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剖析 GPS/GNSS 干擾與欺騙：航空業面臨的導航訊號風險與應對策略

剖析 GPS/GNSS 干擾與欺騙：航空業面臨的導航訊號風險與應對策略


東歐與中東持續的衝突，以及亞洲的地緣政治緊張局勢，日益干擾著航空業每日依賴的衛星導航系統運作，這些系統對於維持空中交通的效率與安全至關重要；衛星導航系統，包括美國的 GPS (全球定位系統)、歐盟的 Galileo、俄羅斯的 GLONASS 及中國的北斗等 GNSS (全球導航衛星系統)，仰賴良好接收從數萬公里外軌道發射的相對微弱訊號，干擾器 (Jammers) 在相同或鄰近頻率上發射更強功率的訊號，如同噪音蓋過正常聲音般，壓制來自太空的微弱導航訊號，導致接收器定位效能降低或完全無法成功計算位置；另一方面，欺騙 (Spoofing) 則更為陰險，它試圖透過廣播與真實 GNSS 訊號結構相似但包含錯誤時間或位置資訊的偽造訊號，誘使 GPS/GNSS 接收器計算出錯誤的定位結果，卻可能不觸發任何明顯的警告。

本文將參考最新事件與分析報告，深入探討全球範圍內日益增加的 GNSS 干擾與欺騙事件數量，討論它們為何對民用航空的飛行安全、營運效率構成實質風險，以及如 FAA、EASA 等主要航空監管機構如何更新指引以應對此一新興挑戰。

干擾事件日益增加：從衝突區到全球蔓延

最強烈的 GNSS 干擾活動持續發生在俄羅斯與其鄰國邊境區域，特別是鄰近烏克蘭的西部邊境、波羅的海（涵蓋芬蘭、愛沙尼亞、拉脫維亞、立陶宛、波蘭空域）及黑海沿岸，根據戰爭研究所 (ISW) 等機構的評估，這些干擾通常與俄羅斯的軍事行動或電子戰演練有關；中東地區，特別是敘利亞、伊拉克、以色列與黎巴嫩周邊，也是 GPS/GNSS 訊號因衝突而經常受到干擾的熱點區域；值得注意的是，根據 Skai Data Services 的追蹤資料顯示，類似的干擾與欺騙事件也開始顯著沿著太平洋沿岸地區發生，影響了往返香港、台灣及東南亞國家的航班，顯示此問題已具備全球蔓延的趨勢，然而，干擾與欺騙的影響範圍可能遠超出衝突區的直接地理範圍，例如 2024 年 6 月發生了首起記錄在案、影響商業跨大西洋航班的干擾事件，該航班在飛越波羅的海區域時，其 GPS 接收器很可能受到該區域強烈的干擾影響，且效應持續，導致在航班後續抵達北大西洋空域時導航系統仍未能完全恢復正常運作。

衝突中的任何一方都可能為了戰術目的而主動干擾衛星導航，根據德州大學奧斯汀分校無線電導航實驗室 (University of Texas Radio Navigation Laboratory) 研究人員透過分析公開的飛機自動回報監視 (ADS-B) 資料所進行的研究指出，東地中海地區最強的 GPS 欺騙來源之一，似乎是位於黎巴嫩邊境附近的一處以色列軍事基地。

戰爭與政治不穩定並非干擾事件的唯一驅動因素，北歐國家芬蘭近年來 GPS 干擾事件數量顯著增加，根據該國交通與通訊管理局 Traficom 的記錄，2023 年全年記錄了約 600 起由飛行員通報的 GPS 干擾事件，但僅在 2024 年的前三個月就已記錄高達 200 起事件，芬蘭與俄羅斯共享漫長的邊界，被認為是部分干擾的來源，然而，Traficom 的官員也指出，芬蘭國內因素同樣不容忽視，越來越多的芬蘭駕駛者為了躲避追蹤或規避道路收費，違規使用廉價的個人區域干擾器，這些裝置也可能影響到空中的飛機。

干擾也可能完全是意外且非故意的，任何屏蔽設計不良或故障的電子設備，若其產生的射頻雜訊落在 GNSS 使用的頻段（例如 L1 頻段 1575.42 MHz），就可能對鄰近的 GPS 接收器造成干擾，這種無意的干擾正是導致 2022 年美國丹佛國際機場 (DEN) 附近發生嚴重 GPS 中斷事件的原因，根據美國網路安全暨基礎設施安全局 (CISA, Cybersecurity and Infrastructure Security Agency) 的事後調查報告與 GPSWorld 的報導，此次事件導致機場周邊 GPS L1 頻段的接收嚴重受擾長達 33 小時，影響了部分航班起降與地面作業；此外，追蹤 GPS 效能的組織如 GPSJam.org 也觀察到美國德州與奧克拉荷馬州等地出現一些僅發生在工作日上班時間，而非週末或國定假日的零星干擾模式，這類具有明顯時間重複性的事件通常指向特定的工業或商業活動產生的無意干擾，相對較易於透過監測與合作來識別源頭並加以處理。

對航空業日益增加的風險：從導航失效到虛假警報

GNSS 干擾最直接的影響是迫使飛行員放棄依賴衛星的導航模式，轉而使用傳統的地面導航系統，例如 VOR (特高頻全向信標)、DME (測距儀) 或 ILS (儀器降落系統)，以及機載的慣性導航系統 (INS)，雖然飛行員都接受過這些傳統導航方式的訓練，但頻繁切換會增加工作負荷；更重要的是，干擾可能同時影響其他高度依賴精確 GPS 位置資訊的先進飛行系統，例如 RNAV (區域導航, Area Navigation) 與 RNP (所需導航性能, Required Navigation Performance) 程序可能因無法滿足精度要求而無法執行，使得需要精密導航能力的進離場程序受限，進而影響航班準點率與空域容量；此外，依賴位置資訊進行計算的飛行管理系統 (FMS) 可能無法提供準確的航線追蹤、油耗預估與預計抵達時間等資訊。

相較於干擾導致的功能喪失，欺騙的影響可能更為危險且不易察覺，因為 GPS/GNSS 系統在被欺騙時，其顯示介面可能看似一切正常運作，導致機組人員可能在毫無警覺的情況下，依循錯誤的導航指示而逐漸偏離預定航線，雖然機組人員或許能在交叉比對慣性導航系統 (INS) 或其他獨立導航來源的輸出時，透過觀察位置差異來發現問題，但這需要持續的警覺性；更令人擔憂的是，欺騙所提供的錯誤位置或高度資訊，可能觸發機載地形迴避與警示系統 (TAWS, Terrain Avoidance and Warning System)，即使飛機實際上在安全的巡航高度飛行，系統卻可能因為接收到被偽造的、顯示飛機接近地障的資訊，而發出緊急的「Terrain Ahead, Pull Up!」語音警報，根據 RNT Foundation 的報告，這種情況確實發生在 2023 年底於沙烏地阿拉伯上空 37,000 英尺高度飛行的商用客機上，對機組造成極大困擾，並可能引發不必要的劇烈規避動作，帶來額外風險。

對於在衝突區附近或地緣政治敏感空域飛行的飛機而言，欺騙構成的風險尤其嚴峻，如果接收到的誤導性位置資料導致飛機嚴重偏離計劃航線，就可能在無意中誤入敵對國領空或軍事禁航區 (No-Fly Zone)，從而面臨被誤認為敵意目標而遭受攔截甚至攻擊的致命風險。

航空監管機構的指引：強化通報、訓練與設備韌性

面對日益增長的 GNSS 干擾威脅，全球主要的航空監管機構都強調飛行員及時通報的重要性，要求機組人員在飛行中若遭遇 GPS/GNSS 訊號異常、不穩定、或疑似受到干擾/欺騙時，應立即透過無線電向空中交通管制單位 (ATC) 報告事件發生的時間、地點、持續時間與影響情況，這些即時資訊不僅能提醒該區域的其他飛機提高警覺，也能匯總給如 CISA 或各國負責頻譜管理的機構，協助其追蹤、定位潛在的干擾源並採取應對措施，近期，全球的監管機構紛紛更新其官方指引文件，目的在協助航空營運商、飛行員、空中交通管制員以及飛機/航電設備製造商，共同應對這個日益普遍且複雜的問題。

2024 年 1 月，美國聯邦航空總署 (FAA, Federal Aviation Administration) 發布了編號 SAFO24002 的營運商安全警示 (SAFO, Safety Alert for Operators)，專門用以指導航空業界如何應對 GPS 及其他 GNSS 服務可能發生的中斷情況，該 SAFO 文件建議營運商加強飛行員訓練，確保他們熟悉在無 GPS 環境下的操作程序，並敦促機組人員在飛行中應隨時保持高度的狀況警覺，積極使用傳統地面導航輔助設備（如 VOR、DME、ILS）或機載慣性導航系統 (INS) 來交叉驗證 GPS/GNSS 系統輸出的位置資訊的準確性與合理性，並且要隨時準備好在 GNSS 訊號不可靠時，熟練地恢復使用傳統飛行程序進行導航與儀器進場。

2024 年 7 月，歐盟航空安全總署 (EASA, European Union Aviation Safety Agency) 更新了其 GNSS 安全資訊公報 (SIB, Safety Information Bulletin)，編號為 2022-02R3，這是自 2022 年初因應烏克蘭衝突影響首次發布該 SIB 以來的第三次修訂版本，參考了近期在中東、波羅的海及黑海等區域頻繁發生的 GNSS 干擾與欺騙事件，修訂後的 SIB 特別擴充並強調了關於欺騙風險的內容，及其可能對 TAWS 等重要安全系統產生的連鎖影響，EASA 強烈建議 GPS/GNSS 接收器、整合航電系統及相關飛行應用設備的製造商，應評估其產品在面對不同類型干擾與欺騙攻擊時的效能表現與韌性，並應向其客戶（航空公司、飛機製造商等）提供清晰的指引，說明如何偵測可能發生的干擾或欺騙事件（例如：監控位置、速度、時間資料的一致性，檢查 RAIM 狀態等），以及建議在遭遇此類干擾事件期間應如何繼續安全地操作其設備的具體方法與限制。

CAST Jamming 模擬解決方案：在實驗室驗證 GNSS 韌性

面對真實世界中日益複雜且難以預測的 GNSS 干擾與欺騙環境，僅依靠有限的外場飛行測試已不足以充分驗證導航系統的可靠性，CAST Navigation 的 GNSS/慣性導航系統 (INS) 模擬系統提供了一種關鍵的解決方案，讓航電設備製造商與整合商能在實驗室的控制環境中，進行遠比外場測試更多樣化、更嚴苛且完全可控、可重複的測試，測試情境可以精確模擬全球任何地點、任何時間的衛星星座狀態與 GNSS 訊號條件，包括模擬特定的訊號遮蔽、多路徑效應等，更重要的是，透過配置 CAST Navigation 功能強大的 Jammer 模組，使用者可以在模擬的 GNSS 訊號基礎上，疊加一層或多層主動干擾訊號，以模擬真實世界中的惡意干擾場景。

將 CAST 模擬器配置 Jammer 干擾模擬功能，賦予了測試工程師對每一個模擬的干擾源進行極其精細的控制能力，可自由設定干擾訊號的各項關鍵參數，包括選擇特定的干擾波形類型（如連續波 CW、調頻波 FM、掃頻波、脈衝波、甚至模擬真實的複雜干擾訊號）、精確調整干擾功率位準（相對或絕對功率）、以及設定干擾源相對於被測接收器的動態方向與軌跡（模擬移動干擾源），其強大的訊號產生能力不僅限於模擬針對單一天線的接收器，例如傳統的固定接收模式天線 (FRPA)，CAST Jammer 能夠為採用先進抗干擾技術的受控接收模式天線 (CRPA) 系統，產生多達八個獨立、相位同步且經過校準的干擾訊號輸出，精確饋入 CRPA 的每一個天線元件，用以測試複雜的波束成形與抗干擾演算法的實際效能。

憑藉其無與倫比的測試場景控制精度與完全一致的可重複性，這類先進的 GNSS/INS 模擬測試平台顯著簡化並加速了評估 GNSS/INS 系統（無論是接收器、整合導航單元還是飛行管理系統）在面對各種主動 GPS/GNSS 干擾與欺騙威脅時的性能表現與韌性的過程，透過這樣的解決方案能夠在實驗室環境中高精度、即時地模擬包含複雜干擾、欺騙情境下的衛星與慣性 SENSOR 訊號，用以驗證航空導航設備在本文所述的干擾壓制、欺騙攻擊導致的 TAWS 誤觸發、或偏離航線等風險情境下的實際反應與防禦能力，協助開發團隊在產品開發早期就能發現潛在弱點，並驗證抗干擾演算法、多源融合策略等改進措施的有效性，最終有助於開發出更為強固、可靠、能在日益嚴峻的電磁環境下維持精確導航與飛行安全的航空設備。

參考資料

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