現代導航戰(NAVWAR)環境下的PNT強韌性：威脅、關鍵對策與驗證技術深度解析

NAVWAR – 無形戰場中的PNT攻防序曲

在資訊化、網路化高度發展的現代國防軍事行動中，精準的定位、導航與授時（PNT）資訊已成為維繫戰場感知、指揮控制、精確打擊、兵力協同乃至後勤保障的生命線，全球導航衛星系統（GNSS）以其全天候、全球覆蓋、高精度的特性，成為各國軍隊獲取PNT資訊的首選，然而，對GNSS的高度依賴也使其成為敵方在「導航戰」（Navigation Warfare, NAVWAR）中優先攻擊的軟肋。

NAVWAR的核心目標概括為三個方面：保護己方PNT能力（Protect）、阻止敵方使用PNT能力（Prevent）、以及確保己方在PNT降級或拒止環境下仍能有效遂行任務（Preserve），這場圍繞PNT資訊控制權的無形戰爭，對PNT系統的強韌性（Resilience）提出了前所未有的嚴峻挑戰。

NAVWAR環境下的主要PNT威脅剖析

在NAVWAR環境中，敵方可能利用多種手段來干擾、誤導或拒止我方對GNSS的有效使用。

GNSS干擾 (Jamming)：訊號壓制的藝術

干擾是最常見也相對容易實施的NAVWAR手段，其核心在於發射大功率的無線電訊號，以淹沒微弱的真實GNSS衛星訊號，導致接收機無法正常解碼。

• 干擾類型：
  • 寬頻噪音干擾： 在整個或大部分GNSS頻段內發射強噪音，全面壓制衛星訊號。
  • 窄頻/單音干擾： 針對特定GNSS頻點或接收機中頻發射干擾。
  • 脈衝干擾： 以高功率、短脈衝形式發射，可能欺騙接收機的自動增益控制（AGC）。
  • 掃頻干擾： 干擾頻率在一定範圍內快速掃描，使接收機難以鎖定。
  • 智能/反應式干擾： 能夠偵測我方使用的頻點或訊號特徵，並針對性地發射優化干擾波形，更具威脅性。
• 影響： 輕則降低定位精度、增加首次定位時間，重則導致接收機完全失鎖，造成PNT服務中斷（Denial of Service）。

GNSS欺騙 (Spoofing)：PNT資訊的迷霧戰

欺騙攻擊比干擾更為隱蔽和危險，其目標是發射與真實GNSS訊號結構相似但攜帶錯誤PNT資訊的偽造訊號，誘使接收機在不知不覺中解算出錯誤的位置、速度或時間。

• 欺騙類型：
  • 簡單重播攻擊（Meaconing）： 錄製真實訊號並在異地或延遲後轉發。
  • 產生式/精密協同欺騙： 攻擊者利用GNSS訊號產生器，產生與真實衛星訊號在功率、時序、相位上高度同步，但導航電文被篡改的偽造訊號，逐步「拖曳」接收機的追蹤環路，使其鎖定偽造訊號。
• 影響： 導致PNT資訊被惡意操縱，可能將武器導向錯誤目標、使我方部隊迷航、或擾亂協同作戰的時空基準，後果極其嚴重。

GNSS訊號的其他脆弱性

• 針對地面控制段或數據鏈路的網路攻擊： 透過入侵地面站或篡改星曆/時脈校正數據鏈路，間接影響整個星座的服務品質。
• 利用已知的訊號結構弱點： 對公開的民用訊號進行針對性破解或重構。
• 反衛星（ASAT）武器： 雖然屬於更高層級的戰略威脅，但物理摧毀GNSS衛星是NAVWAR的極端形式。

PNT強韌性的關鍵對策：多層次防禦架構

應對NAVWAR環境下的PNT威脅，需要構建一個從感測器端到系統級、再到作戰運用層面的多層次、縱深防禦體系。

強固化GNSS接收技術

• 多頻多星座接收：
  同時接收來自GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou等多個星座，以及每個星座的多個頻點（如L1, L2, L5）的訊號，能夠顯著增加可用觀測量的冗餘度，提高在部分頻段受擾時的定位解算概率。
• 抗干擾天線技術（AJ Antennas / CRPA）：
  可控輻射模式天線（CRPA）透過部署多個天線單元構成陣列，利用自適應波束成形（Adaptive Beamforming）和零點抑制（Null Steering）演算法，在空間域形成指向期望衛星訊號的主波束，並在干擾方向上形成深度零點，從而大幅提升訊號的信干噪比（SINR）。這是對抗定向強干擾的有效手段。
• 先進訊號處理演算法：
  在接收機基頻處理中，整合先進的干擾檢測與抑制（Interference Detection and Mitigation, IDM）演算法，如時域/頻域自適應濾波、脈衝空白（Pulse Blanking）等。
• 訊號認證：
  採用如Galileo OSNMA或未來GPS Chimera等訊號認證技術，驗證導航電文或訊號本身的真實性，以抵抗欺騙攻擊。
  • 例如，OHB GIDAS Embedded的設計理念，即在終端設備中整合多演算法的智慧監測，透過其C++函式庫與API的便捷性，也適用於提升軍用接收機的自主威脅感知能力，其內建的CNR、PSD、PVT等多種偵測器融合機制，對識別異常訊號至關重要。

GNSS接收機內部或外部監測系統採用類似GIDAS干擾偵測模型的原理，透過綜合分析CNR、PSD、接收功率等多個訊號參數，實現對干擾的有效識別與告警。

先進的反欺騙機制（如GIDAS欺騙偵測模型所示）會利用空間相關性（需多天線）、相關峰特性、ARAIM、接收器鐘差及都卜勒等多維度資訊，以應對複雜的欺騙攻擊。
 

慣性導航系統 (INS) 與GNSS的深度整合

GNSS與高精度IMU的緊耦合（Tight Coupling）或深耦合（Deep Coupling）是提升PNT強韌性的核心技術。IMU能夠在GNSS短暫中斷時提供連續的航位推算，其高頻輸出的運動資訊也能輔助GNSS接收機快速重獲鎖定、抑制多路徑、並在動態環境下保持追蹤。

替代性PNT源 (Alternative PNT Sources)

在GNSS完全不可用的極端情況下，依賴替代性PNT源至關重要。這些技術包括：

• 基於視覺的導航（VBN）、光學雷達同步定位與地圖構建（LiDAR SLAM）。
• 利用地面通訊基站、電視塔、LEO通訊星座等「機會訊號」（Signals of Opportunity, SoOP）進行定位。
• 傳統的天文導航、地磁導航、以及仍在發展中的量子導航等。

系統級監測與態勢感知

部署區域性或廣域的GNSS監測網路，能夠即時感知電磁環境，偵測、分類、定位和報告干擾與欺騙事件；例如，部署如OHB GIDAS Stationary或OHB GIDAS Portable等監測系統，可以為作戰區域提供關鍵的PNT態勢情報，GIDAS系統的24/7監測能力、利用AoA等技術進行干擾源定位（通常優於20米，需至少3個感測器）、以及對干擾類型的詳細分類，能為指揮官提供寶貴的決策依據。

一個完整的GNSS威脅應對流程，從持續監測（Monitoring Stations, 24/7 Monitoring）到干擾/欺騙偵測與定位（Detection, Incident Classification, Incident Localization），再到即時告警（Alert）、故障排除（Troubleshoot）及最終評估與制定規避策略（Evaluation, Avoidance strategy），構成了系統級PNT強韌性的重要環節。

OHB GIDAS系列提供了從固定式（Stationary）、移動式（Mobile）、便攜式（Portable）到嵌入式（Embedded）的多樣化解決方案，以滿足不同NAVWAR場景下的PNT態勢感知與訊號品質監測需求。

指令、控制與通訊 (C3) 安全

確保用於傳輸差分校正數據、完好性資訊或加密金鑰等PNT相關輔助數據的通訊鏈路自身的安全，防止被竊聽、篡改或拒止服務。

NAVWAR環境下PNT系統的嚴苛驗證技術

為確保PNT系統在真實NAVWAR環境中的作戰效能，必須在研發、採購和部署的各個階段進行全面而嚴苛的測試驗證。

模擬測試的必要性與挑戰

在真實戰場環境中系統性地測試PNT系統的抗NAVWAR能力，面臨著安全風險高、成本巨大、場景難以重複、以及可能對周邊民用設施造成影響等巨大挑戰。因此，實驗室環境下的高擬真模擬測試成為了不可或缺的手段。

高擬真GNSS訊號模擬

專業的GNSS訊號模擬器，如OHB XPLORA Pro，是NAVWAR測試的核心基礎，它需要能夠產生包含所有現役和未來規劃的GNSS星座（GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou等）及其各頻點的民用和軍用（若授權）訊號；XPLORA Pro的關鍵能力在於其高通道數（可模擬大量衛星和多路徑）、多個獨立RF輸出（支援CRPA測試）、對訊號功率和相位特性的精確控制、以及與其他測試設備的同步能力（如1PPS, 10MHz參考）。

OHB XPLORA Pro 等高階GNSS訊號模擬器，以其強大的即時訊號生成與多通道輸出能力，是構建複雜NAVWAR測試環境、驗證PNT系統強韌性的核心設備。

精確的威脅環境生成

專用的導航戰測試設備，如OHB NavTD M23 - 導航戰測試設備，則專注於精確模擬多樣化、高動態、可程式化的NAVWAR威脅環境，其焦點規格包括能夠產生多個獨立控制的干擾源、支援多種複雜干擾波形（CW, SCW, BBN, Pulsed, AM/FM等）的生成、以及產生精密協同欺騙訊號的能力；NavTD M23能夠與GNSS模擬器（如XPLORA Pro）和待測PNT系統進行緊密的時序同步，以精確評估PNT系統在遭受真實電子攻擊時的反應特性和剩餘性能。

硬體迴路 (HIL) 與輻射場測試

將真實的PNT硬體（如GNSS接收機、INS、CRPA天線）整合到模擬迴路中進行HIL測試，能夠更全面地評估系統性能。對於CRPA等天線系統，還需要在電波暗室或受控外場進行輻射測試，以驗證其真實的空間濾波效果，在HIL測試中，結合[六軸運動平台 (Hexapods))可以模擬載具的動態運動，而ACE9600 先進通道模擬器則可為多天線系統疊加複雜的RF空間傳播效應。

NAVWAR PNT威脅、對策與驗證方法

未來展望：AI賦能的PNT強韌性與自主NAVWAR能力

NAVWAR的攻防技術仍在持續演進。未來PNT強韌性的發展將更倚重：

• 人工智慧（AI）與機器學習（ML）：
  應用於自適應的威脅偵測、干擾識別與分類、反欺騙策略生成、以及PNT源的智慧融合與管理。
• 認知電子戰（Cognitive EW）系統：
  能夠自主學習、感知電磁環境、並動態調整PNT系統的配置與防禦策略。
• LEO PNT星座的NAVWAR意涵：
  新興的低軌道PNT星座以其潛在的高訊號強度和快速變化的幾何結構，可能為NAVWAR帶來新的攻防變數。
• 量子PNT技術的遠期潛力：
  量子時脈、量子陀螺儀等技術可能為PNT提供不依賴GNSS的全新途徑，但短期內仍面臨巨大工程挑戰。

結論：在無形戰場中鑄造PNT的堅盾與利劍

在現代乃至未來的NAVWAR環境中，PNT資訊的控制權是取得戰場優勢的關鍵，確保己方PNT系統的強韌性，同時具備干擾和影響敵方PNT系統的能力，是各國國防力量建設的重中之重，這要求研發工程師不僅要精通GNSS原理，更要深入理解NAVWAR的威脅機制、掌握多層次的PNT強韌性技術，並利用如OHB NavTD M23和XPLORA Pro等先進的模擬與測試工具，對PNT系統進行持續的、貼近實戰的驗證與迭代優化。唯有如此，才能在無形的PNT戰場中，真正鑄造出既能有效防護自身、又能精準指向敵方的「堅盾」與「利劍」。

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延伸閱讀

• PNT電子戰攻防：國防航太領域的GNSS強韌性測試技術
• NAVWAR導航戰概論：確保PNT優勢的關鍵
• 島嶼與邊境PNT監控：應對不對稱作戰的挑戰
• RF PNT數位雙生：先進模擬與驗證技術