太空中的GPS干扰源

飞机突然丢了定位#

2019 年开始，欧洲上空出现了一种奇怪的现象。民航客机飞着飞着，GPS 信号突然消失——不是局部干扰，是大片区域同时失效。范围覆盖整个北欧、格陵兰、甚至加拿大部分地区。干扰信号持续几秒到几分钟，然后消失。

没有人能解释那是什么。

几年间，这些事件发生过很多次。频率在增加。范围在扩大。最让人不安的是信号的强度——它来自头顶，不是地面。这意味着发射源的高度可能在大气层之上。

追了七年的信号#

一组来自德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员决定查清楚。他们利用分布在全球的地面 GNSS 参考站网络，收集了 2019 年到 2026 年间的数据。分析的结果最近发表在 arXiv 上，标题叫《追逐闪电》。

方法很有意思。他们不是直接去定位干扰源——干扰信号太短太随机，传统的三角定位法很难用。他们另辟蹊径：利用信号到达不同地面站的时间差来计算源的位置。声波在空气中每秒走 343 米，无线电波每秒走 30 万公里。几个地面站收到同一信号的时间差，哪怕只是纳秒级的差异，也能反推出信号在天上的位置。

结合接收功率分析、频谱特征、以及卫星轨道数据，他们锁定了目标。

俄罗斯的闪电#

答案是一组俄罗斯早期预警卫星。这些卫星部署在 Molniya 轨道上——一种高椭圆轨道，远地点在北极上空数万公里，近地点在南半球只有几百公里。这种轨道的特殊之处在于，卫星可以在俄罗斯上空停留很长时间，用来监视从北极方向飞来的导弹。

但这些卫星同时也在发射强射频信号——可能是雷达探测或者星间链路的副产物。而这些信号，恰好落在了 GPS 的频段上。

不是有意干扰。但这些卫星的发射功率太大，轨道又太高，覆盖范围比任何地面干扰器都大得多。一颗卫星可以一次性干扰整个欧洲北部的 GPS 接收。

你手机里的 GPS 还好吗#

你可能觉得 GPS 干扰跟你没关系——那是飞机和军舰的事。但 GPS 已经渗透到了你生活的每个角落。你打车用 GPS，外卖用 GPS，银行交易的时间戳依赖 GPS，手机基站同步依赖 GPS，电网的频率控制也依赖 GPS。

一颗在头顶晃荡的卫星，可能在不经意间让你手机上的导航偏了几百米。你觉得是小问题。但如果恰好是你在偏僻路段开车，或者急诊医生在用 GPS 同步的调度系统分配救护车呢？

研究人员在论文的结尾说了一句话：太空干扰源的问题不在于它已经造成了多大的破坏，而在于我们完全没有准备好应对它越来越频繁的出现。

来源：Hacker News | arXiv