作者wahaha99 (我讨厌人类)
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标题[讨论] 闲聊一下GPS的原理以及反反制
时间Sat May 25 20:09:25 2024
不要想太多了
GPS的原理是这样的
假设现在有四颗GPS卫星, 分别是ABCD
他们随时在对地球广播着:
A: 我是卫星A, 位置在轨道上W点, 发送时间是 1.000..秒
B: 我是卫星B, 位置在轨道上X点, 发送时间是 1.000..秒
C: 我是卫星C, 位置在轨道上Y点, 发送时间是 1.000..秒
D: 我是卫星D, 位置在轨道上Z点, 发送时间是 1.000..秒
A: 我是卫星A, 位置在轨道上W+n点, 发送时间是 1.00+n..秒
...
...
然後地球这里有只接收鸡 M:
M: 收到卫星A报告, 1.000秒时 位置在 W点, 收到时间差 0.000..秒
M: 收到卫星B报告, 1.000秒时 位置在 X点, 收到时间差 +0.238..秒
M: 收到卫星C报告, 1.000秒时 位置在 Y点, 收到时间差 -0.265..秒
M: 收到卫星D报告, 1.000秒时 位置在 Z点, 收到时间差 +0.488..秒
...
那现在 M 有了啥,
1. 在1.000 秒时, 这四颗卫星的精确位置
2. 相对秒差, 可以得出这四颗卫星距离自己多远
然後经过大气层电离层补偿、相对论补偿、
一番定位运算後，接收鸡就得到了自己的经纬度、海拔高度。
当然, 还有很多影响误差的因素,
所以头上越多卫星越好,
接收鸡越贵越好(欸)
那麽, 要如何攻击(干扰)GPS?
(反卫星飞弹、地表雷射武器这种先不论...那在2万公里外)
一般分文雅的跟蛮力的两种
文雅的:
送出伪GPS码, 位置、时间给你乱喊一通,
让你的接收器解出假的、错误的资讯。
当年伊朗就用这招骗下一台RQ-170
如何反制:
1.靠接收器解码端做检验,
检查时间是不是穿越了,
检查自己是不是学到了瞬间移动,
抛弃不合理的计算结果
2.把GPS加密...现在好像没有
很多人都在传, 美军GPS还有一个加密版,
实际上那只是对高精度部分做了一些伪码干扰、降低精度,
没有办法反制这种乱喊的。
理论上要做不是做不到,
只是不知道为什麽GPS设计时没考虑这点
蛮力的:
在GPS的讯号波段(约1.22Gh、1.57Ghz), 直接大声吼,
吵死接收鸡, 让他啥也听不见
如何反制:
这个 靠 自 己 反 制 比较难,
好比说用指向天线、固定指向天空,
这在导引火箭上比较难实施。
或是要用很好的接收器, 仔细分别讯号...
不过效果都有限, 成本又高。
所以要 靠 别 人 反 制,
也就是他既然这麽吵, 那反辐射飞弹一定不会认错目标
只是反辐射飞弹很贵... :(
那还有没有?
有, 文雅+蛮力一起上, 就是把假资讯喊的特别大声...
所以干扰GPS不是什麽新鲜事, 也不需要什麽黑科技,
甚至GPS讯号模拟器就有在卖(卖给GPS厂商开发设备用)
这是一场矛与盾的攻防之战,
身为武器设计者, 就要在导引系统内写很多程式,
去判断自己收到的讯号合不合理,
收不到正确讯号时, 如何切换到陀螺仪等惯性系统继续导航....
那有没有终极的解决方案?
就是不要用GPS, 等看哪天光纤陀螺仪能做成半导体...
大概是这样
有误请指正
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 118.169.32.251 (台湾)
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※ 编辑: wahaha99 (118.169.32.251 台湾), 05/25/2024 20:11:55
1F：推 t72312 : 简单说 卫星像广播器 地面接收广播用晶片解算 05/25 20:12
2F：→ t72312 : 收越多颗不同位置的卫星广播定位越准 05/25 20:12
3F：→ t72312 : 由於会用到时间秒差 卫星上的原子钟越准定位就越准 05/25 20:13
4F：→ bearq258 : 光纤陀螺早就有小型版本 05/25 20:26
5F：推 kdjf : mems也做到每小时<1度了 05/25 20:28
6F：推 SecondCup : 请问军用gps怎麽做到更精确的定位呢？gps卫星不是 05/25 20:28
7F：→ SecondCup : 都一直广播自己的位置而已吗？还是会广播不同的位 05/25 20:28
8F：→ SecondCup : 置资料？ 感谢 05/25 20:28
当然会变啊
地面站时不时还要校准一下
9F：→ bearq258 : 反反制用飞控做处理当然有，把卫星波段盖台干扰也有 05/25 20:28
10F：推 Bf109G6 : 推 05/25 20:31
※ 编辑: wahaha99 (118.169.32.251 台湾), 05/25/2024 20:35:54
11F：→ bearq258 : 不依赖GPS，在航线附近可以依靠VOR导航台民航系统 05/25 20:42
12F：→ bearq258 : 做校正仪表飞行的定位.雷达高度计与电子地形地图 05/25 20:44
13F：推 saccharomyce: 军用不是更准确 而是民用的会故意给错误讯息 05/25 20:44
14F：→ saccharomyce: 卫星会把误差的资讯给民用的GPS接收器 05/25 20:45
15F：推 SecondCup : 那军用gps为什麽会更精准？还是不懂跟一般商用收到 05/25 20:45
16F：→ SecondCup : 的讯号不是一样吗？ 05/25 20:45
两个部分
1. 军用GPS可以解军用码 精度更高
2. 军用GPS可以用贵松松的时钟源去解算时间差
不过在现代电子技术的进步下 这部分差异不大了
17F：→ saccharomyce: 卫星给军用GPS讯息是1 给民用可能是1.01 05/25 20:46
18F：→ saccharomyce: 你民用GPS再怎麽算都会出现误差 这种概念 05/25 20:47
※ 编辑: wahaha99 (118.169.32.251 台湾), 05/25/2024 20:51:37
19F：→ bearq258 : 军用算法有加安全抗干扰与解码，千分之一的解码速度 05/25 20:51
20F：→ bearq258 : 现在没有加sa扰码，主要都是解算能力限制一秒更新率 05/25 20:52
21F：→ t72312 : 维基是写柯林顿把民码干扰取消了 实际怎样窝噗知道 05/25 20:52
22F：→ bearq258 : 一般民用解码速度都是一秒一次 05/25 20:53
23F：→ bearq258 : 高速飞行器用一秒一次 只能用音速以下的设备 05/25 20:55
24F：→ saccharomyce: 原来SA码被取消了 真是惊人 05/25 20:56
25F：推 t72312 : 因为人道救灾的关系 05/25 20:56
26F：→ bearq258 : 不过军用解码要求搭配专门解算方程式与相关计算能力 05/25 20:59
27F：推 x86t : SA取消很久了.... 05/25 21:00
28F：→ bearq258 : 频带与校正码要求计算不同。 05/25 21:01
29F：推 sedgewick : 光纤或者微机电陀螺仪可能都太精巧, 要额外设备维护 05/25 21:12
30F：→ sedgewick : 机械式陀螺仪的好处是拿在手上用看的就知道好坏 XD 05/25 21:12
31F：→ sedgewick : 现在看俄乌一战复刻, 其实我也不确定哪种比较好 05/25 21:13
32F：→ sedgewick : GPS 就是典型的三角测量, 以前是用天空中的星体 05/25 21:14
33F：→ sedgewick : 有同步卫星之後, 变成稳定的讯号源让你解三角问题 05/25 21:16
34F：→ wahaha99 : 不过GPS不是同步轨道喔 会动的 05/25 21:17
35F：推 sedgewick : 最早的时候好像是, 後来发现轨道稳定的都能用. 05/25 21:19
36F：→ sedgewick : 因为我记得以前课本会算 GPS 卫星的广义相对论. 05/25 21:19
37F：→ sedgewick : 套用的就是三万六千公里左右距离... 05/25 21:20
38F：→ sedgewick : 但我其实不确定那是课本简化的关系还是真的那样 XD 05/25 21:21
39F：推 t72312 : 六分仪的徒子徒孙 05/25 21:22
40F：推 sedgewick : 对啊, 原理几乎一样, 都是球面与多个角锥相切. 05/25 21:23
41F：推 roseritter : push 05/25 21:37
42F：推 t72312 : 话说对岸在90年代弄到欧洲精确原子钟技术才搞出北斗 05/25 21:38
43F：→ WaterFrog : SA效应在2000年的时候就拿掉了，即便没有拿掉，靠着 05/25 21:39
44F：→ WaterFrog : 多个GPS接收器也可以平差掉这个效应 05/25 21:40
45F：→ WaterFrog : 至於美国军方用的是P码，一般民间用的是C/A码 05/25 21:45
46F：→ WaterFrog : 另外美国是有在P码上加密，是为Y码 05/25 21:48
47F：推 daydream314 : GPS 不是同步轨道喔 导航用同步轨道不会比较好 05/25 21:54
48F：→ WaterFrog : RQ-170事件意味着可能Y码已经被伊朗攻破，不过正常 05/25 21:54
49F：→ WaterFrog : 来讲这种无人机应该是有自己的惯导系统，应该不会被 05/25 21:55
50F：→ WaterFrog : 短时间的GPS干扰就飞不回来，除非是被干扰太久，惯 05/25 21:56
51F：→ WaterFrog : 导修正不回来 05/25 21:56
52F：推 sedgewick : 我翻了一下 wiki, 同步轨道也蛮多导航卫星的. 05/25 22:05
53F：→ sedgewick : 不过很多都是辅助系统就是了, 不知道辅助什麽. 05/25 22:06
54F：→ t72312 : 备援吧 05/25 22:07
55F：→ sedgewick : 不过放不放同步轨道其实还好, 天空中的星星都会动 05/25 22:07
56F：→ sedgewick : 也是可以做三角测量, 关键是轨道稳定（离地要很远） 05/25 22:08
57F：→ WaterFrog : 备援、增加精度，理论上接收到的卫星讯号越多越准 05/25 22:09
58F：→ sedgewick : 看起来同步轨道的导航系统不像备援, 比较像校正用 05/25 22:09
60F：→ sedgewick : 好吧, wiki 写得挺模糊的, 是 water 兄说的没错 05/25 22:11
61F：→ sedgewick : 这种卫星就放在同步轨道上, 也算 GNSS 的一部份. 05/25 22:12
62F：→ bearq258 : 卫星在轨道上并非正圆形轨道 地球不同低区引力不同 05/25 22:56
63F：→ bearq258 : 地球也不是正圆形，卫星轨道会上下飘动。 05/25 22:57
64F：→ bearq258 : 低轨道卫星与中轨道，对地轨道高度差很大 05/25 22:57
65F：→ bearq258 : 高度对gps广播功率与卫星寿命与发射成本影响差异大 05/25 23:00
66F：→ bearq258 : 未来利用低轨道卫星通讯卫星也可辅助gps定位 05/25 23:00
67F：→ bearq258 : 或者当成抗干扰的第二替代方案 05/25 23:01
68F：→ bearq258 : 低轨道通讯卫星密集度很高，很合适做备用方案 05/25 23:02
69F：→ bearq258 : Navigation Via Commercial LEO Satellites 05/25 23:04
70F：→ bearq258 : 过去就有研究过，现在一堆商业卫星太容易 05/25 23:04
71F：推 SecondCup : 感谢以上各大的解答！！ 05/25 23:13
72F：→ kwht : 推 05/26 21:16
73F：→ bilibala : @t72312 说法怪怪的，GPS 卫星有原子钟，但是因为速 05/29 17:38
74F：→ bilibala : 度(飞行速度)太快，所以需要跟地面站校正时间。 05/29 17:38
75F：→ bilibala : 大气干扰搞不好比上面的时钟误差多不少。 05/29 17:39
76F：→ bilibala : 补充一下，相对论告诉我们速度越快的物体，其时间流 05/29 17:48
77F：→ bilibala : 逝越慢，卫星都飞很快，所以时间会变慢要常校时。 05/29 17:48
78F：推 prawinra : GPS不须设计加密机制是因 位移速度远远超过地面物体 06/01 19:39