淺析北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)戰(zhàn)時(shí)保障問(wèn)題

張志民 田超 常曉磊

摘要：本文結(jié)合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)現(xiàn)狀，提出其面臨的威脅與應(yīng)對(duì)措施，為系統(tǒng)在戰(zhàn)時(shí)抗毀頑存、加強(qiáng)支援保障能力提出建議。

關(guān)鍵詞：北斗;保障;防護(hù)

中圖分類號(hào)：F426.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）11-0200-02

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于2018年底正式對(duì)一帶一路地區(qū)提供服務(wù)。系統(tǒng)在服務(wù)區(qū)域內(nèi)能夠提供全時(shí)段的高精度導(dǎo)航與定位服務(wù)。目前已廣泛地應(yīng)用于時(shí)間基準(zhǔn)統(tǒng)一、目標(biāo)位置確定、各類武器平臺(tái)制導(dǎo)等領(lǐng)域，并在指揮控制、演習(xí)演訓(xùn)、邊防管控和日常管理中上發(fā)揮重大作用。

1 北斗保障能力現(xiàn)狀

目前，北斗二號(hào)區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由14顆衛(wèi)星、北斗三號(hào)全球?qū)Ш较到y(tǒng)由20余顆衛(wèi)星組成，在服務(wù)區(qū)域內(nèi)，可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)大于10顆，提供全天候的導(dǎo)航、定位、授時(shí)、短報(bào)文服務(wù)。系統(tǒng)的主要保障能力：重點(diǎn)服務(wù)區(qū)域提供平面精度10米，高程精度10米的位置服務(wù)，非重點(diǎn)區(qū)域提供平面、高程精度20米的位置服務(wù)，可為用戶提供0.2米/秒的測(cè)速精度，授時(shí)型用戶機(jī)提供單向50納秒、雙向10納秒的授時(shí)精度。系統(tǒng)基于GEO衛(wèi)星的通信能力和地面運(yùn)控系統(tǒng)的運(yùn)算處理能力，為用戶提供每小時(shí)72萬(wàn)次無(wú)線電測(cè)定業(yè)務(wù)，最大用戶容量為每小時(shí)一百萬(wàn)次，并提供每次120個(gè)漢字或相應(yīng)字符數(shù)的短報(bào)文通信功能。北斗接收設(shè)備引入了IC卡加解密機(jī)制，有效防止導(dǎo)航信息被非授權(quán)用戶竊取或利用，當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)受到干擾時(shí)，通過(guò)增加GEO衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的發(fā)射功率快速恢復(fù)和提高受干擾區(qū)域的導(dǎo)航信號(hào)強(qiáng)度。

2 北斗面臨的威脅和防護(hù)措施

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由導(dǎo)航衛(wèi)星星座、地面運(yùn)控系統(tǒng)及北斗應(yīng)用終端組成，系統(tǒng)可能面臨的攻擊方式包括：對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星的干擾和攻擊，敵方運(yùn)用反衛(wèi)星武器干擾或直接摧毀衛(wèi)星;對(duì)地面運(yùn)控系統(tǒng)的干擾和破壞，主要有物理摧毀和電子攻擊;對(duì)北斗應(yīng)用終端的干擾和欺騙，使北斗用戶機(jī)不能正常定位。

根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)狀和面臨的威脅，可將系統(tǒng)的防護(hù)措施分為三個(gè)層次，即導(dǎo)航衛(wèi)星層，地面運(yùn)控系統(tǒng)層和應(yīng)用終端層。

2.1 導(dǎo)航衛(wèi)星層

導(dǎo)航衛(wèi)星是進(jìn)行導(dǎo)航定位的基礎(chǔ)，必須從意外災(zāi)害和人為破壞出發(fā)，研究導(dǎo)航衛(wèi)星星座的防護(hù)問(wèn)題。星座的防護(hù)策略主要有：增強(qiáng)衛(wèi)星自身防護(hù)能力，在衛(wèi)星上加裝星載電子干擾機(jī)，增設(shè)電磁防護(hù)設(shè)備，加裝核爆防護(hù)裝置，對(duì)衛(wèi)星表面進(jìn)行激光照射和粒子輻射加固，提高衛(wèi)星的軌道機(jī)動(dòng)能力;優(yōu)化導(dǎo)航衛(wèi)星星座，增加星座冗余以保證個(gè)別衛(wèi)星受損時(shí)系統(tǒng)仍能提供服務(wù)，開(kāi)辟星間鏈路確保地面站遭到摧毀時(shí)系統(tǒng)仍能自主運(yùn)行;設(shè)計(jì)替代系統(tǒng)，改進(jìn)長(zhǎng)波授時(shí)以輔助作戰(zhàn)需要，儲(chǔ)備可隨時(shí)組網(wǎng)的衛(wèi)星庫(kù)以保障重點(diǎn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ恍枨?，研究任?wù)區(qū)域內(nèi)以偽衛(wèi)星為代表的各種導(dǎo)航定位手段的互備份能力。

2.2 地面運(yùn)控系統(tǒng)層

運(yùn)控系統(tǒng)是保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成戰(zhàn)時(shí)保障任務(wù)的關(guān)鍵，失去地面運(yùn)控系統(tǒng)的支持，導(dǎo)航衛(wèi)星會(huì)逐漸漂移導(dǎo)致星座畸形，降低導(dǎo)航精度直至失去定位能力。地面運(yùn)控系統(tǒng)面臨的威脅按性質(zhì)可分為物理攻擊和信息攻擊兩類，針對(duì)這兩類攻擊研究相應(yīng)的防護(hù)措施。

2.2.1 物理攻擊防護(hù)

對(duì)抗地面攻擊包括加強(qiáng)站點(diǎn)的防御工事，加強(qiáng)整站保衛(wèi)力量。對(duì)抗高精確制導(dǎo)武器的打擊所采取的措施包括被動(dòng)、主動(dòng)防御，被動(dòng)防御的著眼點(diǎn)在于降低脆弱性，如核生化防護(hù)、關(guān)鍵設(shè)施加固、防偵察監(jiān)視、整站偽裝和隱蔽等。主動(dòng)防御的著眼點(diǎn)在于降低主目標(biāo)受攻擊概率及恢復(fù)能力，如關(guān)鍵設(shè)備冗余配置、電子欺騙和快速恢復(fù)等。

2.2.2 電子攻擊防護(hù)

電子攻擊包括兩層含義：針對(duì)信號(hào)的電磁干擾和針對(duì)信息的竊取、篡改。對(duì)地面站的電磁干擾可參照應(yīng)用終端的抗干擾防護(hù)措施。信息攻擊的防護(hù)措施包括五個(gè)方面。密鑰管理與分發(fā)：為整個(gè)系統(tǒng)的安全提供密鑰保障，從密鑰的產(chǎn)生、管理、更新、分發(fā)和廢止等各個(gè)環(huán)節(jié)，采用存儲(chǔ)安全、傳輸安全、快速便捷分發(fā)等技術(shù)手段，為整個(gè)系統(tǒng)認(rèn)證與通信安全提供支撐。認(rèn)證與授權(quán)：通過(guò)認(rèn)證與授權(quán)，保證只有合法的站點(diǎn)才可以相互訪問(wèn)，非法或者惡意攻擊者無(wú)法獲得訪問(wèn)合法地面站的權(quán)利，從而被排除在地面站系統(tǒng)之外。網(wǎng)絡(luò)安全措施：綜合采用多種網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施對(duì)地面站系統(tǒng)實(shí)施防護(hù)，如防火墻、入侵檢測(cè)、防病毒、安全審計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與漏洞填補(bǔ)系統(tǒng)等，阻止網(wǎng)絡(luò)邊界到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的入侵行為發(fā)生。數(shù)據(jù)安全措施：采用全盤加密技術(shù)和虛擬盤加密技術(shù)來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)，采用數(shù)字簽名技術(shù)保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。安全通信協(xié)議：用以保證站與站間的安全傳輸，在身份鑒別與數(shù)字簽名保證相互通信的主體安全、可靠和可信的基礎(chǔ)上，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的重要程度和實(shí)時(shí)性要求進(jìn)行不同安全等級(jí)的安全傳輸。

2.3 應(yīng)用終端層

信號(hào)到達(dá)地面的信噪比極低，且信號(hào)格式公開(kāi)，使得地面用戶終端極易受到干擾。當(dāng)前信號(hào)面臨的干擾主要包括無(wú)意干擾、壓制式干擾及欺騙式干擾，為確保衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成戰(zhàn)時(shí)保障任務(wù)，應(yīng)盡快研究用戶機(jī)防護(hù)、增強(qiáng)技術(shù)，包括抗干擾、組合導(dǎo)航和完好性監(jiān)測(cè)。

2.3.1 抗干擾技術(shù)

一是革新信號(hào)體制，設(shè)計(jì)抗干擾導(dǎo)航信號(hào)，進(jìn)行電文加密，信號(hào)鑒權(quán)等;二是改進(jìn)終端技術(shù)，包括射頻干擾檢測(cè)技術(shù)，前端濾波技術(shù)，INS輔助碼環(huán)和載波環(huán)跟蹤技術(shù)，抗干擾濾波技術(shù)，天線增強(qiáng)技術(shù)，軍碼直捕技術(shù)，STAP技術(shù)。

2.3.2 組合導(dǎo)航技術(shù)

一是兼容互操作技術(shù)，單一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受到干擾時(shí)，利用兼容互操作技術(shù)組合不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，只要可用衛(wèi)星數(shù)目滿足定位需求，仍然能保障正常的導(dǎo)航定位;二是慣導(dǎo)組合技術(shù)，給定初值后，慣導(dǎo)設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)能夠維持較準(zhǔn)確的導(dǎo)航水平，其提供的導(dǎo)航參數(shù)可用于北斗用戶機(jī)來(lái)有效對(duì)抗各類干擾;三是傳感器組合技術(shù)，用戶機(jī)結(jié)合各類傳感器提供的信息輔助完成導(dǎo)航，同時(shí)判斷接收信號(hào)的真實(shí)性。

2.3.3 完好性監(jiān)測(cè)技術(shù)

北斗用戶機(jī)在接收到系統(tǒng)中的故障信息后自動(dòng)依照固定邏輯處理方式完成完好性判斷，依照判斷結(jié)果對(duì)用戶進(jìn)行警告，讓用戶了解到定位解算的有效性、準(zhǔn)確性和可靠性，從而提升用戶段完好性監(jiān)測(cè)控制質(zhì)量，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

3 提升北斗戰(zhàn)場(chǎng)支援保障能力建議

根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀，僅從防護(hù)角度研究是不夠的，需要綜合其他系統(tǒng)，運(yùn)用多種手段來(lái)完善導(dǎo)航系統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)支援保障能力。一是加強(qiáng)理論的研究，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自身特點(diǎn)，立足防御結(jié)合反制，加快推進(jìn)具有特色的理論建設(shè)。二是加強(qiáng)防衛(wèi)力量，加快空間防御性武器的研制工作，確保在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中保障衛(wèi)星安全;加強(qiáng)北斗系統(tǒng)地面站的地面保衛(wèi)力量和防空力量，確保地面系統(tǒng)戰(zhàn)時(shí)安全。三是改進(jìn)設(shè)計(jì)體制，研制新型導(dǎo)航衛(wèi)星，具備發(fā)射信號(hào)重新編程功能，研究信號(hào)高復(fù)雜性加密算法;研制高性能、抗干擾的接收機(jī)。四是常規(guī)導(dǎo)航技術(shù)和備份能力的研究，通過(guò)改進(jìn)技術(shù)彌補(bǔ)各常規(guī)系統(tǒng)的不足和局限，提高各自的定位精度，在未來(lái)導(dǎo)航對(duì)抗中互為備份，互為補(bǔ)充;加強(qiáng)偽衛(wèi)星技術(shù)研究，重點(diǎn)是基于偽衛(wèi)星的增強(qiáng)系統(tǒng)和基于偽衛(wèi)星的獨(dú)立導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展迅速，已覆蓋一帶一路國(guó)家，相對(duì)GPS系統(tǒng)在覆蓋性，穩(wěn)定性、安全性等方面還存在差距?，F(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，導(dǎo)航是決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵因素，隨著北斗全球系統(tǒng)建設(shè)的開(kāi)展，需要更加全面、深入地研究北斗戰(zhàn)時(shí)支援保障問(wèn)題。