破解 GNSS 欺騙 (Spoofing) 危機：從航空到海事的導航韌性工程驗證

 

在過去十年間，GNSS 干擾技術 — 包含 壓制式干擾 (Jamming) 與 欺騙式干擾 (Spoofing) — 已呈現擴散趨勢，上一篇文章中探討了 GNSS 欺騙對全球航空與航運業帶來的風險日益升高，遺憾的是驅動這些干擾活動的地緣政治因素短期內難以消除，因此開發能夠讓機組人員在事件發生當下迅速識別並應對 GNSS 欺騙的標準作業程序 (SOP)，成為少數可行的緩解選項之一。

依賴機組人員的口述報告或受限的「實天測試 (Live-sky testing)」來驗證系統並不足夠，CAST Navigation GNSS 模擬解決方案允許工程師在實驗室中開發強健的抗欺騙對策，本文將從技術角度，說明 CAST GNSS 模擬器如何在航空與海事場景中重現高擬真的欺騙條件。
 

如何在實驗室模擬 GNSS 欺騙？

GNSS 干擾主要分為兩種形式：干擾 (Jamming) 與欺騙 (Spoofing)。

• 干擾 (Jamming)：
  採用暴力手段 (Brute force)，利用高功率雜訊飽和或淹沒接收機的前端 (Front-end)，使其無法鎖定衛星。
• 欺騙 (Spoofing)：
  則採取更為複雜的手段，誘使接收機計算出錯誤的位置解 (Position Solution)。

GNSS 干擾器 (Jammers) 在定位星座使用的相同頻率上廣播高功率訊號，由於接收機的自動增益控制 (AGC) 被飽和或訊噪比 (SNR) 過低，導致無法鎖定真實的 GNSS 訊號，進而無法輸出位置資訊。

欺騙器 (Spoofers) 的運作則更為隱蔽，它們發射的訊號在載波頻率、碼型等特徵上與真實 GNSS 衛星訊號幾乎一致，但有兩個關鍵差異：

1. 功率優勢：
   欺騙訊號通常比來自太空的微弱真實訊號強約 20 dB-Hz，根據接收機的捕捉效應 (Capture Effect)，接收機傾向於鎖定訊號較強的來源。
2. 錯誤的幾何結構：
   欺騙器會廣播經過篡改的導航電文與時間訊號，產生與真實訊號不同的 虛擬距離 (Pseudoranges)。

當 GNSS 接收機鎖定功率較強的欺騙訊號時，會依據這些虛假的虛擬距離進行解算，最終報告出錯誤的位置與授時資訊。
 

CAST GNSS 解決方案的模擬能力

所有的 CAST GNSS 解決方案皆具備模擬欺騙事件的能力，CAST 模擬器可建立一個完整的 GNSS 星座模型，支援多達 12 顆可視衛星及多種訊號類型，系統能針對待測物 (UUT) 的每一個 天線陣元 (Antenna Element) 輸出獨立且相位同調的 RF 訊號。

建立欺騙模擬非常直觀，只需在軟體中配置至少 4 顆「欺騙衛星 (Spoofed Satellites)」，系統會將這些欺騙訊號與正常模擬的星座訊號進行混頻與疊加，並透過射頻線纜直接輸出至 UUT，無需昂貴的暗室即可進行測試。
 

航空場景中的欺騙模擬

在 2025 年的 ION 國際技術會議上，蘇黎世應用科學大學的研究人員發表了一項數據，該數據來自一架從約旦安曼 (Amman) 阿勒婭王后國際機場起飛的商業航班，安裝在駕駛艙內的商用 GNSS 接收機遭受了欺騙攻擊，儘管飛機已經向南飛行了數百英里，接收機卻顯示飛機位置被「拉回」了機場，雖然飛機的主慣性導航系統未受影響，但 GNSS 數據的錯誤對飛航安全構成了潛在威脅。

我們利用 CAST GNSS 解決方案重建了類似場景：一架商業客機從歐洲飛往安曼，途中經過一個 GNSS 受威脅區域。

1. 初始階段：
   模擬從飛機飛越塞浦路斯上空開始，距離安曼約 450 公里，模擬器在前 15 分鐘產生標稱 (Nominal) 的 GPS 訊號，讓 UUT 進入正常的導航與追蹤狀態。
2. 攻擊階段：
   模擬器啟動 4 顆欺騙衛星，這些衛星以較高功率廣播，其虛擬距離經過計算，對應於一條在阿勒婭王后國際機場上空盤旋的低高度、低速軌跡。

測試結果：
經測試多款商用 GNSS 接收機，在所有案例中，接收機皆捨棄了真實訊號，轉而鎖定欺騙衛星，並報告其位置位於安曼上空，而忽略了模擬飛機實際位於 340 公里外的事實。
 

海事場景中的欺騙模擬

2025 年 5 月，貨櫃船 MSC Antonia 在紅海擱淺，業界分析認為這是一起 GNSS 欺騙事件，導致船隻偏離航道，而船員未能及時察覺。

我們建立了一個類似的模擬場景：一艘水面船隻從西南方進入舊金山灣。

• 預定航線：船隻的標稱軌跡包含一個向東的轉向操作，以避開天使島 (Angel Island)。
• 欺騙航線：欺騙訊號設計為讓船隻誤以為自己仍需保持東北向航行。

與航空模擬一樣，多款商用 GNSS 接收機鎖定了欺騙衛星，並報告船隻正接近島嶼（實際上船隻可能正在遠離安全航道或駛向危險區域），這種虛假的定位數據極可能誤導船員或自動駕駛系統改變航向，將船隻置於險境。
 

CAST GNSS 解決方案協助降低欺騙風險

上述案例展示了 CAST 解決方案如何輕易且精確地建立高擬真的欺騙模擬，更重要的是 CAST 模擬器允許工程師針對特定的載具類型、軌跡和全球任何地點運行客製化場景，這種靈活性讓工程師能夠評估比實天測試更廣泛、更極端的欺騙情境（Corner Cases）。

• 對於導航系統開發者：
  GNSS 欺騙模擬能強化產品測試（例如：驗證接收機的 RAIM 完好性監控演算法），支援開發更具韌性的抗欺騙技術。
• 對於航空與海事營運商：
  透過模擬器重現真實攻擊事件，可協助制定更完善的標準作業程序 (SOP) 與人員訓練。

解決 GNSS 干擾與欺騙問題需要多年的技術與外交努力，在此過渡期間，高精度的 GNSS 欺騙模擬將是航空與海事產業強化防禦能力的關鍵；若您希望深入了解如何建立您的 GNSS 抗干擾與抗欺騙測試能量，請立即聯繫 奧創系統科技 (Ultrontek) 的專家團隊。
 

相關產品與技術能量

為了應對日益複雜的電磁戰場環境，奧創系統科技提供完整的模擬與測試解決方案：

CAST GNSS 射頻訊號建模與模擬系統

這是進行抗欺騙研究的基礎平台，CAST GNSS 模擬系統專為高階研發需求設計，不僅支援 GPS (含軍規 M-Code/Y-Code)、BeiDou、GLONASS 等多星座及多頻段 RF 訊號輸出，更具備以下關鍵能力：

• 高動態模擬：
  即時六自由度 (6-DOF) 軌跡模擬，可精確模擬戰機或飛彈等極端動態載具。
• 硬體迴路測試 (HIL)：
  支援與慣性導航系統 (INS) 或飛行電腦進行閉環測試，驗證系統在欺騙發生時的導航邏輯。

了解更多 >
 

GNSS 導航干擾訊號建模與模擬系統

專為驗證抗干擾能力而生，此系統能精準重現真實戰場的複雜電磁環境，特別針對 CRPA (抗干擾陣列天線) 及 FRPA 系統設計：

• 相位同調干擾 (Coherent Jamming)：
  系統可產生與 GNSS 訊號相位同調的干擾波前 (Wavefront)，這是測試 CRPA 零點操控 (Null-steering) 演算法是否有效的必要條件。
• FPGA 技術：
  提供高純淨度、低雜訊底層的干擾波形（如寬頻雜訊、脈衝干擾、掃頻干擾等）。

了解更多 >
 

CRPA 抗干擾天線測試解決方案

奧創系統提供一站式 CRPA 測試方案，整合 OHB XPLORA One 與 R&S FSW 等頂尖儀器：

• 波前模擬：
  支援 4-16 元件的精確波前模擬，可在實驗室內驗證天線陣列對干擾源方向 (DoA) 的偵測能力。
• 場域驗證：
  涵蓋從微波暗室到戶外場域的完整驗證流程，針對 GNSS 干擾與欺騙威脅，提供客製化的效能分析報告。

了解更多 >