北斗模拟信号源是PNT体系的攻防试验场

摘要：定位、导航、授时（PNT）是关键基础设施的时空底座，北斗导航信号功率微弱、开放播发的特性使其容易面临压制干扰、欺骗伪造等威胁，外场开展PNT攻防测试存在不可复现、风险高、场景受限等短板。北斗模拟信号源不只是传统意义上的接收机检定仪器，它能够在实验室环境可控生成正常北斗信号、干扰信号与多类型欺骗信号，构建可反复复现的攻防场景，成为PNT终端、抗干扰天线、完好性算法、综合PNT融合方案的安全测评靶场。文章从PNT安全风险本质、模拟源的攻防仿真能力、典型测试场景、合规边界与国产化价值几个维度展开科普，解释北斗模拟信号源在弹性PNT体系建设中的核心作用。

关键词：北斗模拟信号源，北斗导航信号源，北斗信号模拟源，北斗定位模拟器

1　PNT安全隐忧：北斗信号为什么会成为攻击突破口

北斗卫星运行在中圆地球轨道，信号经过约两万公里的空间衰减抵达地面时，功率已降到约−130dBm，低于接收机前端的热噪声底。这种“淹没在噪声里”的微弱信号，既是北斗能够与噪声共存的前提，也是它天然脆弱的根源：任何在其工作频点附近释放的能量，都可能改变接收机对时空的解算结果。

针对北斗的威胁主要分为两类。压制干扰通过大功率噪声、扫频或脉冲信号抬高底噪，造成载波环、码环失锁，接收机直接丢失定位与授时能力，这类攻击“明着来”，较容易被察觉。欺骗攻击则更隐蔽：它生成与真实北斗信号在结构、码相位、导航电文上都高度一致的伪造信号，先与真实信号同步，再以极小的牵引速率逐步改变伪距，让接收机在毫无察觉的情况下解算出错误的位置、速度与时间，甚至不知道自己的时空基准已被接管。

电网同步授时、轨道交通列控、自动驾驶、低空无人机集群、通信基站时间同步等关键业务，都高度依赖可信的PNT信息。时空基准一旦被篡改，影响的不是单台设备，而是一条业务链上的所有节点：授时偏差会破坏同步采样，定位偏差会把载体引向错误航迹。正因如此，PNT安全已经从单纯的性能指标问题，变成基础设施的运行安全问题。

问题在于，这类攻防能力很难在真实环境中练出来。真实卫星信号受星座几何、天气、遮挡影响，天然带有随机性，同一场景无法复现；在外场主动施放干扰或欺骗信号还涉及无线电合规风险，也不具备反复迭代、逐步加压的条件。要回答“接收机能不能识别欺骗、多快识别、误警率多少”这类问题，行业需要的是一套受控、可量化、可重复的试验载体。

杨元喜院士提出的弹性PNT理论强调，PNT体系应具备威胁感知、故障抑制、多源融合与快速恢复能力[2]。弹性能力不能只停留在架构设计上，必须经过大量对抗场景的检验；而检验的入口，正是能够在实验室里“造出”各种威胁的仿真测试设备。

2　重新认识北斗模拟信号源：不止性能校验，更是攻防试验平台

不少工程师对北斗模拟信号源的认知，仍停留在“用来测定位精度、测速误差、授时偏差”的层面。按照BD 420012—2015《北斗/全球卫星导航系统(GNSS)信号模拟器 性能要求及测试方法》[1]，模拟器的基础能力包括星座信号生成、载体轨迹仿真与空间环境误差建模，用于接收机常规指标的检定与校准，这也是北斗定位模拟器最早、最成熟的用途。

当测试目标从“性能是否达标”转向“面对攻击是否可信”时，同一台设备的角色就发生了变化：它不再只是信号发生器，而是一个可以随时布置攻防态势的试验场。具体而言，这类能力通常体现在四个方向。

正向基准测试：生成真值已知的标准北斗B1I、B1C、B2a等多频信号，先标定接收机在无威胁条件下的定位、测速、授时与完好性指标。这个“干净基线”非常重要，后续所有抗干扰、抗欺骗结论，都要与它对比才有意义。

干扰仿真：配置窄带干扰、宽带噪声、扫频干扰、脉冲干扰等不同样式，按设定的干信比逐级加压，测试抗干扰天线、自适应滤波与组合导航算法的抑制能力，并记录失锁门限与重捕时间。

欺骗仿真：生成滞后欺骗、同步欺骗、渐进牵引式欺骗等信号，对欺骗功率、载波相位、星历参数与牵引速率进行精细控制，模拟由弱到强的隐蔽接管过程，用来验证RAIM、载波相位一致性监测、INS/北斗组合等欺骗识别算法[5]。

复杂环境耦合：在攻防场景上叠加电离层扰动、对流层时延、城市峡谷多径、信号遮挡、星钟误差与轨道误差，让威胁不再发生在“理想信道”里，而发生在真实的复杂环境中。

这一整套场景真正的价值，在于三个“可”：真值可控、过程可冻结、试验可重复。同一套欺骗脚本可以反复回放，用于比较不同版本算法的检测阈值、告警时延与误警率；也可以在任意时刻暂停，把接收机的内部状态与仿真真值逐项比对。这种能力是外场实测无法提供的。

反过来说，要撑起上述仿真，北斗导航信号源在底层必须同时具备多星座全频点输出、0.1dB量级的功率精细调节、双频相干信号生成、1000Hz量级的数据更新率以及高动态轨迹的实时推演能力，缺一项，攻防场景就会失真。国内科研与计量机构近年已陆续落地该类国产化装备，同步天下SYN5206型GNSS模拟器即为其中一例，支持北斗、GPS、Galileo、GLONASS、QZSS、NavIC与SBAS信号仿真，具备双路射频输出与可灵活配置的星座频点，可用于实验室闭环的PNT对抗测评。

把两类威胁与对应的仿真要素放在一起对照，攻防测试的设计思路会更清楚。

表1　PNT主要威胁类型与模拟信号源可控仿真要素对照

3　典型攻防测试场景：覆盖关键基础设施PNT安全需求

3.1　高精度授时基础设施抗欺骗测试

电力同步、通信基站、金融交易系统对授时稳定度的要求常常在纳秒量级。针对授时的欺骗有一个特点：攻击者不需要大幅改变位置，只要让时间参数缓慢偏移，就足以打乱全网时序，而且早期偏差往往被本地时钟的保持能力掩盖，很难第一时间发现。北斗信号模拟源可以设置钟差偏移、传播时延偏移等异常参数，复现授时欺骗从轻微到显著的演化过程，配合1PPS输出与时间比对终端，测试告警门限、偏差累积速率与守时切换策略，把“能否及时识别时间异常”变成可量化的指标。

3.2　低空与自动驾驶高动态终端对抗验证

无人机、eVTOL与自动驾驶车辆属于高动态载体：速度变化快、姿态机动剧烈、天线遮挡频繁。针对这类目标的欺骗，需要伪造信号伴随载体运动同步调整，静态场景根本测不出真实风险。高动态仿真因此对设备提出严苛要求：速度、加速度、加加速度必须连续可解算，轨迹要能覆盖车载、机载乃至低轨卫星等工况，还要支持多用户独立轨迹，才能模拟编队飞行、多车协同这类相对定位场景。只有在这种条件下，北斗+惯导融合方案的运动一致性检验、机动过程中的欺骗识别能力才具备说服力。

3.3　综合PNT融合架构体系级演练

现代弹性PNT不再单一依赖北斗，而是北斗、惯导、地磁、视觉、伪卫星等多源信息融合[6]。北斗模拟信号源在其中扮演“时空输入节点”：当它注入欺骗或干扰时，观测融合导航系统能否通过交叉校验发现异常、能否在限定时间内切换到可信PNT源、能否平滑降级而不产生跳变，这一整套弹性策略才算完成演练。进一步扩展组合导航仿真选件后，还可以同步输出IMU误差模型辅助数据，把北斗与惯导的耦合失效路径一并测透。从体系层面看，PNT手段的配置与选择本身就是一个博弈过程[3]，而仿真试验是验证博弈策略是否成立的成本最低的方式。

4　重要边界区分：仿真试验≠违规信号欺骗

这是PNT安全测试中最容易被误读的一点：北斗模拟信号源的攻防仿真，是在屏蔽暗室、射频有线闭环等受控隔离环境内开展，信号经线缆或屏蔽空间闭合传输，不向外辐射，属于安全测评手段；而面向开放空间发射干扰或欺骗导航信号，则违反《中华人民共和国无线电管理条例》[7]的相关规定，会直接危害公共安全与航空、航海秩序。两者在物理形态上相似，在法律性质与使用场景上完全不同。

因此，正规的PNT抗欺骗验证必须同时满足电磁隔离、权限管控与全过程留痕三项要求。测试仪器限定在实验室与检测机构的测评链路中，场景脚本、权限记录、测试报告全程可追溯，既满足计量与科研项目的审计要求，也避免测试能力外溢。

5　国产化自主可控：PNT安全底座的底层保障

高端北斗模拟信号源的技术难点，并不在于生成一段北斗波形。真正的门槛在于多通道相位一致性、星历实时推演、空间误差的高精度建模以及欺骗信号的精细时序控制，这些都需要长期积累的射频与算法能力。过去高端GNSS仿真设备长期由海外厂商主导，若PNT安全测评装备依赖进口仪器，相当于攻防演练的“考场”不在自己手里[4]。

自主北斗信号模拟源的成熟，意味着可以自主构建完整的PNT攻防试验体系：从测试装备、仿真模型、威胁场景库到测评方法，全部具备可控性。它支撑的是北斗芯片、抗干扰天线、综合PNT装备的测评能力建设，补齐的是弹性PNT体系中的验证环节。目前国产设备已进入高校科研院所、计量检定机构与航空制造等单位的测试场景，在计量校准、型式评价与算法验证中承担实际工作。

6　结语

北斗星座在天上提供普惠的PNT服务，北斗模拟信号源则在地面搭建起一片可控的“虚拟星空”，承担PNT攻防演练的职能。在威胁样式持续演化的背景下，以模拟信号源为核心的试验能力，是发展弹性PNT、守住关键基础设施时空可信底线不可或缺的一环。攻防不会停歇，只有在实验室里把各类干扰、欺骗场景测深测透，落地在各行各业的北斗终端，才能在真实威胁到来时识别得出、应对得住。

参考文献

[1] 中国卫星导航系统管理办公室. BD 420012—2015 北斗/全球卫星导航系统(GNSS)信号模拟器 性能要求及测试方法[S]. 北京: 中国卫星导航系统管理办公室, 2015.

[2] 杨元喜. 弹性PNT基本框架[J]. 测绘学报, 2018, 47(7): 893-898.

[3] 张伟, 何晶, 赵国强, 等. 基于博弈论的PNT手段选择策略研究[J]. 军事运筹与系统工程, 2021, 35(1): 16-21.

[4] 刘栋梁, 张山雨, 高洋, 等. 美国《弹性定位导航授时参考架构》报告解读[J]. 中国航天, 2023(4): 70-74.

[5] Schmidt E, Ruble Z A, Akopian D, et al. Software-Defined Radio GNSS Instrumentation for Spoofing Mitigation: A Review and a Case Study[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2018.

[6] 中国卫星导航系统管理办公室. BD 450028—2021 北斗伪卫星信号接口规范[S]. 北京: 中国卫星导航系统管理办公室, 2021.

[7] 国务院, 中央军事委员会. 中华人民共和国无线电管理条例[Z]. 2016.