4. GNSS欺骗攻击原理
GNSS欺骗攻击的本质，是攻击者用一部“伪卫星”发射与真实卫星信号结构相同、但内容可控的导航信号，使接收机在捕获、跟踪、解调、定位解算的某一环节“认错信号源”。与压制干扰不同，欺骗并不追求让接收机失锁，而是让它锁定在错误信号上，并输出攻击者期望的位置、速度或时间。理解欺骗攻击，需要抓住四个关键环节：信号生成、信号同步、功率控制，以及由此衍生的欺骗类型与攻击模型。
一、核心原理：从“复制信号”到“接管跟踪环”
GNSS接收机对每颗卫星的跟踪，依赖码相位延迟锁定环（DLL）和载波相位锁定环（PLL）。真实信号到达接收机时，具有特定的伪随机码相位、多普勒频移、载波相位和导航电文。欺骗信号若要在不被立即识破的前提下被接收机接受，必须在这几个维度上尽量逼近真实信号，再逐步施加偏移。
因此，欺骗攻击的核心不是“发射一个假坐标”，而是“构造一个在接收机看来比真实信号更可信的信号”。当欺骗信号与真实信号在码相位和载波频率上足够接近时，接收机的相关峰会被牵引；当欺骗信号功率略高于真实信号时，跟踪环会逐渐偏向欺骗信号；当接收机完全锁定欺骗信号后，攻击者即可通过修改伪距、载波相位或导航电文，控制定位结果。
1. 信号结构一致：码型、载频、调制方式、电文格式与目标系统一致；
2. 同步精度足够：码相位、载波频率、载波相位与真实信号对齐；
3. 功率可控：既能被接收机捕获，又不至于引起明显的功率异常告警；
4. 动态可调：能根据目标运动状态实时调整延迟和多普勒，维持锁定。
二、信号生成：伪卫星如何“造”出一颗卫星
欺骗信号生成通常由软件定义无线电（SDR）平台完成。攻击者首先需要获得目标系统的信号参数：对于GPS L1 C/A，需生成C/A码、L1载波和50 bps导航电文；对于北斗B1I，需生成测距码、B1载波和D1/D2电文。生成过程可概括为：
- 选择目标卫星PRN号，生成对应伪随机码；
- 根据目标位置和卫星星历，计算期望的码相位、多普勒频移和载波相位；
- 将导航电文与伪码、载波调制，形成基带或中频数字信号；
- 通过DAC和射频前端上变频到目标频段发射。
在实操层面，攻击者往往先录制一段真实信号，再对其做延迟、频移和功率缩放，这种方式称为“转发式”生成；另一种是直接根据星历和模型“合成”信号，称为“生成式”。生成式灵活但实现复杂，转发式实现简单但受录制条件限制。
# 以GPS L1 C/A为例的欺骗信号生成参数示意
PRN = 12
fc = 1575.42e6 # L1载频
code_rate = 1.023e6 # C/A码速率
nav_rate = 50 # 导航电文速率
doppler = -1250 # 多普勒频移(Hz)
code_phase = 0.37 # 码相位(码片)
carrier_phase= 1.82 # 载波相位(rad)
tx_power_dbm = -130 # 发射功率
三、信号同步与功率控制：欺骗能否成功的关键
信号同步是欺骗攻击中最精细的环节。接收机跟踪环的相关峰宽度有限，若欺骗信号与真实信号的码相位偏差超过约1个码片，接收机可能直接将其视为噪声；若载波频率偏差过大，PLL无法锁定。因此，攻击者需要先“对齐”再“牵引”：先让欺骗信号与真实信号在码相位和载波上基本重合，再缓慢增加延迟或频移，使跟踪环逐步偏离真实信号。
功率控制同样关键。欺骗信号功率过低，无法竞争过真实信号；功率过高，则接收机的自动增益控制（AGC）会出现异常，甚至触发功率监测告警。理想策略是让欺骗信号功率略高于真实信号，通常高出1～3 dB，既能逐步接管跟踪环，又不至于造成明显的功率突变。
四、欺骗类型与攻击模型
按实现方式和攻击目标，欺骗攻击可分为多种类型。转发式欺骗实现门槛低，但延迟较大，容易被多天线或RAIM类检测发现；生成式欺骗灵活度高，可精确控制伪距和电文，但对星历和信号参数掌握要求高；牵引式欺骗通过缓慢改变码相位和载波频率，使接收机在不知不觉中偏离真实位置，隐蔽性最强；压制-欺骗组合则先用噪声压制使接收机失锁，再发射欺骗信号完成接管。
| 欺骗类型 | 实现方式 | 典型特征 | 检测难点 |
|---|---|---|---|
| 转发式 | 录制真实信号后延迟转发 | 信号结构真实，延迟明显 | 多径与转发难以区分 |
| 生成式 | 按星历和模型合成信号 | 参数可控，可伪造电文 | 需要高精度同步 |
| 牵引式 | 逐步偏移码相位/载波 | 隐蔽性强，定位缓慢漂移 | 慢变异常不易触发告警 |
| 压制-欺骗 | 先压制后欺骗接管 | 先失锁后重新捕获 | 切换瞬间易被监测 |
五、案例与误区复盘
以无人机导航为例，攻击者若想让无人机偏离航线，通常不会直接发射一个“跳变”的假位置，因为接收机可能因位置突变而触发完好性告警。更常见的做法是：先让欺骗信号与真实信号同步，再以每秒几厘米到几米的速度缓慢牵引伪距，使无人机在数分钟内逐渐偏离预定航线。这种“慢牵引”对飞控而言几乎不可见，却足以将无人机诱导至指定区域。
1. 认为“功率越大越好”——功率突变会触发AGC和功率监测告警；
2. 认为“只要发射假坐标就能骗过接收机”——接收机跟踪的是信号，不是坐标；
3. 认为“欺骗一定导致失锁”——高质量欺骗恰恰追求不失锁；
4. 认为“单点检测就能防住”——欺骗检测需要功率、到达角、多天线、惯导等多源交叉验证。
从防御视角看，理解欺骗攻击原理的价值在于：只有知道攻击者必须在“同步、功率、动态”三个维度上同时满足条件，才能有针对性地设计监测量。例如，监测载噪比突变、监测多普勒一致性、监测多天线到达角差异、监测惯导与GNSS位置偏差，都是围绕欺骗攻击的薄弱环节展开的。欺骗攻击不是单一信号问题，而是信号生成、同步控制与接收机跟踪环之间的博弈。