訊號快照與所有偵測器結果 ；綜合數據分析平台與報告功能 |
支持深入的事件後分析，理解干擾模式，指導有效的應對與緩解策略 |
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