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作者 wahaha99 (我討厭人類)
標題 [討論] 閒聊一下GPS的原理以及反反制
時間 Sat May 25 20:09:25 2024

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

--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 118.169.32.251 (臺灣)
※ 作者: wahaha99 2024-05-25 20:09:25
※ 文章代碼(AID): #1cKTJtkK (Military)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Military/M.1716638967.A.B94.html
※ 同主題文章:
[討論] 閒聊一下GPS的原理以及反反制
05-25 20:09 wahaha99
Re: [討論] 閒聊一下GPS的原理以及反反制
05-29 00:25 sedgewick
※ 編輯: wahaha99 (118.169.32.251 臺灣), 05/25/2024 20:11:55
推 t72312: 簡單說 衛星像廣播器 地面接收廣播用晶片解算
收越多顆不同位置的衛星廣播定位越準
由於會用到時間秒差 衛星上的原子鐘越準定位就越準1F 05/25 20:12
→ bearq258: 光纖陀螺早就有小型版本4F 05/25 20:26
推 kdjf: mems也做到每小時<1度了5F 05/25 20:28
推 SecondCup: 請問軍用gps怎麼做到更精確的定位呢？gps衛星不是都一直廣播自己的位置而已嗎？還是會廣播不同的位置資料？ 感謝6F 05/25 20:28
當然會變啊
地面站時不時還要校準一下
→ bearq258: 反反制用飛控做處理當然有，把衛星波段蓋台干擾也有9F 05/25 20:28
推 Bf109G6: 推10F 05/25 20:31
※ 編輯: wahaha99 (118.169.32.251 臺灣), 05/25/2024 20:35:54
→ bearq258: 不依賴GPS，在航線附近可以依靠VOR導航台民航系統做校正儀表飛行的定位.雷達高度計與電子地形地圖11F 05/25 20:42
推 saccharomyce: 軍用不是更準確 而是民用的會故意給錯誤訊息
衛星會把誤差的資訊給民用的GPS接收器13F 05/25 20:44
推 SecondCup: 那軍用gps為什麼會更精準？還是不懂跟一般商用收到的訊號不是一樣嗎？15F 05/25 20:45

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

→ saccharomyce: 衛星給軍用GPS訊息是1 給民用可能是1.01
你民用GPS再怎麼算都會出現誤差 這種概念17F 05/25 20:46
※ 編輯: wahaha99 (118.169.32.251 臺灣), 05/25/2024 20:51:37
→ bearq258: 軍用算法有加安全抗干擾與解碼，千分之一的解碼速度現在沒有加sa擾碼，主要都是解算能力限制一秒更新率19F 05/25 20:51
→ t72312: 維基是寫柯林頓把民碼干擾取消了 實際怎樣窩噗知道21F 05/25 20:52
→ bearq258: 一般民用解碼速度都是一秒一次
高速飛行器用一秒一次 只能用音速以下的設備22F 05/25 20:53
→ saccharomyce: 原來SA碼被取消了 真是驚人24F 05/25 20:56
推 t72312: 因為人道救災的關係25F 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26F 05/25 20:59
推 x86t: SA取消很久了....27F 05/25 21:00
→ bearq258: 頻帶與校正碼要求計算不同。28F 05/25 21:01
推 sedgewick: 光纖或者微機電陀螺儀可能都太精巧, 要額外設備維護機械式陀螺儀的好處是拿在手上用看的就知道好壞 XD現在看俄烏一戰復刻, 其實我也不確定哪種比較好
GPS 就是典型的三角測量, 以前是用天空中的星體
有同步衛星之後, 變成穩定的訊號源讓你解三角問題29F 05/25 21:12
→ wahaha99: 不過GPS不是同步軌道喔 會動的34F 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.
因為我記得以前課本會算 GPS 衛星的廣義相對論.
套用的就是三萬六千公里左右距離...
但我其實不確定那是課本簡化的關係還是真的那樣 XD35F 05/25 21:19
推 t72312: 六分儀的徒子徒孫39F 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.40F 05/25 21:23
推 roseritter: push41F 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42F 05/25 21:38
→ WaterFrog: SA效應在2000年的時候就拿掉了，即便沒有拿掉，靠著多個GPS接收器也可以平差掉這個效應
至於美國軍方用的是P碼，一般民間用的是C/A碼
另外美國是有在P碼上加密，是為Y碼43F 05/25 21:39
推 daydream314: GPS 不是同步軌道喔 導航用同步軌道不會比較好47F 05/25 21:54
→ WaterFrog: RQ-170事件意味著可能Y碼已經被伊朗攻破，不過正常來講這種無人機應該是有自己的慣導系統，應該不會被短時間的GPS干擾就飛不回來，除非是被干擾太久，慣導修正不回來48F 05/25 21:54
推 sedgewick: 我翻了一下 wiki, 同步軌道也蠻多導航衛星的.
不過很多都是輔助系統就是了, 不知道輔助什麼.52F 05/25 22:05
→ t72312: 備援吧54F 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也是可以做三角測量, 關鍵是軌道穩定（離地要很遠）55F 05/25 22:07
→ WaterFrog: 備援、增加精度，理論上接收到的衛星訊號越多越準57F 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https://en.wikipedia.org/wiki/GNSS_augmentation好吧, wiki 寫得挺模糊的, 是 water 兄說的沒錯
這種衛星就放在同步軌道上, 也算 GNSS 的一部份.58F 05/25 22:09
GNSS augmentation - Wikipedia Augmentation of a global navigation satellite system (GNSS) is a method of improving the navigation system's attributes, such as precision, reliability, and availability, through the integration of external information into the calculation process. There are many such systems in place, and they are  ...
→ bearq258: 衛星在軌道上並非正圓形軌道 地球不同低區引力不同地球也不是正圓形，衛星軌道會上下飄動。
低軌道衛星與中軌道，對地軌道高度差很大
高度對gps廣播功率與衛星壽命與發射成本影響差異大未來利用低軌道衛星通訊衛星也可輔助gps定位
或者當成抗干擾的第二替代方案
低軌道通訊衛星密集度很高，很合適做備用方案
Navigation Via Commercial LEO Satellites
過去就有研究過，現在一堆商業衛星太容易62F 05/25 22:56
推 SecondCup: 感謝以上各大的解答！！71F 05/25 23:13

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