台海情勢

導航戰常態化對台海的啟示
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2024.06.05
作者
1
網路安全與決策推演研究所 高志榮 委任助理研究員
網路安全與決策推演研究所 杜貞儀 助理研究員

導航戰常態化對台海的啟示

關鍵字: 導航戰、北斗系統、頻譜管理、電戰
(本評析內容及建議,屬作者意見,不代表財團法人國防安全研究院立場)


根據《華盛頓郵報》(Washington Post)與各大國際媒體報導,隨俄烏戰爭發展下,俄羅斯已不斷強化對全球定位系統(Global Positioning System, GPS)的干擾,在烏克蘭境內使M982「神劍」(Excalibur)等依賴GPS進行終端導引的精準導引砲彈效益逐漸下降,亦可透過波羅的海沿岸的飛地加里寧格勒(Kaliningrad)以地面站持續干擾,造成飛航安全疑慮。導航戰(Navigation Warfare)定義為「透過防禦和進攻行動,協調太空、網路和電子戰,以確保和防止獲取定時定位導航訊息(Position, Navigation, Timing, PNT)」,近年已有常態化的傾向,以下將分析其手法、威脅形式、中共北斗系統發展,研析我可能因應作為。[1]

導航戰威脅與中共北斗系統發展


俄羅斯進行導航戰的手法,是以大功率干擾系統,來壓制GPS訊號,保護其重要部署兵力目標,而中共則全力自主發展如GPS的全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)——北斗系統,確保導航服務「自主可控」來應處這種戰場景況,為未來可能發生的作戰預做準備,另受波灣戰爭期間美國GPS導引飛彈精準打擊的啟發,又因1995-96台海飛彈危機時彈道飛彈的試射演習,無法發揮如美國該作戰的效益而加速發展。[2]目前北斗系統有二號與三號,其中衛星無線電導航服務(Radio Navigation Satellite Service, RNSS)部分,北斗二號系统使用B1(1561.098MHz)、B2(1207.140MHz)和B3(1268.520MHz)頻段,其中其分項子訊號(A)須授權,而分項子訊號(C)供公開運用;北斗三號系統則有B1I(1561.098MHz)、B1C(1575.420MHz)、B2a(1176.450MHz)、B2b(1207.14MHz)、B3I(1268.520MHz)五個公開訊號、以及B1A、B3Q、B3A三個授權訊號,均位於L頻段(1000-2000 MHz)。目前北斗三號公開訊號水平定位精度在全球尺度已達9公尺內,部分區域可達5公尺或甚至2-3公尺。[3]

有別於其他全球定位導航系統的單向傳輸,北斗系統具雙向通訊能力,不僅提供衛星到地面監控站的訊號往返時間計算給用戶定位位置,更可利用衛星中繼,互相傳送短信文給地面監控站及用戶。北斗系統通信部份,上鏈採用偽隨機編碼展頻模式(pseudo-random code spread-spectrum mode)傳輸,頻率為1610-1626.5 MHz,下鏈則與導航服務共用B2b(1207.14MHz),採較公開且更複雜之編碼模式傳輸,下鏈亦可改用較高頻的Bs訊號(2492.028MHz),為實驗性質使用。[4]

除航空、航海等衛星定位導航系統常見運用外,北斗系統積極拓展緊急救難等服務。華為2022年推出Mate 50手機,即內建北斗雙向通訊接收器,在無法使用行動通訊網路的情況下,用戶仍可運用北斗系統進行通信,且不會產生額外費用,即使目前僅開放中國使用,未來仍有發展潛力,將拓展北斗系統的運用至一帶一路國家並擴大其影響力。[5]

對我因應作為之建議


一、妥善管理頻譜並活化運用

有效管控北斗設備,防杜情資洩漏

除其軍事戰略價值外,北斗系統近年更致力於發展商用生態系,開發各種衛星服務使用需求。北斗系統可能藉這些訊號資料建立我境內發射源與往返時間之資料庫,以作為定位輔助與校正依據。依我國現行《電信管理法》,使用北斗衛星通訊設備涉及非法使用無線電頻率,且設備屬射頻管制器材,須經型式認證。由於使用需求仍在,無論以行政手段禁用、罰鍰或以國家安全為由不通過無線電設備審驗,均難以根絕北斗民用設備於我境內的違法使用,但仍應思考有效之管制作為,或以開發更經濟、滿足使用需求的合法解決方案取代。[6]

開放頻率民用,有效干擾敵導航

所有太空發送的衛星無線電訊號,傳至地面其訊號強度均大幅衰減,亦容易受地面更強力發射源所干擾。無論破解北斗導航及雙向通訊的訊號編碼模式,還是建置大功率干擾系統,所耗時間與研發成本甚鉅,不易大範圍部署。

但若從二戰倫敦大轟炸期間「波束之戰」(Battle of Beams)的戰例啟發,以活化頻譜分配、開放上述北斗工作頻段提供民間各項無線通訊申請運用,藉由功率更高的地面發射源合法占用北斗工作頻段,以壓制我境內北斗設備的訊號收訊,既阻絕違法使用,也降低共軍依賴北斗系統的精準導引武器,對我台海各目標攻擊,達到遲滯敵作戰進程之效果。[7]

二、透過干擾強化關鍵基礎設施防護

對於重要關鍵基礎設施,可評估以干擾GNSS訊號來強化目標防護。但須留意GNSS除了提供定位與導航以外,以訊號進行定時也是許多關鍵基礎設施依賴的服務。在俄烏戰爭期間,由於烏克蘭境內電網受到破壞,加上俄羅斯對GPS干擾,導致依賴GPS進行校時的高壓變電所,無法準確回覆電網狀況以供電力調度評估、進行負載平衡,使供電系統無法正常運作。為解決GPS干擾的定時問題,烏克蘭電力公司向網路設備商思科(Cisco)尋求協助,提供由工業用網路交換器改裝的時間來源,在缺乏GPS訊號時仍可備援,作為回覆即時電力負載狀況的依據。對關鍵基礎設施而言,此備援方案較原子鐘小型化更為經濟可行,亦能在受干擾下維持正常營運。[8]

另可研究如何破解上傳鏈路,回報我方多定位位置模擬訊息給中方地面監控站,使其顯示器上接收過量的訊息顯示,影響其辨識作業,甚至令其系統飽和,達到防護效益。
 [1] Isabelle Khurshudyan and Alex Horton, “Russian Jamming Leaves Some High-tech U.S. Weapons Ineffective in Ukraine,” Washington Post, May 24, 2024, https://www.washingtonpost.com/world/2024/05/24/russia-jamming-us-weapons-ukraine/; Konstantin Eggert, “GPS Jamming in the Baltic Region: Is Russia Responsible?” Deutsch Walle, May 5, 2024, https://www.dw.com/en/gps-jamming-in-the-baltic-region-is-russia-responsible/a-68993942; “Joint Navigation Warfare Center Fact Sheet,” Joint Navigation Warfare Center, December, 2022, https://www.vandenberg.spaceforce.mil/Portals/18/JNWC-FactSheet-CAO%20Dec%2022.pdf.  [2] Minnie Chan, “‘Unforgettable Humiliation’ Led to Development of GPS Equivalent,” South China Morning Post, November 13, 2009, https://www.scmp.com/article/698161/unforgettable-humiliation-led-development-gps-equivalent.  [3] China Satellite Navigation Office, “Update on BeiDou Navigation Satellite System,” Twelfth Meeting of the International Committee on Global Navigation Satellite Systems 2-7 December 2017 Kyoto, Japan. “SCIO Press Conference on White Paper ‘China’s BeiDou Navigation Satellite System in the New Era,’” China.org.cn, November 11, 2022, http://www.china.org.cn/china/2022-11/11/content_78514315_3.htm; “State Council Information Office Holds News Conference on Opening of BeiDou-3 Global Satellite Navigation System;” Liu, W., Jiao, B., Hao, J. et al. Signal-in-space range error and positioning accuracy of BDS-3. Sci Rep 12, 8181 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12012-y.  [4] 同註3,另參Sheng Liu, Di Wu and Lanyong Zhang, “CGAN BeiDou Satellite Short-Message-Encryption Scheme Using Ship PVT,” Remote Sens. 2023, 15(1), 171; https://doi.org/10.3390/rs15010171.  [5] David H. Millner et al., “BeiDou: China’s GPS Challenger Takes Its Place on the World Stage,” 26; Misha Liu, “Huawei’s Latest Satellite Capability Launches China’s BeiDou into the Global Smartphone Race,” DigiTimes Asia, September 7, 2022, https://www.digitimes.com/news/a20220906VL204/beidou-huawei-mobile-devices-satellite-smartphone.html.  [6] “China’s Beidou Navigation System to Serve $156 bln Home Market by 2025,” Reuters, May 26, 2022, https://www.reuters.com/world/china/chinas-beidou-navigation-system-serve-156-bln-home-marketby-2025-2021-05-26.〈NCC籲勿使用中國北斗衛星設備 違者最高罰500萬〉,《中央社》,2024年2月5日,https://www.cna.com.tw/news/ahel/202402050260.aspx。  [7] 倫敦大空襲期間,德軍轟炸機曾一度嘗試運用最新研發之Y-Gerät無線電導航系統(代號Wotan)作為跨海攻擊的導航輔助。英國統整情資分析後發現,該系統使用45 MHz,正好就是當時BBC電視放送的頻段,故英國政府重新啟用倫敦市內的BBC電視放送站,於此頻段強力放送並干擾,在系統無法正常運作下,德軍最終放棄Y-Gerät無線電導航系統,詳參Jones, R. V. (1978). Most Secret War. London: Book Club Associates. ISBN 978-0-241-89746-1.  [8] Joe Marshall, “Project PowerUp – Helping to Keep the Lights on in Ukraine in the Face of Electronic Warfare,” Cisco TALOS Blog, December 4, 2023, https://blog.talosintelligence.com/project-powerup-ukraine-grid/.
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