追踪欧洲上空的强大GNSS干扰源

摘要

本文分析并识别了一个自2019年以来在欧洲大陆、格陵兰和加拿大造成数十次强大瞬态大面积干扰事件的星基全球导航卫星系统（GNSS）干扰源。尽管全球范围内GNSS干扰的增加主要归因于地面或近地面源，但星基干扰源因其巨大的地理覆盖范围和预示着GNSS干扰质的升级而特别令人担忧。基于2019年至2026年间从地面GNSS参考站网络收集的数据，本文：(1) 开发了一个基于接收功率的检测框架；(2) 详细描述了该干扰源引起的大面积干扰事件的空间、时间和频谱模式；(3) 提出并分析了融合接收功率与到达时间差测量的识别技术；(4) 应用这些技术，确信地识别出该GNSS干扰源为运行在闪电轨道（Molniya轨道）上的俄罗斯早期预警卫星星座。

1. 引言

全球导航卫星系统（GNSS）信号微弱，易受有意和无意的干扰。近年来，GNSS干扰事件显著增加，主要源于地面干扰器。然而，星基干扰源的出现代表了潜在的重大升级，因为一颗卫星可以干扰覆盖整个大陆的区域。2019年以来，欧洲、格陵兰和加拿大地区频繁出现大面积、瞬时的GNSS干扰事件，本文旨在追踪其来源。

2. 检测框架

基于地面参考站网络接收到的信号功率，我们建立了一种检测算法。该算法通过监测L1频段（1575.42 MHz）的载波噪声密度比（C/N0）异常下降来识别干扰事件。当多个站点同时检测到C/N0骤降时，标记为潜在的大面积干扰事件。

3. 干扰特征

干扰事件具有以下特征：

• 空间分布：干扰覆盖区域通常跨越数千公里，影响欧洲、格陵兰和加拿大北部。
• 时间模式：事件持续时间从几分钟到几小时不等，出现频率不稳定，但自2023年后有所增加。
• 频谱特性：干扰信号表现为宽带噪声，覆盖整个GPS L1频段，与常见的窄带干扰不同。

4. 识别技术

为了确定干扰源，我们结合两种测量方法：

• 接收功率差分法：通过比较不同站点间的信号衰减差异，估计干扰源的方向。
• 到达时间差（TDOA）：利用多个站点接收干扰信号的时间差进行定位。

由于干扰信号并非持续存在，且为瞬态事件，传统的定位方法需要改进。我们开发了一种联合处理框架，能够从稀疏的事件中提取定位信息。

5. 结果与识别

应用上述技术，我们得出以下结论：

• 干扰源位于高椭圆轨道（Molniya轨道），远高于地面距离。
• 轨道参数与俄罗斯的"闪电"系列早期预警卫星（US-KMO/US-KS等）一致。
• 这些卫星在轨道上持续发射宽带L1信号，可能是其雷达或通信系统的意外或有意辐射。

通过与其他已知干扰源（如地面干扰器、其他卫星）的对比，排除其他可能性，确信识别结果为俄罗斯的闪电轨道卫星。

6. 讨论与影响

星基GNSS干扰的识别具有重要意义：

• 地理覆盖：单颗卫星就能干扰整个大陆，这是地面干扰器无法比拟的。
• 检测难度：由于卫星移动速度快、信号特征与地面源不同，传统检测方法可能失效。
• 对策：需要开发抗干扰接收机、基于星基的干扰源定位系统以及外交预警机制。

7. 结论

本文首次识别了一个长期存在、影响广泛的星基GNSS干扰源。通过融合接收功率和到达时间差测量，定位为俄罗斯的闪电轨道早期预警卫星。该发现凸显了星基干扰对GNSS安全的潜在威胁，并为未来制定对策提供了基础。