《電子技術應用》
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偽衛(wèi)星信號的生成與應用研究
網絡安全與數據治理
王凱迪1,2，曹新亮1,2
1.延安大學物理與電子信息學院； 2.陜西省能源大數據實驗室
摘要： 北斗B1I信號作為公開服務信號，在全球范圍內被廣泛應用，為了避免北斗信號被不正當使用，需要對特定地區(qū)的特定衛(wèi)星信號實施干擾。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)信號產生方法，并對此偽衛(wèi)星信號進行仿真測試，結果顯示：偽信號使接收機三維定位產生顯著偏差(X:-9.35×104 m、Y:+8.69×105 m、Z:+4.81×105 m)，鐘差估計值從-9.1 ms變?yōu)?1.7 μs，這為衛(wèi)星導航欺騙干擾提供了有效的技術實現(xiàn)方法。
中圖分類號：V11；TN96文獻標識碼：ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2025.10.010
引用格式：王凱迪，曹新亮. 偽衛(wèi)星信號的生成與應用研究［J］.網絡安全與數據治理，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

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

目前，國內外學者在偽隨機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)偽隨機序列(如m序列、Gold碼)由于可預測性強，易被逆向分析，為提高信號的不可預測性和抗欺騙能力，文獻［6］提出了一種基于混沌映射的偽隨機序列生成方法，通過非線性動力學系統(tǒng)增強序列復雜度，有效提高了信號的抗分析能力；文獻［7］從硬件加速角度出發(fā)，設計了基于現(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)化結構，通過動態(tài)反饋系數調整，使偽隨機序列的周期和隨機性顯著提升。文獻［8］研究了高速偽隨機數發(fā)生器的并行架構，通過優(yōu)化LFSR的反饋多項式，在保證高隨機性的同時，降低了硬件資源消耗；文獻［9］則提出了一種基于物理不可克隆函數(Physical Unclonable Function，PUF)的隨機種子生成方法，結合FPGA的硬件熵源，使生成的偽隨機信號更接近真實噪聲特性，進一步增強了抗逆向分析能力。當前研究在偽隨機信號生成優(yōu)化、欺騙檢測增強和FPGA硬件加速等方面取得了顯著進展，但仍需在信號動態(tài)可重構性等方面進一步探索，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行仿真測試，驗證了信號的結構和攜帶信息的有效性。


本文詳細內容請下載：

http://www.ccf-cncc2011.cn/resource/share/2000006828


作者信息：

王凱迪1,2，曹新亮1,2

(1.延安大學物理與電子信息學院，陜西延安716000；

2.陜西省能源大數據實驗室，陜西延安716000)


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