《電子技術(shù)應(yīng)用》
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偽衛(wèi)星信號的生成與應(yīng)用研究
網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理
王凱迪1,2，曹新亮1,2
1.延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院； 2.陜西省能源大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室
摘要： 北斗B1I信號作為公開服務(wù)信號，在全球范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用，為了避免北斗信號被不正當(dāng)使用，需要對特定地區(qū)的特定衛(wèi)星信號實(shí)施干擾。從生成式干擾角度出發(fā)提出了一種基于Quartus II平臺，以Verilog為硬件描述語言的北斗偽衛(wèi)星(B1I)信號產(chǎn)生方法，并對此偽衛(wèi)星信號進(jìn)行仿真測試，結(jié)果顯示：偽信號使接收機(jī)三維定位產(chǎn)生顯著偏差(X:-9.35×104 m、Y:+8.69×105 m、Z:+4.81×105 m)，鐘差估計(jì)值從-9.1 ms變?yōu)?1.7 μs，這為衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙干擾提供了有效的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。
中圖分類號：V11；TN96文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2025.10.010
引用格式：王凱迪，曹新亮. 偽衛(wèi)星信號的生成與應(yīng)用研究［J］.網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2025，44（10）：59-65，74.
The generation and application research of pseudo-satellite signals
Wang Kaidi1,2，Cao Xinliang1,2
1. School of Physics and Electronics Information, Yan′an University; 2. Shaanxi Province Energy Big Data Laboratory
Abstract： The Beidou B1I signal, as a public service signal, is widely used around the world. To prevent the improper use of Beidou signals, it is necessary to implement interference on specific satellite signals in specific regions. This paper proposes a method for generating Beidou pseudo-satellite (B1I) signals based on the Quartus II platform using Verilog as the hardware description language from the perspective of generative interference.A simulation test of this pseudo-satellite signal is conducted,and the results show that the pseudo signal causes significant deviation(X:-9.35×104 m，Y:+8.69×105 m，Z:+4.81×105 m) in 3D positioning of the receiver,and the clock difference estimate changes from -9.1 ms to -1.7 μs,which provides an effective technical implementation method for satellite navigation spoofing.
Key words : satellite navigation; navigation message; signal generation; spoofing interference; FPGA

引言

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)的廣泛應(yīng)用，偽衛(wèi)星信號作為一種地面發(fā)射的模擬衛(wèi)星信號，它在導(dǎo)航欺騙干擾方面，通過生成偽衛(wèi)星信號，可以對接收機(jī)產(chǎn)生誤導(dǎo)，進(jìn)而拉偏其定位，這在軍事和安全領(lǐng)域具有重要的研究意義?，F(xiàn)有的信號欺騙技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙和生成式欺騙［1］。轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙通常是通過捕獲真實(shí)衛(wèi)星信號，然后經(jīng)過一定的處理后再發(fā)射給目標(biāo)接收機(jī)，這種方式雖然簡單有效，但容易被現(xiàn)代防欺騙技術(shù)檢測到，因?yàn)椴东@和轉(zhuǎn)發(fā)的過程不可避免地產(chǎn)生信號延遲及其他可感知的特征［2-3］。相比之下，生成式欺騙通過計(jì)算和合成生成與真實(shí)信號幾乎無差的虛假信號，從而更具隱蔽性［4-5］。

目前，國內(nèi)外學(xué)者在偽隨機(jī)信號生成及其抗欺騙檢測方面展開了多方面的研究。傳統(tǒng)偽隨機(jī)序列(如m序列、Gold碼)由于可預(yù)測性強(qiáng)，易被逆向分析，為提高信號的不可預(yù)測性和抗欺騙能力，文獻(xiàn)［6］提出了一種基于混沌映射的偽隨機(jī)序列生成方法，通過非線性動力學(xué)系統(tǒng)增強(qiáng)序列復(fù)雜度，有效提高了信號的抗分析能力；文獻(xiàn)［7］從硬件加速角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)的并行線性反饋移位寄存器(Linear Feedback Shift Register，LFSR)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，通過動態(tài)反饋系數(shù)調(diào)整，使偽隨機(jī)序列的周期和隨機(jī)性顯著提升。文獻(xiàn)［8］研究了高速偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的并行架構(gòu)，通過優(yōu)化LFSR的反饋多項(xiàng)式，在保證高隨機(jī)性的同時(shí)，降低了硬件資源消耗；文獻(xiàn)［9］則提出了一種基于物理不可克隆函數(shù)(Physical Unclonable Function，PUF)的隨機(jī)種子生成方法，結(jié)合FPGA的硬件熵源，使生成的偽隨機(jī)信號更接近真實(shí)噪聲特性，進(jìn)一步增強(qiáng)了抗逆向分析能力。當(dāng)前研究在偽隨機(jī)信號生成優(yōu)化、欺騙檢測增強(qiáng)和FPGA硬件加速等方面取得了顯著進(jìn)展，但仍需在信號動態(tài)可重構(gòu)性等方面進(jìn)一步探索，以提高北斗民用信號的防御能力。

本文針對信號動態(tài)可重構(gòu)性存在問題，提出了一種基于FPGA、以Verilog硬件描述語言為主要編程語言工具的北斗B1I偽衛(wèi)星信號生成方法。通過使用Modelsim和Quartus II等 EDA工具對所生成的信號進(jìn)行仿真測試，驗(yàn)證了信號的結(jié)構(gòu)和攜帶信息的有效性。


本文詳細(xì)內(nèi)容請下載：

http://www.ihrv.cn/resource/share/2000006828


作者信息：

王凱迪1,2，曹新亮1,2

(1.延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，陜西延安716000；

2.陜西省能源大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室，陜西延安716000)


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