浅析北斗卫星导航系统战时保障问题

张志民 田超 常晓磊

摘要：本文结合卫星导航系统发展建设现状，提出其面临的威胁与应对措施，为系统在战时抗毁顽存、加强支援保障能力提出建议。

关键词：北斗;保障;防护

中图分类号：F426.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）11-0200-02

北斗卫星导航系统于2018年底正式对一带一路地区提供服务。系统在服务区域内能够提供全时段的高精度导航与定位服务。目前已广泛地应用于时间基准统一、目标位置确定、各类武器平台制导等领域，并在指挥控制、演习演训、边防管控和日常管理中上发挥重大作用。

1 北斗保障能力现状

目前，北斗二号区域卫星导航系统由14颗卫星、北斗三号全球导航系统由20余颗卫星组成，在服务区域内，可见卫星数大于10颗，提供全天候的导航、定位、授时、短报文服务。系统的主要保障能力：重点服务区域提供平面精度10米，高程精度10米的位置服务，非重点区域提供平面、高程精度20米的位置服务，可为用户提供0.2米/秒的测速精度，授时型用户机提供单向50纳秒、双向10纳秒的授时精度。系统基于GEO卫星的通信能力和地面运控系统的运算处理能力，为用户提供每小时72万次无线电测定业务，最大用户容量为每小时一百万次，并提供每次120个汉字或相应字符数的短报文通信功能。北斗接收设备引入了IC卡加解密机制，有效防止导航信息被非授权用户窃取或利用，当卫星导航信号受到干扰时，通过增加GEO卫星导航信号的发射功率快速恢复和提高受干扰区域的导航信号强度。

2 北斗面临的威胁和防护措施

北斗卫星导航系统由导航卫星星座、地面运控系统及北斗应用终端组成，系统可能面临的攻击方式包括：对导航卫星的干扰和攻击，敌方运用反卫星武器干扰或直接摧毁卫星;对地面运控系统的干扰和破坏，主要有物理摧毁和电子攻击;对北斗应用终端的干扰和欺骗，使北斗用户机不能正常定位。

根据系统现状和面临的威胁，可将系统的防护措施分为三个层次，即导航卫星层，地面运控系统层和应用终端层。

2.1 导航卫星层

导航卫星是进行导航定位的基础，必須从意外灾害和人为破坏出发，研究导航卫星星座的防护问题。星座的防护策略主要有：增强卫星自身防护能力，在卫星上加装星载电子干扰机，增设电磁防护设备，加装核爆防护装置，对卫星表面进行激光照射和粒子辐射加固，提高卫星的轨道机动能力;优化导航卫星星座，增加星座冗余以保证个别卫星受损时系统仍能提供服务，开辟星间链路确保地面站遭到摧毁时系统仍能自主运行;设计替代系统，改进长波授时以辅助作战需要，储备可随时组网的卫星库以保障重点区域导航定位需求，研究任务区域内以伪卫星为代表的各种导航定位手段的互备份能力。

2.2 地面运控系统层

运控系统是保证卫星导航系统完成战时保障任务的关键，失去地面运控系统的支持，导航卫星会逐渐漂移导致星座畸形，降低导航精度直至失去定位能力。地面运控系统面临的威胁按性质可分为物理攻击和信息攻击两类，针对这两类攻击研究相应的防护措施。

2.2.1 物理攻击防护

对抗地面攻击包括加强站点的防御工事，加强整站保卫力量。对抗高精确制导武器的打击所采取的措施包括被动、主动防御，被动防御的着眼点在于降低脆弱性，如核生化防护、关键设施加固、防侦察监视、整站伪装和隐蔽等。主动防御的着眼点在于降低主目标受攻击概率及恢复能力，如关键设备冗余配置、电子欺骗和快速恢复等。

2.2.2 电子攻击防护

电子攻击包括两层含义：针对信号的电磁干扰和针对信息的窃取、篡改。对地面站的电磁干扰可参照应用终端的抗干扰防护措施。信息攻击的防护措施包括五个方面。密钥管理与分发：为整个系统的安全提供密钥保障，从密钥的产生、管理、更新、分发和废止等各个环节，采用存储安全、传输安全、快速便捷分发等技术手段，为整个系统认证与通信安全提供支撑。认证与授权：通过认证与授权，保证只有合法的站点才可以相互访问，非法或者恶意攻击者无法获得访问合法地面站的权利，从而被排除在地面站系统之外。网络安全措施：综合采用多种网络安全防护措施对地面站系统实施防护，如防火墙、入侵检测、防病毒、安全审计、风险评估与漏洞填补系统等，阻止网络边界到网络内部的入侵行为发生。数据安全措施：采用全盘加密技术和虚拟盘加密技术来保证数据的安全存储，采用数字签名技术保证数据的完整性和一致性。安全通信协议：用以保证站与站间的安全传输，在身份鉴别与数字签名保证相互通信的主体安全、可靠和可信的基础上，根据传输数据的重要程度和实时性要求进行不同安全等级的安全传输。

2.3 应用终端层

信号到达地面的信噪比极低，且信号格式公开，使得地面用户终端极易受到干扰。当前信号面临的干扰主要包括无意干扰、压制式干扰及欺骗式干扰，为确保卫星导航系统完成战时保障任务，应尽快研究用户机防护、增强技术，包括抗干扰、组合导航和完好性监测。

2.3.1 抗干扰技术

一是革新信号体制，设计抗干扰导航信号，进行电文加密，信号鉴权等;二是改进终端技术，包括射频干扰检测技术，前端滤波技术，INS辅助码环和载波环跟踪技术，抗干扰滤波技术，天线增强技术，军码直捕技术，STAP技术。

2.3.2 组合导航技术

一是兼容互操作技术，单一卫星导航系统受到干扰时，利用兼容互操作技术组合不同卫星导航系统，只要可用卫星数目满足定位需求，仍然能保障正常的导航定位;二是惯导组合技术，给定初值后，惯导设备在一段时间内能够维持较准确的导航水平，其提供的导航参数可用于北斗用户机来有效对抗各类干扰;三是传感器组合技术，用户机结合各类传感器提供的信息辅助完成导航，同时判断接收信号的真实性。

2.3.3 完好性监测技术

北斗用户机在接收到系统中的故障信息后自动依照固定逻辑处理方式完成完好性判断，依照判断结果对用户进行警告，让用户了解到定位解算的有效性、准确性和可靠性，从而提升用户段完好性监测控制质量，降低系统风险系数。

3 提升北斗战场支援保障能力建议

根据北斗卫星导航系统的现状，仅从防护角度研究是不够的，需要综合其他系统，运用多种手段来完善导航系统的战场支援保障能力。一是加强理论的研究，根据卫星导航系统自身特点，立足防御结合反制，加快推进具有特色的理论建设。二是加强防卫力量，加快空间防御性武器的研制工作，确保在未来战争中保障卫星安全;加强北斗系统地面站的地面保卫力量和防空力量，确保地面系统战时安全。三是改进设计体制，研制新型导航卫星，具备发射信号重新编程功能，研究信号高复杂性加密算法;研制高性能、抗干扰的接收机。四是常规导航技术和备份能力的研究，通过改进技术弥补各常规系统的不足和局限，提高各自的定位精度，在未来导航对抗中互为备份，互为补充;加强伪卫星技术研究，重点是基于伪卫星的增强系统和基于伪卫星的独立导航定位系统。

4 结语

我国卫星导航系统建设发展迅速，已覆盖一带一路国家，相对GPS系统在覆盖性，稳定性、安全性等方面还存在差距。现代信息化战争条件下，导航是决定战争胜负的关键因素，随着北斗全球系统建设的开展，需要更加全面、深入地研究北斗战时支援保障问题。