導航戰場的隱形防線：GNSS 訊號韌性技術的現況與未來趨勢

在 21 世紀的數位化浪潮中，精確的「位置」與「時間」數據已成為支撐現代工業運作的隱形骨架，從引導航班降落的儀器降落系統，到同步全球金融交易的時間戳記，這一切都依賴於全球導航衛星系統（GNSS）；然而這項技術的普及也帶來了前所未有的脆弱性，隨著軟體定義無線電（SDR）技術的門檻降低，針對 GNSS 訊號的干擾（Jamming）與欺騙（Spoofing）已從軍事領域溢出至民用關鍵基礎設施，成為航空、機場安全與太空產業必須面對的嚴峻課題。

本文從技術趨勢與產業應用的角度，深入探討當前 GNSS 安全技術的架構、應用場景以及未來的發展方向。

從「信任」到「零信任」的典範轉移

長期以來，工業界對 GNSS 訊號抱持著一種預設的「信任」態度，接收器接收訊號，解算出座標，系統便據此運作，然而，當前的產業現況迫使這種思維必須轉變為「零信任（Zero Trust）」架構。

威脅光譜的演變

目前的 GNSS 威脅已不再僅限於簡單的雜訊遮蔽。

• 壓制式干擾（Jamming）：
  這是最基礎的攻擊，利用高功率雜訊淹沒衛星訊號，導致服務中斷（Denial of Service），這在工業應用中通常表現為設備報警、定位丟失。
• 欺騙與操弄（Spoofing & Manipulation）：
  這是更高階的威脅，攻擊者發送結構與真實衛星訊號極其相似的偽造訊號，誘使接收器鎖定錯誤的位置或時間，在航空與太空領域，這種攻擊更為致命，因為系統可能在「自認為正常」的狀態下，執行錯誤的導航指令。

關鍵基礎設施的剛性需求

航空航太與太空產業對精確度與可靠性的要求極高，這些領域的特點在於「容錯率極低」，一旦 GNSS 數據被污染，不僅是效率降低或成本增加，更直接關乎人命安全與國家資產的存亡，因此產業趨勢正從單純的「接收導航」轉向「導航韌性（Navigation Resilience）」的建構，即在受攻擊環境下仍能維持運作或安全降級的能力。

航空製造與飛航測試：在地面的「虛擬戰場」

航空產業正面臨雙重挑戰：新一代飛機需要更高的導航精度以支援更密集的空域管理，同時又必須證明其機載系統能抵抗日益複雜的電磁干擾。

硬體迴路模擬（HIL）與全機測試

在飛機製造階段，最大的技術痛點在於：你無法在真實的民航視距內測試干擾訊號，因為這會危及其他飛機，因此技術重心轉向了受控環境下的高真度模擬。

• 技術應用：
  目前的趨勢是建立大型的電波暗室（Anechoic Chamber）或透過電纜直連（Conducted）方式，將飛機的導航接收機連接至高階 GNSS 訊號模擬器，這種模擬器不僅產生標準的衛星訊號，還能產生各種類型的干擾波形（如掃頻干擾、脈衝干擾）以及欺騙訊號。
• 應用場景詳解：
  工程師會預設飛機在起降過程中遭遇惡意攻擊的劇本，例如：模擬飛機在進場時，突然遭遇來自地面的 GPS 誘騙訊號，測試飛機的飛行管理系統（FMS）是否能識別異常，並自動切換至慣性導航系統（INS）或其他備援手段，這種測試確保了飛機在出廠前，就已經歷過「電子戰」的洗禮。

訊號錄製與回放（Record & Playback）

除了模擬，真實環境的數據採集也至關重要，測試飛機會搭載高頻寬的射頻（RF）錄製設備，在實際飛行中錄製複雜電磁環境下的頻譜數據，回到實驗室後這些真實數據會被「回放」給接收器，以驗證系統在真實世界雜訊下的表現，這對於調整接收器的抗干擾演算法至關重要。

機場安全：分散式頻譜監測網

機場作為固定的關鍵節點，其安全防護邏輯與移動的飛機截然不同，目前的技術趨勢是建立一個覆蓋機場周邊的全天候頻譜感知網路。

從單點監測到網格化感知

過去的機場可能只有一兩個監測點，容易產生死角，現在的技術走向是部署分散式感測器網路（Distributed Sensor Network），這些感測器如同機場的「電子耳」，分布在跑道末端、塔台、圍牆周邊。

• 技術原理：TDoA 定位
  當干擾訊號出現時，單一感測器只能知道「有干擾」，但透過分散式網路，系統可以利用到達時間差（Time Difference of Arrival, TDoA）技術，當同一個干擾訊號傳播到不同位置的感測器時，會有極微小的時間差，系統不需使用複雜公式，只需透過比對這些時間差，就能在數位地圖上畫出雙曲線，其交點即為干擾源的精確位置。
• 應用場景：
  這對於快速處置至關重要，例如系統偵測到干擾源位於機場外圍的高速公路上（極可能是配備隱私遮蔽器的貨車），航管人員可以立即知道這不是針對機場的蓄意攻擊，風險等級不同；反之，若干擾源位於跑道附近的樹林裡且持續發射，則可立即引導安保人員進行排查。

訊號特徵分析與分類

現代監測系統內建了強大的訊號處理引擎，它不只看訊號強度，還分析訊號的「指紋」。

• 技術細節：
  系統會分析干擾訊號的頻譜形狀、調變方式和週期性。
• 實際效益：
  這能幫助機場區分是設備故障產生的雜訊（如老舊發電機的火花干擾）、無意的民用干擾（如行車記錄器的不良輻射），還是專業的欺騙攻擊。這種分類能力大幅降低了誤報率，讓航管人員能專注於真正的威脅。

衛星製造與太空地面系統：軌道上的精準同步

太空產業對 GNSS 的依賴更為本質，低軌道（LEO）衛星依賴 GNSS 進行定軌；地面站依賴 GNSS 進行全網時間同步。

星載接收機的地面驗證

衛星一旦發射便無法回收維修，因此地面測試要求達到極致。

• 動態模擬技術：
  衛星在軌道上以極高速度運行，其接收到的 GNSS 訊號會產生劇烈的多普勒頻移（Doppler Shift），地面測試設備必須能完美模擬這種高速動態下的訊號特徵，以及穿越電離層時的訊號延遲變化。
• 星群模擬：
  現代衛星常以「星系（Constellation）」形式運作，測試系統需要模擬衛星在軌道上可能接收到的所有可見 GNSS 衛星訊號，甚至包括微弱的旁瓣訊號（Side-lobe signals），以驗證衛星在高軌道（GEO）或月球轉移軌道上的導航能力。

地面站的抗干擾防護

太空任務的指揮中樞——地面站，是駭客或敵對勢力進行電子干擾的高價值目標。

• 授時安全（Timing Security）：
  地面站的天線陣列控制、數據鏈路加密解密，全部依賴 GNSS 提供的奈秒級精準時間，如果時間訊號被欺騙，可能導致衛星失聯。
• 技術解方：
  地面站防護系統採用多模態接收與比對技術，系統會同時接收 GPS、Galileo、GLONASS 等多個星座的訊號，並與本地原子鐘進行比對，一旦發現某個星座的訊號出現異常的時間跳變（Time Jump）或頻率漂移，系統會自動將其隔離，並切換至「守時（Holdover）」模式，利用本地高精度時鐘維持運作，直到干擾排除。

核心技術深度解說

為了實現上述應用，產業界整合了多項底層技術，這些技術不依賴單一廠商，而是物理學與資訊工程的結晶。

空間濾波與波束成形（Spatial Filtering & Beamforming）

這是一種硬體層面的抗干擾技術，高階接收天線不再是單一元件，而是由多個天線單元組成的陣列（CRPA）。

• 運作原理：
  想像接收器有多隻耳朵，當它發現某個方向傳來極大的雜訊（干擾）時，它會透過電子調整，讓那個方向的「聽力」變為零（形成零陷，Nulling），同時增強來自頭頂衛星方向的訊號接收，這就像是在吵雜的派對中，用手遮住耳朵的一側，專心聽對面的人說話。

訊號品質監測（SQM）與完好性檢查

這是軟體層面的防線，接收器內部會持續運行演算法，監控訊號的波形對稱性。

• 技術邏輯：
  真實的衛星訊號由於長距離傳輸，到達地面時非常微弱且邊緣圓滑，欺騙訊號通常由近距離發射，訊號過於強烈且波形邊緣尖銳，SQM 技術就像是「驗鈔機」，一旦發現訊號特徵不符合物理規律（例如訊號強度與衛星仰角不匹配），就會發出警報。

自動增益控制（AGC）的異常偵測

接收器內部的 AGC 電路負責調整輸入訊號的放大倍率，在正常環境下 AGC 值是穩定的，當有干擾源（即使是寬頻雜訊）進入環境時，AGC 會被迫降低放大倍率以避免電路飽和。

• 應用：
  監測 AGC 的數值變化，成為了偵測「隱形干擾」最簡單卻最有效的手段，它能在接收器還未喪失鎖定前，就先預警環境雜訊底層（Noise Floor）的異常升高。

未來發展趨勢：AI 賦能與頻譜融合

展望未來 5 到 10 年，GNSS 安全技術將迎來幾個關鍵的轉折點。

人工智慧與機器學習的介入

目前的干擾偵測多依賴預設的規則（Rule-based），未來的趨勢是引入 AI 模型。

• 認知型電子防禦：
  系統將學習正常環境下的電磁背景雜訊模式。當出現新型態的干擾（人類未曾定義過的波形）時，AI 能透過異常檢測（Anomaly Detection）自動識別，甚至自動產生對應的濾波演算法來抵消干擾。這將是電子戰中的「矛與盾」的即時演化。

訊號認證服務（OSNMA）的普及

歐洲的 Galileo 系統率先推出了開放服務導航訊息認證（OSNMA），這相當於給衛星訊號加上了「數位簽章」。

• 技術影響：
  未來的接收器將具備解密驗證能力，如果收到的訊號沒有正確的密鑰簽章，設備將拒絕使用該訊號，這將從根本上解決大部分的欺騙攻擊問題，讓偽造訊號變得極其困難。

替代式定位導航授時（Alt-PNT）的整合

為了徹底解決對 GNSS 的單點依賴，產業正在開發「不依賴衛星」的備援技術。

• 趨勢：
  包括利用低軌通訊衛星（LEO）的訊號進行機會導航、基於 5G/6G 基地台的地面定位，以及量子感測器輔助的慣性導航，未來的導航設備將是「多源融合」的，GNSS 只是其中一個（雖然仍是最精確的）輸入源。

解決方案落地：奧創系統科技引進 OHB Austria 技術戰力

在理解了導航戰的技術原理與未來趨勢後，落地實施需要可靠的工具與平台，奧創系統科技作為專業代理商，將歐洲導航技術權威 OHB Austria 的實驗室等級技術引進台灣市場，將「發現威脅」到「解決威脅」的過程轉化為可部署的工業級方案。

OHB Austria 是全球 GNSS 品質保證與訊號模擬領域的佼佼者，特別專注於精密定位、可靠導航以及衛星下游市場應用，將導航、電信與資訊技術深度融合，是目前少數能提供完整衛星導航生態系解決方案的專家，針對前述的機場防護、航空測試與太空模擬需求，OHB 提供兩大類核心解決方案：

建立主動防禦網：GIDAS 干擾偵測系列

針對機場、關鍵基礎設施與邊境安全，GIDAS (GNSS Interference Detection and Analysis System) 系列提供了從固定站到便攜式的全方位監測能力。

模擬驗證與導航戰測試：NavTD 與 XPLORA 系列

針對飛機製造商、衛星研發單位與國防測試，需要在訊號發射前就在實驗室內重現惡劣的電磁環境。

信任，但要驗證

GNSS 技術的發展史，就是一部人類對抗不確定性的歷史，從最早為了知道「我在哪裡」，到現在為了確保「我知道的那個位置是真的」，技術焦點已從精度（Accuracy）轉移到了可信度（Integrity）。

對於航空、機場與太空產業而言，面對日益複雜的電磁頻譜環境，被動的承受干擾已不再是選項，透過部署先進的偵測網、採用具備抗干擾能力的接收設備，以及在地面階段進行嚴苛的模擬測試，產業正在構築一道堅實的技術防線，這不僅是為了保護資產，更是為了守護依賴這些關鍵基礎設施運作的現代社會安全，隨著 AI 與新一代訊號認證技術的成熟，我們有理由相信，這場看不見的頻譜保衛戰，將朝著更智慧、更具韌性的方向邁進。