GNSS模拟平台解决方案

        针对无人机的导航诱骗，一般由地面的无人机导航诱导设备发射与真实无人机GNSS信号具有一定相似性的伪导航信号，迫使相关用户接收终端接收解算此类伪导航信号，从而在隐蔽条件下使无人机得到了虚假的位置、速度和时间信息并无法有效察觉。需要指出的是，导航欺骗与导航干扰不同，导航压制干扰一般是以大功率干扰机发射不同类型的压制信号，使得目标接 收机无法接收到正常的导航信号，用户无法获取导航、定位和授时结果，从而导致导航系统的不可用。由于导航欺骗往往不需要太强的发射功率，隐蔽性好，并能在一定程度上引导相关用户按照错误方式进行导航，这也使得导航欺骗在实际中具有较好的应用效果。

 1. 功能描述 

        本方案结合SKYDEL和USRP-LW X310两大平台，构建了一个用于GNSS信号生成、干扰与诱骗的综合模拟平台，可专门针对无人机的导航系统进行信号干扰、定位诱骗和导航失效的攻击。该系统不仅可以生成高精度的真实GNSS信号，还可以模拟多种干扰和诱骗攻击模式，影响无人机的定位精度和航向，从而测试其在恶劣环境下的抗干扰能力和安全性。

 2. 系统组成 

图1 系统架构图

 2.1 SKYDEL GNSS信号仿真平台 

 图2 GNSS仿真信号频谱示例图

 2.2 USRP-LW X310软件定义无线电硬件平台 

图3 USRP-LW X310

USRP-LW X310是一款高性能的软件定义无线电平台，支持实时信号生成与发射，能够精确调制和发射多频段GNSS信号，特别适用于GNSS信号的诱骗与干扰攻击。其功能指标包括：

 2.3 无人机与GNSS接收机 

        无人机配备高精度GNSS接收机，负责接收来自卫星的信号并进行定位。为了测试平台的效果，接收机的响应和性能将是核心评估对象。

接收机工作原理:

接收来自真实卫星和伪卫星的信号，通过三角定位法计算无人机的实时位置。

接收机会分析信号的时延、频率等特征，进行卫星身份识别和位置计算。

抗干扰能力:

无人机接收机通常具有一定的抗干扰能力，但针对伪卫星和高强度干扰信号的攻击，接收机可能会出现定位精度下降、路径偏移等问题。

 2.4 控制与监控系统 

控制系统用于集成SKYDEL和USRP-LW X310，实时控制信号生成、发射和攻击模式，并且监控无人机的响应。

控制界面:

提供GUI界面供操控人员选择攻击模式、设定攻击参数（如伪卫星的轨道、频率等）和干扰参数。

实时监控信号的发射、无人机的反应以及测试进度。

数据记录与分析:

记录信号参数、无人机定位数据、飞行路径等信息，方便后期分析。

支持数据可视化，展示无人机在干扰下的航迹偏差、定位误差等。

 3. 多种攻击模式 

 3.1 伪卫星攻击 

伪卫星攻击通过发射伪造的卫星信号，误导无人机接收机计算出错误的定位信息，从而引导无人机偏离预定路径。

伪卫星信号生成:

在SKYDEL中设置伪卫星的轨道、频率和时间信息，以确保伪卫星信号与真实卫星信号相似，难以被接收机辨别。

控制伪卫星的精确位置、时间同步信息，使其产生误导性的定位结果。

信号发射与覆盖:

通过USRP-LW X310发射伪卫星信号，确保信号覆盖到无人机的接收机，产生错误的定位信息。

可以根据攻击需求，调整伪卫星信号的功率和覆盖范围，避免干扰过于明显。

攻击效果:

无人机接收到伪卫星信号后，按照虚假的卫星位置计算出错误的定位，并调整飞行路径。

 3.2 干扰攻击 

干扰攻击通过发送强信号干扰真实卫星信号，使无人机接收机无法正确解码卫星信号，从而导致定位失效或精度降低。

宽带干扰:

发射宽频带的随机噪声信号，覆盖GNSS频谱，强制干扰接收机所有可用的卫星信号，导致其无法正确定位。

窄带干扰:

对特定频段（如L1频段）进行集中干扰，屏蔽真实卫星信号，使接收机无法使用这些信号进行定位。

多路径干扰:

使用SKYDEL模拟多路径效应，使无人机接收到来自多个路径的信号，导致定位误差增加。

 3.3 多路径效应 

多路径效应通过反射和折射信号，模拟接收机接收到多个不同路径的信号，导致定位计算错误。

反射信号模拟:

使用SKYDEL仿真多路径信号，使无人机接收到来自不同路径的信号。通过USRP-LW X310发射多个不同路径的信号，模拟现实环境中的多路径效应。

干扰影响:

无人机接收机会错误地将反射信号当作真实卫星信号，计算出错误的位置，导致航迹偏移。

 3.4 伪卫星定位诱骗 

通过生成虚假的位置和速度信息，诱骗无人机执行错误的飞行路径。

伪造定位信息:

设置伪卫星信号的时间和轨道信息，将其计算出的虚假定位信息发送给无人机。

调整伪卫星的轨道和信号，诱导无人机飞向错误的目的地。

动态诱骗:

可以根据需要动态调整伪卫星信号，使无人机持续沿着错误的轨迹飞行。

 4. 系统实施过程 

第一步：系统配置与信号生成

（1） 配置SKYDEL仿真环境，选择合适的卫星系统（如GPS、Galileo等）。

（2） 根据需要设置干扰与诱骗的具体类型和参数（频率、功率、位置等）。

（3） 使用USRP-LW X310发射生成的干扰和伪卫星信号，覆盖目标区域。

第二步：无人机定位监测与反馈

（1） 实时监控无人机的定位数据和飞行路径。

（2） 比较无人机的实际路径与预定路径，评估诱骗或干扰的效果。

第三步：攻击效果评估

（1） 记录无人机的飞行数据，包括定位误差、路径偏移等。

（2） 分析无人机在攻击下的行为和响应，评估反欺骗技术的有效性。

 5. 软件界面图 

 图4 GNSS仿真信号频谱示例图

 6. 推荐硬件型号 

 7. 典型应用场景 

该平台通过结合SKYDEL和USRP-LW X310，成功实现了多种GNSS信号干扰与诱骗攻击功能，为无人机导航系统的安全测试提供了一个强大的工具。

方案适用于以下场景：

- 测试无人机在干扰和诱骗攻击下的定位与导航性能。

- 研究和开发反欺骗、抗干扰等无人机防护技术。

- 在各类实验中模拟真实GNSS信号的失效或被干扰的情况。