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伪卫星信号的生成与应用研究
网络安全与数据治理
王凯迪1,2，曹新亮1,2
1.延安大学物理与电子信息学院； 2.陕西省能源大数据实验室
摘要： 北斗B1I信号作为公开服务信号，在全球范围内被广泛应用，为了避免北斗信号被不正当使用，需要对特定地区的特定卫星信号实施干扰。从生成式干扰角度出发提出了一种基于Quartus II平台，以Verilog为硬件描述语言的北斗伪卫星(B1I)信号产生方法，并对此伪卫星信号进行仿真测试，结果显示：伪信号使接收机三维定位产生显著偏差(X:-9.35×104 m、Y:+8.69×105 m、Z:+4.81×105 m)，钟差估计值从-9.1 ms变为-1.7 μs，这为卫星导航欺骗干扰提供了有效的技术实现方法。
中图分类号：V11；TN96文献标识码：ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2025.10.010
引用格式：王凯迪，曹新亮. 伪卫星信号的生成与应用研究［J］.网络安全与数据治理，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

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的广泛应用，伪卫星信号作为一种地面发射的模拟卫星信号，它在导航欺骗干扰方面，通过生成伪卫星信号，可以对接收机产生误导，进而拉偏其定位，这在军事和安全领域具有重要的研究意义。现有的信号欺骗技术主要包括转发式欺骗和生成式欺骗［1］。转发式欺骗通常是通过捕获真实卫星信号，然后经过一定的处理后再发射给目标接收机，这种方式虽然简单有效，但容易被现代防欺骗技术检测到，因为捕获和转发的过程不可避免地产生信号延迟及其他可感知的特征［2-3］。相比之下，生成式欺骗通过计算和合成生成与真实信号几乎无差的虚假信号，从而更具隐蔽性［4-5］。

目前，国内外学者在伪随机信号生成及其抗欺骗检测方面展开了多方面的研究。传统伪随机序列(如m序列、Gold码)由于可预测性强，易被逆向分析，为提高信号的不可预测性和抗欺骗能力，文献［6］提出了一种基于混沌映射的伪随机序列生成方法，通过非线性动力学系统增强序列复杂度，有效提高了信号的抗分析能力；文献［7］从硬件加速角度出发，设计了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的并行线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register，LFSR)优化结构，通过动态反馈系数调整，使伪随机序列的周期和随机性显著提升。文献［8］研究了高速伪随机数发生器的并行架构，通过优化LFSR的反馈多项式，在保证高随机性的同时，降低了硬件资源消耗；文献［9］则提出了一种基于物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function，PUF)的随机种子生成方法，结合FPGA的硬件熵源，使生成的伪随机信号更接近真实噪声特性，进一步增强了抗逆向分析能力。当前研究在伪随机信号生成优化、欺骗检测增强和FPGA硬件加速等方面取得了显著进展，但仍需在信号动态可重构性等方面进一步探索，以提高北斗民用信号的防御能力。

本文针对信号动态可重构性存在问题，提出了一种基于FPGA、以Verilog硬件描述语言为主要编程语言工具的北斗B1I伪卫星信号生成方法。通过使用Modelsim和Quartus II等 EDA工具对所生成的信号进行仿真测试，验证了信号的结构和携带信息的有效性。


本文详细内容请下载：

//www.51qz.net/resource/share/2000006828


作者信息：

王凯迪1,2，曹新亮1,2

(1.延安大学物理与电子信息学院，陕西延安716000；

2.陕西省能源大数据实验室，陕西延安716000)


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