制電磁權下的PNT生存戰
現代國防與航太系統的GNSS強韌性與電子戰防護驗證策略

無形硝煙中的PNT命脈－電子戰對現代國防與航太系統的嚴峻考驗

在資訊化、智慧化戰爭形態日益突顯的今天，定位、導航與授時（PNT）資訊的精確性、可靠性與抗摧毀性，已成為現代國防軍事行動與航太任務成敗的關鍵命脈，從精確導引武器的「外科手術式」打擊、無人作戰平台（UAS/UAV/USV/UGV）的自主巡航與協同、情報監視偵察（ISR）系統的時空基準，到衛星的軌道保持與姿態控制，無一不深度依賴以全球導航衛星系統（GNSS）為核心的PNT服務。

然而，GNSS訊號的固有脆弱性（來自太空的微弱訊號、公開的訊號結構等）使其成為電子戰（Electronic Warfare, EW）環境中最易受攻擊的目標之一，敵方可以透過射頻干擾（Jamming）來壓制、阻斷GNSS訊號的接收，或利用更為隱蔽和精密的訊號欺騙（Spoofing）來誤導PNT系統，使其輸出錯誤的時空資訊，從而導致任務失敗、裝備損毀甚至人員傷亡；隨著電子戰技術的不斷發展，干擾與欺騙手段日益多樣化、智慧化和協同化，對國防與航太PNT系統的強韌性（Resilience）與生存能力提出了前所未有的挑戰；因此，發展並實施一套全面、嚴苛且貼近實戰的GNSS電子戰防護驗證策略，利用先進的模擬與測試技術在實驗室中構建高傳真的「數位電磁戰場」，已成為提升PNT系統在未來衝突中「PNT生存戰」勝算的核心環節。

PNT在電子戰環境下的脆弱性「軟肋」與防護技術的演進

電子戰對GNSS/PNT系統的核心威脅向量

現代電子戰針對GNSS/PNT系統的攻擊手段主要集中在以下幾個方面：

• 壓制性干擾（Denial-of-Service Jamming）：
  • 目標是透過發射強功率的干擾訊號，使GNSS接收機的訊噪比（C/N₀）急劇下降至無法正常擷取和追蹤衛星訊號的程度，從而阻斷PNT服務。
  • 干擾波形從簡單的連續波（CW）、掃頻、脈衝，到更複雜的匹配頻譜雜訊、自適應追蹤式干擾等。
• 欺騙性攻擊（Deceptive Spoofing）：
  • 目標是產生與真實GNSS訊號在結構上相似但承載錯誤PNT資訊的偽造訊號，誘使接收機在不知不覺中計算出錯誤的位置、速度或時間。
  • 從早期的簡單重播攻擊（Meaconing），到能夠與真實訊號精密同步、並逐漸「拖曳」接收機PNT解的高階生成式欺騙，其隱蔽性和危害性不斷提升。
• 針對軍用碼（如GPS P(Y)碼、M碼）的特定攻擊：
  雖然軍用碼具有更高的抗干擾和抗欺騙能力，但並非絕對免疫，針對其加密機制或訊號結構的特定攻擊仍在持續研究中。
• 針對GNSS輔助/增強系統的攻擊：
  例如攻擊SBAS的數據鏈路、篡改RTK差分改正電文等。
• 多點協同攻擊：
  利用多個分佈式的、精密同步的干擾源或欺騙源，對一個區域或特定目標群進行更有效、更難防禦的協同攻擊。

典型的GNSS干擾與欺騙模擬系統架構，能夠產生多種威脅訊號，與GNSS模擬器協同，構成複雜的電子戰測試環境。

PNT系統的電子戰防護技術（EP）發展方向

為應對上述威脅，PNT系統的電子防護（Electronic Protection, EP）技術也在不斷演進：

• 天線級抗干擾：如控零天線陣列（CRPA），透過在干擾方向上形成接收零陷來抑制干擾。
• 射頻前端（RFFE）抗干擾：
  如自適應濾波、限幅、干擾消除等技術。
• 基頻訊號處理抗干擾/抗欺騙：
  如窄帶/寬頻干擾的時頻域抑制演算法、脈衝消除、欺騙偵測演算法（基於功率異常、多普勒異常、到達角異常、時脈特性異常、導航電文異常、多重相關峰檢測等）、訊號認證技術（如Galileo OSNMA、GPS Chimera）。
• 多感測器融合：
  將GNSS與INS（慣性導航系統）、視覺里程計、雷達、星光導航儀、地磁匹配等進行深度融合，在GNSS受擾或失效時，能夠依賴其他感測器維持一定時間和精度的PNT輸出，並利用多源資訊的一致性來檢測GNSS的異常。
• 彈性PNT（Resilient PNT）架構：
  構建包含多種不同物理原理、不同頻段、不同來源的PNT資訊的異構冗餘系統，實現「在任何時間、任何地點、任何條件下都能提供可信PNT服務」的目標。

國防與航太PNT系統測試的獨特挑戰

相較於民用領域，國防與航太PNT系統的測試驗證面臨更為獨特和嚴苛的挑戰：

• 極端動態環境：
  戰機、導彈、高軌衛星等平台的運動速度、加速度、角速度極高，對PNT系統的動態響應與追蹤環路是巨大考驗。
• 複雜電磁對抗場景：
  需要模擬真實戰場中可能出現的、多類型、多方向、動態變化的強電磁干擾與精密欺騙。
• 軍用訊號的特殊性：
  涉及對加密軍用碼（如M碼）的模擬與測試，對測試設備的安全性和授權有特殊要求。
• 長時基任務剖面：
  如衛星在軌數年、洲際導彈飛行數十分鐘，需要驗證PNT系統在整個任務剖面下的長期穩定性與誤差累積特性。
• 「黑箱」測試的局限性：
  許多PNT系統（尤其是武器内建的）可能無法提供詳細的內部觀測數據，需要更側重於端到端的效能評估。
• 測試成本與保密性：
  大規模實彈演習或真實電磁對抗測試成本極高且受限，實驗室高傳真模擬成為主要手段，但同時需確保測試數據的保密性。

國防與航太PNT系統在電子戰環境下的強韌性驗證策略

PNT電子戰防護的「淬火」與「試金」：先進模擬與驗證技術的實踐

要在「制電磁權」成為勝負關鍵的未來戰場上確保PNT系統的生存與任務達成，必須在和平時期就對其進行最嚴苛、最逼近實戰的「淬火」與「試金」，這依賴於一套整合了高傳真模擬、精確威脅注入與全面效能評估的先進測試驗證體系。

高傳真GNSS訊號模擬：構築PNT測試的「數位星空」基座

即便是最基礎的PNT防護測試，也離不開對GNSS訊號環境的精確模擬，對於國防與航太應用，這代表著：

• 全星系、全頻段、軍民兩用訊號的精確產生：
  先進的GNSS模擬器，如XPLORA Pro、CAST 1000可攜式雙頻GNSS模擬器、或CSAT-GNSS射頻訊號建模與模擬系統，必須能夠依據最新的ICD文件，高保真地模擬包括GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou在內的全球系統，以及QZSS、NavIC等區域系統的所有公開民用訊號（L1 C/A, L1C, L2C, L5, E1, E5a/b, B1I, B1C, B2a等），對於具備相應安全許可和硬體能力的平台，還需支援對加密軍用訊號（如GPS P(Y)碼、M碼）的模擬。
• 精密軌道動力學與時脈行為的超真實再現：
  結合SATGEN衛星軌道建模軟體等專業工具，精確模擬衛星在各種擾動（地球非球對稱引力、日月引力、太陽光壓、相對論效應等）下的真實軌道，以及星載原子鐘的細微物理特性（老化、漂移、相位雜訊）。
• 極端動態載具運動學的完美支援：
  模擬從地面靜止到高超音速飛行器（戰機、導彈）的六自由度（6-DOF）高動態運動軌跡，精確計算由此產生的巨大且快速變化的都卜勒頻移和訊號功率起伏。

如CSAT-GNSS等高階GNSS射頻訊號建模與模擬系統，是構建國防級PNT測試環境的基礎，其核心能力在於對多星系、多頻段、高動態GNSS訊號（包括軍用碼潛力）的精確產生與控制。

構建可控的「電磁戰場」：高傳真干擾與精密欺騙的「導演」

PNT電子戰防護驗證的核心，在於能否在實驗室中安全、可控、可重複地構建出逼真的電磁威脅環境。這需要專業的干擾與欺騙模擬系統，如CAST GNSS導航干擾模擬系統及NavTD-M23導航威脅偵測/模擬器：

• 全頻段、多類型、大功率干擾訊號的程式化產生：
  能夠產生覆蓋所有GNSS頻段的、從窄頻連續波到寬頻匹配頻譜雜訊、從固定功率到動態掃頻/跳頻/脈衝的多樣化Jamming波形，並能精確控制其功率，以實現對特定J/S比（干擾訊號功率與衛星訊號功率之比）的模擬。
• 高傳真、多策略、協同欺騙訊號的精密生成：
  不僅能模擬簡單的欺騙攻擊，更能產生與真實GNSS訊號在時間、相位、功率、碼型、甚至導航電文內容上高度同步的精密欺騙訊號，以模擬針對高階接收機的複雜欺騙策略，包括多點協同欺騙或針對訊號認證機制的攻擊。
• 與GNSS主訊號及通道效應的無縫疊加：
  產生的干擾/欺騙訊號必須能夠與來自GNSS模擬器的「乾淨」衛星訊號，以及由ACE Client進階通道模擬器或ACE9600模擬的複雜通道效應（如多路徑、衰落）在RF域或數位域精確、同步地疊加，共同饋入待測PNT系統。

先進的GNSS干擾與欺騙模擬系統（如CAST的解決方案）架構，能夠透過軟體定義產生複雜的電磁威脅，並與GNSS模擬器、通道模擬器等協同工作，構建高傳真的PNT電子戰測試場景。

如NavTD-M23這樣的導航威脅測試與分析設備，不僅可用於模擬特定的GNSS干擾與欺騙訊號，也可能整合了對真實電磁環境中威脅訊號的偵測與分析能力，是NAVWAR（導航戰）研究與裝備驗證的利器。

GNSS/INS融合與物理運動的極限HIL測試：在「槍林彈雨」中驗證「鋼筋鐵骨」

對於國防與航太平台，GNSS與INS的深度融合是確保在強電磁干擾或GNSS訊號失效時PNT服務連續性的關鍵，對這類融合系統的終極考驗，需要將其置於模擬的「槍林彈雨」和真實的「翻江倒海」之中：

• 利用CAST GNSS/INS即時模擬平台，在注入複雜GNSS RF環境（含干擾/欺騙）的同時，同步向待測系統的INS處理器饋入高傳真的IMU數位數據流（可包含各種誤差模型和劇烈運動軌跡）。
• 更進一步，將待測的完整GNSS/INS硬體單元安裝在Hexapod六軸運動平台上，使其經歷由任務剖面定義的劇烈物理運動（高加速度、高角速度、振動），同時其GNSS天線接收來自模擬器的、疊加了通道效應與電磁威脅的RF訊號，這是對PNT系統在最極端動態應力與最惡劣電磁環境下綜合生存能力的終極考驗。

透過自動化API介面，Hexapod的運動模擬可以與其他測試設備（如GNSS模擬器、干擾模擬器）精密同步，實現複雜的自動化測試序列。

GNSS/INS融合系統的6-DOF HIL測試場景示意，待測單元在六軸平台上經歷物理運動，同時接收模擬的GNSS與干擾環境。

從SIL（軟體迴路）、HIL（硬體迴路）到結合Hexapod的物理運動模擬，構成了一個層層遞進、逐步逼近真實的PNT系統驗證金字塔。
 

「知己知彼」：真實戰場電磁環境的數據捕獲、分析與威脅感知

實驗室模擬的有效性，離不開對真實戰場電磁環境的深刻理解，利用寬頻RF記錄與回放系統（如Averna RP-6500）和先進頻譜監測與干擾分析系統（如GIDAS系列），可以在軍事演習、特定區域巡邏或情報收集中：

• 捕捉和記錄真實的、多樣化的、甚至未知的電磁頻譜事件與干擾訊號。
• 對記錄數據進行深度分析，識別新型威脅特徵，建立威脅訊號數據庫。
• 將記錄的真實威脅環境在實驗室高保真回放，用於驗證PNT系統的實際應對能力，並反哺和優化實驗室的模擬模型。

GIDAS系列干擾偵測與分析系統提供從戰術前沿（攜帶型/嵌入式）到指揮中心（機架式/固定式）的全方位電磁頻譜監測與威脅感知能力，是現代電子戰環境下PNT情報獲取與防護的關鍵。

鑄造PNT「資訊長城」－以終極測試技術確保制電磁權下的時空主導

在未來高科技戰爭與複雜航太任務中，制電磁權將直接決定行動的成敗，而PNT系統的生存能力與任務效能則是制電磁權在時空資訊領域的直接體現，確保我方PNT系統在敵方強烈電磁壓制與精密欺騙攻擊下依然能夠「明察秋毫、精準定位、可靠授時」，是贏得未來衝突的關鍵。

本文所闡述的深度驗證策略，核心在於構建一個能夠模擬從高傳真GNSS訊號（由XPLORA Pro、CAST 1000、CSAT-GNSS等模擬，並由SATGEN賦予精密軌道）及其在複雜電磁通道中的傳播（由ACE Client再現），到多樣化、動態化的電子戰威脅注入（由GNSS導航干擾模擬系統和NavTD-M23等實現）的全鏈路、高對抗性測試環境；結合GNSS/INS融合模擬（CAST GNSS/INS平台）與物理動態驗證（Hexapod六軸平台），並輔以真實世界威脅數據的反哺（透過GIDAS系列與Averna RP-6500），我們才能在PNT的「無形戰場」上，真正做到「知己知彼，百戰不殆」。

展望未來，隨著AI技術在電子戰攻防兩端的深度應用，PNT威脅將更趨智能化、自適應化。量子PNT技術的探索、LEO增強PNT星座的部署、以及多域作戰（Multi-Domain Operations）對PNT協同性的極致要求，都將對測試驗證技術提出新的更高挑戰。

奧創系統 (Ultrontek) 深耕國防與航太PNT測試領域，致力於為客戶提供最尖端、最全面的GNSS強韌性與電子戰防護驗證解決方案，我們整合全球頂尖的模擬與測試技術（涵蓋本文提及的XPLORA系列、CAST系列、ACE Client、GNSS導航干擾模擬系統、NavTD-M23、GIDAS、Hexapod及Averna AST-1000/RP-6500等），結合自身強大的系統整合與客製化開發能力，為客戶打造從元件級到系統級、從實驗室到模擬實戰的全方位PNT「試金石」與「磨刀石」。

若您肩負著守護PNT命脈、確保制電磁權下時空主導的使命，或對構建下一代PNT電子戰防護驗證平台有任何需求，歡迎隨時與奧創系統 (Ultrontek) 的專家團隊聯繫，讓我們共同鑄造PNT的「資訊長城」。

延伸閱讀

• NAVWAR導航戰介紹與趨勢分析
• GNSS/INS 硬體迴路(HIL)、軟體迴路(SIL)與六軸運動平台之多層次驗證技術
• 無人機(UAV)技術發展與多元應用下的PNT挑戰與測試解決方案
• GNSS/INS/IMU模擬技術於硬體迴路(HIL)測試之應用
• 確保PNT未來：新世代GNSS訊號、增強服務與抗欺騙技術的全面測試方法學
• 全球導航衛星系統(GNSS)發展趨勢與技術展望
• 衛星通訊測試挑戰與高傳真模擬解決方案