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[討論] 閒聊一下GPS的原理以及反反制

看板Military標題[討論] 閒聊一下GPS的原理以及反反制作者
wahaha99
(我討厭人類)
時間推噓17 推:17 噓:0 →:55

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

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※ PTT 留言評論
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 118.169.32.251 (臺灣)
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※ 編輯: wahaha99 (118.169.32.251 臺灣), 05/25/2024 20:11:55

t72312 05/25 20:12簡單說 衛星像廣播器 地面接收廣播用晶片解算

t72312 05/25 20:12收越多顆不同位置的衛星廣播定位越準

t72312 05/25 20:13由於會用到時間秒差 衛星上的原子鐘越準定位就越準

bearq258 05/25 20:26光纖陀螺早就有小型版本

kdjf 05/25 20:28mems也做到每小時<1度了

SecondCup 05/25 20:28請問軍用gps怎麼做到更精確的定位呢?gps衛星不是

SecondCup 05/25 20:28都一直廣播自己的位置而已嗎?還是會廣播不同的位

SecondCup 05/25 20:28置資料? 感謝

當然會變啊 地面站時不時還要校準一下

bearq258 05/25 20:28反反制用飛控做處理當然有,把衛星波段蓋台干擾也有

Bf109G6 05/25 20:31

※ 編輯: wahaha99 (118.169.32.251 臺灣), 05/25/2024 20:35:54

bearq258 05/25 20:42不依賴GPS,在航線附近可以依靠VOR導航台民航系統

bearq258 05/25 20:44做校正儀表飛行的定位.雷達高度計與電子地形地圖

saccharomyce05/25 20:44軍用不是更準確 而是民用的會故意給錯誤訊息

saccharomyce05/25 20:45衛星會把誤差的資訊給民用的GPS接收器

SecondCup 05/25 20:45那軍用gps為什麼會更精準?還是不懂跟一般商用收到

SecondCup 05/25 20:45的訊號不是一樣嗎?

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

saccharomyce05/25 20:46衛星給軍用GPS訊息是1 給民用可能是1.01

saccharomyce05/25 20:47你民用GPS再怎麼算都會出現誤差 這種概念

※ 編輯: wahaha99 (118.169.32.251 臺灣), 05/25/2024 20:51:37

bearq258 05/25 20:51軍用算法有加安全抗干擾與解碼,千分之一的解碼速度

bearq258 05/25 20:52現在沒有加sa擾碼,主要都是解算能力限制一秒更新率

t72312 05/25 20:52維基是寫柯林頓把民碼干擾取消了 實際怎樣窩噗知道

bearq258 05/25 20:53一般民用解碼速度都是一秒一次

bearq258 05/25 20:55高速飛行器用一秒一次 只能用音速以下的設備

saccharomyce05/25 20:56原來SA碼被取消了 真是驚人

t72312 05/25 20:56因為人道救災的關係

bearq258 05/25 20:59不過軍用解碼要求搭配專門解算方程式與相關計算能力

x86t 05/25 21:00SA取消很久了....

bearq258 05/25 21:01頻帶與校正碼要求計算不同。

sedgewick 05/25 21:12光纖或者微機電陀螺儀可能都太精巧, 要額外設備維護

sedgewick 05/25 21:12機械式陀螺儀的好處是拿在手上用看的就知道好壞 XD

sedgewick 05/25 21:13現在看俄烏一戰復刻, 其實我也不確定哪種比較好

sedgewick 05/25 21:14GPS 就是典型的三角測量, 以前是用天空中的星體

sedgewick 05/25 21:16有同步衛星之後, 變成穩定的訊號源讓你解三角問題

wahaha99 05/25 21:17不過GPS不是同步軌道喔 會動的

sedgewick 05/25 21:19最早的時候好像是, 後來發現軌道穩定的都能用.

sedgewick 05/25 21:19因為我記得以前課本會算 GPS 衛星的廣義相對論.

sedgewick 05/25 21:20套用的就是三萬六千公里左右距離...

sedgewick 05/25 21:21但我其實不確定那是課本簡化的關係還是真的那樣 XD

t72312 05/25 21:22六分儀的徒子徒孫

sedgewick 05/25 21:23對啊, 原理幾乎一樣, 都是球面與多個角錐相切.

roseritter 05/25 21:37push

t72312 05/25 21:38話說對岸在90年代弄到歐洲精確原子鐘技術才搞出北斗

WaterFrog 05/25 21:39SA效應在2000年的時候就拿掉了,即便沒有拿掉,靠著

WaterFrog 05/25 21:40多個GPS接收器也可以平差掉這個效應

WaterFrog 05/25 21:45至於美國軍方用的是P碼,一般民間用的是C/A碼

WaterFrog 05/25 21:48另外美國是有在P碼上加密,是為Y碼

daydream314 05/25 21:54GPS 不是同步軌道喔 導航用同步軌道不會比較好

WaterFrog 05/25 21:54RQ-170事件意味著可能Y碼已經被伊朗攻破,不過正常

WaterFrog 05/25 21:55來講這種無人機應該是有自己的慣導系統,應該不會被

WaterFrog 05/25 21:56短時間的GPS干擾就飛不回來,除非是被干擾太久,慣

WaterFrog 05/25 21:56導修正不回來

sedgewick 05/25 22:05我翻了一下 wiki, 同步軌道也蠻多導航衛星的.

sedgewick 05/25 22:06不過很多都是輔助系統就是了, 不知道輔助什麼.

t72312 05/25 22:07備援吧

sedgewick 05/25 22:07不過放不放同步軌道其實還好, 天空中的星星都會動

sedgewick 05/25 22:08也是可以做三角測量, 關鍵是軌道穩定(離地要很遠)

WaterFrog 05/25 22:09備援、增加精度,理論上接收到的衛星訊號越多越準

sedgewick 05/25 22:09看起來同步軌道的導航系統不像備援, 比較像校正用

sedgewick 05/25 22:11好吧, wiki 寫得挺模糊的, 是 water 兄說的沒錯

sedgewick 05/25 22:12這種衛星就放在同步軌道上, 也算 GNSS 的一部份.

bearq258 05/25 22:56衛星在軌道上並非正圓形軌道 地球不同低區引力不同

bearq258 05/25 22:57地球也不是正圓形,衛星軌道會上下飄動。

bearq258 05/25 22:57低軌道衛星與中軌道,對地軌道高度差很大

bearq258 05/25 23:00高度對gps廣播功率與衛星壽命與發射成本影響差異大

bearq258 05/25 23:00未來利用低軌道衛星通訊衛星也可輔助gps定位

bearq258 05/25 23:01或者當成抗干擾的第二替代方案

bearq258 05/25 23:02低軌道通訊衛星密集度很高,很合適做備用方案

bearq258 05/25 23:04Navigation Via Commercial LEO Satellites

bearq258 05/25 23:04過去就有研究過,現在一堆商業衛星太容易

SecondCup 05/25 23:13感謝以上各大的解答!!

kwht 05/26 21:16