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【定位不准的烦心事系列】第1篇：谈谈卫星定位的位置干扰

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【定位不准的烦心事系列】第1篇：谈谈卫星定位的位置干扰

现代人的生活已经离不开手机，离不开地图，一旦遇到定位不准的问题，就会产生很多问题，而且有些会很严重，比如打车找不到车、外卖找不到顾客，更惨的是开车的时候在高速上转圈圈，多跑个100公里也是有可能的。

大家把定位准确当做一个理所应当的事情，现在定位技术这么发达，北斗3代成功组网，定位怎么还会不准呢？确实，随着时间的推进，定位的精度是越来越高的，但是有一个潜在风险，会导致定位精度下降。

这个风险来自卫星定位欺骗技术的泛滥。卫星定位欺骗，或者位置干扰，是通过地面上的卫星伪基站广播定位信号，让周边的定位设备误以为接受到了真实的定位信号，从而将定位结果设置为干扰者预设的一个位置。之前我们比较多的听说一些人用伪通信基站去群发垃圾短信，而今天，位置干扰也越来越普遍，比如：

  • 驾考作弊：驾校学习都会要求学员上车练习，而且车上有一些设备会记录学员的练习轨迹，作为学员完成学习的证据，但是一些学员不想花时间学车，于是有一些人员会利用伪基站播发伪信号，让车辆记录仪的定位点自动围绕驾校道路行驶，即使这个设备在远离驾校的地点。这样学员不需要花1分钟学车，就可以达到所要求的学车时长。
  • 远程打卡：一些企业会基于轨迹对员工进行工时统计，少数员工可能会通过伪造自身位置的方法作假。
  • 打车刷单：一些司机为了获取接单奖励或者挑单，用作弊办法修改自己的定位点，让平台以为他在某个指定的位置，或者完成了某个订单。
  • 无人机反制：一些企业不希望无人机靠近自己的场所，于是对无人机的位置进行干扰，让其误以为进入禁飞区自动降落，或者偏离航线。
  • 反跟踪：运营车辆上都装有北斗定位装置，一些企业或个人不希望自己的真实位置被发现，于是进行位置干扰。

定位伪造方法有很多种，有些只影响单一的设备（比如在设备上直接修改定位结果），而卫星伪基站的方法，则是技术含量比较高的方法，这个方法可以将附近所有设备的位置全部干扰，具体的影响范围和基站的发射功率有关，小功率的基站只影响附近几米的范围，而大功率的基站，可以影响周边几十公里，甚至在室内接受不到卫星信号的情况下，都会被干扰。

这种干扰能够将定位点定位到任意位置，而且运动速度、方向都可以指定。于是用户可能发现自己的定位点在几千公里之外，或者轨迹成为一个奇怪的形状，比如画圆圈或者沿某条道路在行驶。

位置干扰技术的原理是什么呢？简单来说，卫星定位是通过接收到卫星信号，读取信号报文，获得时间戳，然后用时间戳和本地时间相减计算出和卫星的距离，再求解一个4元方程组（x,y,z坐标以及本地时钟偏移量）。

由于卫星信号的规格是公开的，我们可以将任意的时间填充到信号报文中，再通过特定的载波信号发射出去，就可以让其他设备获得错误的定位信号。最简单的方法，是直接把某个地点的信号录下来，然后在另一个位置回放。要定位到指定位置，只需要用该位置计算出每颗星播发的时间戳即可。而现在已经有人把整个报文编写、载波调制、信号发射这一系列步骤做了封装，成为货架产品，任何人只要买了设备就可以自己输入目标经纬度以及速度方向，甚至是整段轨迹，然后就可以进行位置干扰了。

比如，HackRF是一款设备，可以发射自定义的信号，有一些开源软件可以生产GNSS的软信号，再通过HackRF发射出去，就成了一个伪基站。而且，一个设备可以同时发送多路信号，模拟多颗卫星。

为什么卫星信号这么容易被干扰呢？因为GPS设计之初并没有在安全性上考虑的很严谨，所以报文完全没有加密，用户侧也没有做鉴权，是完全开放的。

后续的伽利略、格洛纳兹、北斗也都遵循相同的设计理念，报文、调制过程都是类似的，都会被干扰。安全性比较好的方式，是军码，这种报文采用专门的频率进行发射，其报文规格、编码方式都是保密的，要读取报文需要专门的秘钥，因此难以破解或者干扰，但这种方法无法解决民用设备的安全性问题。

目前一些芯片厂商，以及高德，在做一些工作去发现这种干扰，从而避免影响到用户。具体的方法包括：

1.载波校验：真信号和假信号同时出现时，可以检查信号强度是否有异常（假信号往往信号很强，才能覆盖真信号）。

2.信号方向校验：检测信号的来源方向，如果不是来自天空，则有异常（对天线有要求）。

3.报文一致性校验：检查报文的每个字段是否和真实信号一致。

4.解算校验：解算后发现某些卫星的距离异常，比如同时收到真信号和假信号。

5.多源校验：结合惯导、网络定位以及其他定位方式校验卫星定位的结果是否异常。

以上这些方法可以在一定程度上降低被干扰的概率，但是还是无法彻底杜绝。对于普通用户来讲，当发现自己的定位结果异常时，如何发现是由于卫星信号干扰导致呢？

1.首先，看自己的定位结果是不是出现在机场、油库、驾校这些地点，或者自己的位置附近是否有油库或者是一些敏感设施。

2.然后，确认自己设备的定位结果来自卫星定位而不是网络定位，如果是安卓用户可以下载一个AndroiTS GPS Test软件，如果显示Fix或ON，则代表卫星定位成功，否则是网络定位。

对于iPhone，下载phyphox，进入GPS页面，如果速度为负说明是网络定位，否则是卫星定位。

3.此外，在明确手机定位方式是卫星定位的情况下，如果周边的多台手机都定位在了错误的位置（至少偏离了200米以上，如果偏离距离不远，有可能是卫星定位点漂移了），则大概率此地被某个周边的伪卫星基站给干扰了。

有些干扰未必是干扰者的本意，他本来可能只想控制某个小范围的设备，但是天线功率设置不合理，信号被扩散到很远的地方。

能够明确有干扰，如何解决呢？只能向政府部门寻求帮助，可以打电话给当地的无线电管理部门，要求排查。无线电管理部门有专门的仪器可以检测伪基站信号，确定位置，并将设备关停。欢迎大家举报非法的无线电干扰行为。

具体电话可参考

https://www.miit.gov.cn/gzcy/cydh/art/2020/art_ba58d28194884d66b0032861a11e0bd2.html


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