淺析北斗衛星導航系統戰時保障問題

張志民 田超 常曉磊

摘要：本文結合衛星導航系統發展建設現狀，提出其面臨的威脅與應對措施，為系統在戰時抗毀頑存、加強支援保障能力提出建議。

關鍵詞：北斗;保障;防護

中圖分類號：F426.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0200-02

北斗衛星導航系統于2018年底正式對一帶一路地區提供服務。系統在服務區域內能夠提供全時段的高精度導航與定位服務。目前已廣泛地應用于時間基準統一、目標位置確定、各類武器平臺制導等領域，并在指揮控制、演習演訓、邊防管控和日常管理中上發揮重大作用。

1 北斗保障能力現狀

目前，北斗二號區域衛星導航系統由14顆衛星、北斗三號全球導航系統由20余顆衛星組成，在服務區域內，可見衛星數大于10顆，提供全天候的導航、定位、授時、短報文服務。系統的主要保障能力：重點服務區域提供平面精度10米，高程精度10米的位置服務，非重點區域提供平面、高程精度20米的位置服務，可為用戶提供0.2米/秒的測速精度，授時型用戶機提供單向50納秒、雙向10納秒的授時精度。系統基于GEO衛星的通信能力和地面運控系統的運算處理能力，為用戶提供每小時72萬次無線電測定業務，最大用戶容量為每小時一百萬次，并提供每次120個漢字或相應字符數的短報文通信功能。北斗接收設備引入了IC卡加解密機制，有效防止導航信息被非授權用戶竊取或利用，當衛星導航信號受到干擾時，通過增加GEO衛星導航信號的發射功率快速恢復和提高受干擾區域的導航信號強度。

2 北斗面臨的威脅和防護措施

北斗衛星導航系統由導航衛星星座、地面運控系統及北斗應用終端組成，系統可能面臨的攻擊方式包括：對導航衛星的干擾和攻擊，敵方運用反衛星武器干擾或直接摧毀衛星;對地面運控系統的干擾和破壞，主要有物理摧毀和電子攻擊;對北斗應用終端的干擾和欺騙，使北斗用戶機不能正常定位。

根據系統現狀和面臨的威脅，可將系統的防護措施分為三個層次，即導航衛星層，地面運控系統層和應用終端層。

2.1 導航衛星層

導航衛星是進行導航定位的基礎，必須從意外災害和人為破壞出發，研究導航衛星星座的防護問題。星座的防護策略主要有：增強衛星自身防護能力，在衛星上加裝星載電子干擾機，增設電磁防護設備，加裝核爆防護裝置，對衛星表面進行激光照射和粒子輻射加固，提高衛星的軌道機動能力;優化導航衛星星座，增加星座冗余以保證個別衛星受損時系統仍能提供服務，開辟星間鏈路確保地面站遭到摧毀時系統仍能自主運行;設計替代系統，改進長波授時以輔助作戰需要，儲備可隨時組網的衛星庫以保障重點區域導航定位需求，研究任務區域內以偽衛星為代表的各種導航定位手段的互備份能力。

2.2 地面運控系統層

運控系統是保證衛星導航系統完成戰時保障任務的關鍵，失去地面運控系統的支持，導航衛星會逐漸漂移導致星座畸形，降低導航精度直至失去定位能力。地面運控系統面臨的威脅按性質可分為物理攻擊和信息攻擊兩類，針對這兩類攻擊研究相應的防護措施。

2.2.1 物理攻擊防護

對抗地面攻擊包括加強站點的防御工事，加強整站保衛力量。對抗高精確制導武器的打擊所采取的措施包括被動、主動防御，被動防御的著眼點在于降低脆弱性，如核生化防護、關鍵設施加固、防偵察監視、整站偽裝和隱蔽等。主動防御的著眼點在于降低主目標受攻擊概率及恢復能力，如關鍵設備冗余配置、電子欺騙和快速恢復等。

2.2.2 電子攻擊防護

電子攻擊包括兩層含義：針對信號的電磁干擾和針對信息的竊取、篡改。對地面站的電磁干擾可參照應用終端的抗干擾防護措施。信息攻擊的防護措施包括五個方面。密鑰管理與分發：為整個系統的安全提供密鑰保障，從密鑰的產生、管理、更新、分發和廢止等各個環節，采用存儲安全、傳輸安全、快速便捷分發等技術手段，為整個系統認證與通信安全提供支撐。認證與授權：通過認證與授權，保證只有合法的站點才可以相互訪問，非法或者惡意攻擊者無法獲得訪問合法地面站的權利，從而被排除在地面站系統之外。網絡安全措施：綜合采用多種網絡安全防護措施對地面站系統實施防護，如防火墻、入侵檢測、防病毒、安全審計、風險評估與漏洞填補系統等，阻止網絡邊界到網絡內部的入侵行為發生。數據安全措施：采用全盤加密技術和虛擬盤加密技術來保證數據的安全存儲，采用數字簽名技術保證數據的完整性和一致性。安全通信協議：用以保證站與站間的安全傳輸，在身份鑒別與數字簽名保證相互通信的主體安全、可靠和可信的基礎上，根據傳輸數據的重要程度和實時性要求進行不同安全等級的安全傳輸。

2.3 應用終端層

信號到達地面的信噪比極低，且信號格式公開，使得地面用戶終端極易受到干擾。當前信號面臨的干擾主要包括無意干擾、壓制式干擾及欺騙式干擾，為確保衛星導航系統完成戰時保障任務，應盡快研究用戶機防護、增強技術，包括抗干擾、組合導航和完好性監測。

2.3.1 抗干擾技術

一是革新信號體制，設計抗干擾導航信號，進行電文加密，信號鑒權等;二是改進終端技術，包括射頻干擾檢測技術，前端濾波技術，INS輔助碼環和載波環跟蹤技術，抗干擾濾波技術，天線增強技術，軍碼直捕技術，STAP技術。

2.3.2 組合導航技術

一是兼容互操作技術，單一衛星導航系統受到干擾時，利用兼容互操作技術組合不同衛星導航系統，只要可用衛星數目滿足定位需求，仍然能保障正常的導航定位;二是慣導組合技術，給定初值后，慣導設備在一段時間內能夠維持較準確的導航水平，其提供的導航參數可用于北斗用戶機來有效對抗各類干擾;三是傳感器組合技術，用戶機結合各類傳感器提供的信息輔助完成導航，同時判斷接收信號的真實性。

2.3.3 完好性監測技術

北斗用戶機在接收到系統中的故障信息后自動依照固定邏輯處理方式完成完好性判斷，依照判斷結果對用戶進行警告，讓用戶了解到定位解算的有效性、準確性和可靠性，從而提升用戶段完好性監測控制質量，降低系統風險系數。

3 提升北斗戰場支援保障能力建議

根據北斗衛星導航系統的現狀，僅從防護角度研究是不夠的，需要綜合其他系統，運用多種手段來完善導航系統的戰場支援保障能力。一是加強理論的研究，根據衛星導航系統自身特點，立足防御結合反制，加快推進具有特色的理論建設。二是加強防衛力量，加快空間防御性武器的研制工作，確保在未來戰爭中保障衛星安全;加強北斗系統地面站的地面保衛力量和防空力量，確保地面系統戰時安全。三是改進設計體制，研制新型導航衛星，具備發射信號重新編程功能，研究信號高復雜性加密算法;研制高性能、抗干擾的接收機。四是常規導航技術和備份能力的研究，通過改進技術彌補各常規系統的不足和局限，提高各自的定位精度，在未來導航對抗中互為備份，互為補充;加強偽衛星技術研究，重點是基于偽衛星的增強系統和基于偽衛星的獨立導航定位系統。

4 結語

我國衛星導航系統建設發展迅速，已覆蓋一帶一路國家，相對GPS系統在覆蓋性，穩定性、安全性等方面還存在差距?，F代信息化戰爭條件下，導航是決定戰爭勝負的關鍵因素，隨著北斗全球系統建設的開展，需要更加全面、深入地研究北斗戰時支援保障問題。