[討論] 閒聊一下GPS的原理以及反反制

不要想太多了 GPS的原理是這樣的 假設現在有四顆GPS衛星, 分別是ABCD 他們隨時在對地球廣播著: A: 我是衛星A, 位置在軌道上W點, 發送時間是 1.000..秒 B: 我是衛星B, 位置在軌道上X點, 發送時間是 1.000..秒 C: 我是衛星C, 位置在軌道上Y點, 發送時間是 1.000..秒 D: 我是衛星D, 位置在軌道上Z點, 發送時間是 1.000..秒 A: 我是衛星A, 位置在軌道上W+n點, 發送時間是 1.00+n..秒 ... ... 然後地球這裡有隻接收雞 M: M: 收到衛星A報告, 1.000秒時 位置在 W點, 收到時間差 0.000..秒 M: 收到衛星B報告, 1.000秒時 位置在 X點, 收到時間差 +0.238..秒 M: 收到衛星C報告, 1.000秒時 位置在 Y點, 收到時間差 -0.265..秒 M: 收到衛星D報告, 1.000秒時 位置在 Z點, 收到時間差 +0.488..秒 ... 那現在 M 有了啥, 1. 在1.000 秒時, 這四顆衛星的精確位置 2. 相對秒差, 可以得出這四顆衛星距離自己多遠 然後經過大氣層電離層補償、相對論補償、 一番定位運算後，接收雞就得到了自己的經緯度、海拔高度。 當然, 還有很多影響誤差的因素, 所以頭上越多衛星越好, 接收雞越貴越好(欸) 那麼, 要如何攻擊(干擾)GPS? (反衛星飛彈、地表雷射武器這種先不論...那在2萬公里外) 一般分文雅的跟蠻力的兩種 文雅的: 送出偽GPS碼, 位置、時間給你亂喊一通, 讓你的接收器解出假的、錯誤的資訊。 當年伊朗就用這招騙下一台RQ-170 如何反制: 1.靠接收器解碼端做檢驗, 檢查時間是不是穿越了, 檢查自己是不是學到了瞬間移動, 拋棄不合理的計算結果 2.把GPS加密...現在好像沒有 很多人都在傳, 美軍GPS還有一個加密版, 實際上那只是對高精度部分做了一些偽碼干擾、降低精度, 沒有辦法反制這種亂喊的。 理論上要做不是做不到, 只是不知道為什麼GPS設計時沒考慮這點 蠻力的: 在GPS的訊號波段(約1.22Gh、1.57Ghz), 直接大聲吼, 吵死接收雞, 讓他啥也聽不見 如何反制: 這個 靠 自 己 反 制 比較難, 好比說用指向天線、固定指向天空, 這在導引火箭上比較難實施。 或是要用很好的接收器, 仔細分別訊號... 不過效果都有限, 成本又高。 所以要 靠 別 人 反 制, 也就是他既然這麼吵, 那反輻射飛彈一定不會認錯目標 只是反輻射飛彈很貴... :( 那還有沒有? 有, 文雅+蠻力一起上, 就是把假資訊喊的特別大聲... 所以干擾GPS不是什麼新鮮事, 也不需要什麼黑科技, 甚至GPS訊號模擬器就有在賣(賣給GPS廠商開發設備用) 這是一場矛與盾的攻防之戰, 身為武器設計者, 就要在導引系統內寫很多程式, 去判斷自己收到的訊號合不合理, 收不到正確訊號時, 如何切換到陀螺儀等慣性系統繼續導航.... 那有沒有終極的解決方案? 就是不要用GPS, 等看哪天光纖陀螺儀能做成半導體... 大概是這樣 有誤請指正 -- 當然會變啊 地面站時不時還要校準一下 兩個部分 1. 軍用GPS可以解軍用碼 精度更高 2. 軍用GPS可以用貴鬆鬆的時鐘源去解算時間差 不過在現代電子技術的進步下 這部分差異不大了
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推 t72312 : 簡單說 衛星像廣播器 地面接收廣播用晶片解算 05/25 20:12

→ t72312 : 收越多顆不同位置的衛星廣播定位越準 05/25 20:12

→ t72312 : 由於會用到時間秒差 衛星上的原子鐘越準定位就越準 05/25 20:13

→ bearq258 : 光纖陀螺早就有小型版本 05/25 20:26

推 kdjf : mems也做到每小時<1度了 05/25 20:28

推 SecondCup : 請問軍用gps怎麼做到更精確的定位呢？gps衛星不是 05/25 20:28

→ SecondCup : 都一直廣播自己的位置而已嗎？還是會廣播不同的位 05/25 20:28

→ SecondCup : 置資料？ 感謝 05/25 20:28

→ bearq258 : 反反制用飛控做處理當然有，把衛星波段蓋台干擾也有 05/25 20:28

推 Bf109G6 : 推 05/25 20:31

→ bearq258 : 不依賴GPS，在航線附近可以依靠VOR導航台民航系統 05/25 20:42

→ bearq258 : 做校正儀表飛行的定位.雷達高度計與電子地形地圖 05/25 20:44

推 saccharomyce: 軍用不是更準確 而是民用的會故意給錯誤訊息 05/25 20:44

→ saccharomyce: 衛星會把誤差的資訊給民用的GPS接收器 05/25 20:45

推 SecondCup : 那軍用gps為什麼會更精準？還是不懂跟一般商用收到 05/25 20:45

→ SecondCup : 的訊號不是一樣嗎？ 05/25 20:45

→ saccharomyce: 衛星給軍用GPS訊息是1 給民用可能是1.01 05/25 20:46

→ saccharomyce: 你民用GPS再怎麼算都會出現誤差 這種概念 05/25 20:47

→ bearq258 : 軍用算法有加安全抗干擾與解碼，千分之一的解碼速度 05/25 20:51

→ bearq258 : 現在沒有加sa擾碼，主要都是解算能力限制一秒更新率 05/25 20:52

→ t72312 : 維基是寫柯林頓把民碼干擾取消了 實際怎樣窩噗知道 05/25 20:52

→ bearq258 : 一般民用解碼速度都是一秒一次 05/25 20:53

→ bearq258 : 高速飛行器用一秒一次 只能用音速以下的設備 05/25 20:55

→ saccharomyce: 原來SA碼被取消了 真是驚人 05/25 20:56

推 t72312 : 因為人道救災的關係 05/25 20:56

→ bearq258 : 不過軍用解碼要求搭配專門解算方程式與相關計算能力 05/25 20:59

推 x86t : SA取消很久了.... 05/25 21:00

→ bearq258 : 頻帶與校正碼要求計算不同。 05/25 21:01

推 sedgewick : 光纖或者微機電陀螺儀可能都太精巧, 要額外設備維護 05/25 21:12

→ sedgewick : 機械式陀螺儀的好處是拿在手上用看的就知道好壞 XD 05/25 21:12

→ sedgewick : 現在看俄烏一戰復刻, 其實我也不確定哪種比較好 05/25 21:13

→ sedgewick : GPS 就是典型的三角測量, 以前是用天空中的星體 05/25 21:14

→ sedgewick : 有同步衛星之後, 變成穩定的訊號源讓你解三角問題 05/25 21:16

→ wahaha99 : 不過GPS不是同步軌道喔 會動的 05/25 21:17

推 sedgewick : 最早的時候好像是, 後來發現軌道穩定的都能用. 05/25 21:19

→ sedgewick : 因為我記得以前課本會算 GPS 衛星的廣義相對論. 05/25 21:19

→ sedgewick : 套用的就是三萬六千公里左右距離... 05/25 21:20

→ sedgewick : 但我其實不確定那是課本簡化的關係還是真的那樣 XD 05/25 21:21

推 t72312 : 六分儀的徒子徒孫 05/25 21:22

推 sedgewick : 對啊, 原理幾乎一樣, 都是球面與多個角錐相切. 05/25 21:23

推 roseritter : push 05/25 21:37

推 t72312 : 話說對岸在90年代弄到歐洲精確原子鐘技術才搞出北斗 05/25 21:38

→ WaterFrog : SA效應在2000年的時候就拿掉了，即便沒有拿掉，靠著 05/25 21:39

→ WaterFrog : 多個GPS接收器也可以平差掉這個效應 05/25 21:40

→ WaterFrog : 至於美國軍方用的是P碼，一般民間用的是C/A碼 05/25 21:45

→ WaterFrog : 另外美國是有在P碼上加密，是為Y碼 05/25 21:48

推 daydream314 : GPS 不是同步軌道喔 導航用同步軌道不會比較好 05/25 21:54

→ WaterFrog : RQ-170事件意味著可能Y碼已經被伊朗攻破，不過正常 05/25 21:54

→ WaterFrog : 來講這種無人機應該是有自己的慣導系統，應該不會被 05/25 21:55

→ WaterFrog : 短時間的GPS干擾就飛不回來，除非是被干擾太久，慣 05/25 21:56

→ WaterFrog : 導修正不回來 05/25 21:56

推 sedgewick : 我翻了一下 wiki, 同步軌道也蠻多導航衛星的. 05/25 22:05

→ sedgewick : 不過很多都是輔助系統就是了, 不知道輔助什麼. 05/25 22:06

→ t72312 : 備援吧 05/25 22:07

→ sedgewick : 不過放不放同步軌道其實還好, 天空中的星星都會動 05/25 22:07

→ sedgewick : 也是可以做三角測量, 關鍵是軌道穩定（離地要很遠） 05/25 22:08

→ WaterFrog : 備援、增加精度，理論上接收到的衛星訊號越多越準 05/25 22:09

→ sedgewick : 看起來同步軌道的導航系統不像備援, 比較像校正用 05/25 22:09

→ sedgewick : https://en.wikipedia.org/wiki/GNSS_augmentation 05/25 22:10

→ sedgewick : 好吧, wiki 寫得挺模糊的, 是 water 兄說的沒錯 05/25 22:11

→ sedgewick : 這種衛星就放在同步軌道上, 也算 GNSS 的一部份. 05/25 22:12

→ bearq258 : 衛星在軌道上並非正圓形軌道 地球不同低區引力不同 05/25 22:56

→ bearq258 : 地球也不是正圓形，衛星軌道會上下飄動。 05/25 22:57

→ bearq258 : 低軌道衛星與中軌道，對地軌道高度差很大 05/25 22:57

→ bearq258 : 高度對gps廣播功率與衛星壽命與發射成本影響差異大 05/25 23:00

→ bearq258 : 未來利用低軌道衛星通訊衛星也可輔助gps定位 05/25 23:00

→ bearq258 : 或者當成抗干擾的第二替代方案 05/25 23:01

→ bearq258 : 低軌道通訊衛星密集度很高，很合適做備用方案 05/25 23:02

→ bearq258 : Navigation Via Commercial LEO Satellites 05/25 23:04

→ bearq258 : 過去就有研究過，現在一堆商業衛星太容易 05/25 23:04

推 SecondCup : 感謝以上各大的解答！！ 05/25 23:13

→ kwht : 推 05/26 21:16