探索卫星网络安全的相关问题，首先要掌握卫星信号接收的基本技术。本文选择了全球卫星导航系统（GPS）作为研究对象，GPS是一种成熟和广泛应用的卫星导航系统，其信号特性和传输方式有丰富的文献资料可供参考。本文使用HackRF作为卫星信号接收的工具，HackRF具有灵活的配置和高速的采样能力，可以满足对GPS信号处理的需求。本文希望通过GPS信号接收的实验，能够学习到卫星信号的基本原理和方法，为卫星网络安全研究工作提供一些参考。

本文使用了以下的软硬件进行GPS信号接收的实验：

• HackRF One：一款功能强大、灵活可配置的开源软件无线电硬件平台，可以在1MHz到6GHz的频段内收发信号，支持多种调制方式和信号格式。

• 高精度时钟：外部时钟模块，用于提高HackRF的频率精度和稳定性。

• GNSS有源天线：SMA公头接口的GNSS有源天线，用于接收来自全球卫星导航系统（如GPS，GLONASS，Galileo等）的信号。

• 计算机：配备较高性能的CPU和内存，以便运行实验所需的软件和处理接收到的信号。

• Ubuntu 16.04：本实验使用的操作系统为Ubuntu 16.04 64位版本。

• GNSS-SDR：一个开源的软件无线电接收器，用于处理接收到的GNSS信号并实现卫星定位。

3.1 程序安装 

sudo apt-get install build-essential cmake git pkg-config libboost-dev \   libboost-date-time-dev libboost-system-dev libboost-filesystem-dev \   libboost-thread-dev libboost-chrono-dev libboost-serialization-dev \   libboost-program-options-dev libboost-test-dev liblog4cpp5-dev \   libuhd-dev gnuradio-dev gr-osmosdr libblas-dev liblapack-dev \   libarmadillo-dev libgflags-dev libgoogle-glog-dev libhdf5-dev \   libgnutls-openssl-dev libmatio-dev libpugixml-dev libpcap-dev\   libprotobuf-dev protobuf-compiler libgtest-dev googletest \   python3-mako python3-six

git clone https://github.com/gnss-sdr/gnss-sdrcd gnss-sdr/buildgit checkout nextcmake -DENABLE_OSMOSDR=ON ../makesudo make install

gnss-sdr --version

3.2 时钟安装

3.3 创建配置文件

GPS有多个频段，每个频段有不同的信号，本实验采用GPS L1频段的C/A信号，中心频率为1575.42 MHz。

GNSS-SDR配置文件内容如下：

[GNSS-SDR]
;######### GLOBAL OPTIONS ##################GNSS-SDR.internal_fs_sps=2000000
;######### SIGNAL_SOURCE CONFIG ############SignalSource.implementation=Osmosdr_Signal_SourceSignalSource.item_type=gr_complexSignalSource.sampling_frequency=2000000SignalSource.freq=1575420000SignalSource.gain=40SignalSource.rf_gain=40SignalSource.if_gain=30SignalSource.AGC_enabled=falseSignalSource.samples=0SignalSource.repeat=false;# Next line enables the internal HackRF One bias (3.3 VDC)SignalSource.osmosdr_args=hackrf,bias=1SignalSource.enable_throttle_control=falseSignalSource.dump=falseSignalSource.dump_filename=./signal_source.dat
;######### SIGNAL_CONDITIONER CONFIG ############SignalConditioner.implementation=Signal_Conditioner
;######### DATA_TYPE_ADAPTER CONFIG ############DataTypeAdapter.implementation=Pass_Through
;######### INPUT_FILTER CONFIG ############InputFilter.implementation=Freq_Xlating_Fir_FilterInputFilter.decimation_factor=1InputFilter.input_item_type=gr_complexInputFilter.output_item_type=gr_complexInputFilter.taps_item_type=floatInputFilter.number_of_taps=5InputFilter.number_of_bands=2InputFilter.band1_begin=0.0InputFilter.band1_end=0.85InputFilter.band2_begin=0.9InputFilter.band2_end=1.0InputFilter.ampl1_begin=1.0InputFilter.ampl1_end=1.0InputFilter.ampl2_begin=0.0InputFilter.ampl2_end=0.0InputFilter.band1_error=1.0InputFilter.band2_error=1.0InputFilter.filter_type=bandpassInputFilter.grid_density=16InputFilter.dump=falseInputFilter.dump_filename=../data/input_filter.dat
;######### RESAMPLER CONFIG ############Resampler.implementation=Pass_Through
;######### CHANNELS GLOBAL CONFIG ############Channels_1C.count=8Channels.in_acquisition=1
;######### ACQUISITION GLOBAL CONFIG ############Acquisition_1C.implementation=GPS_L1_CA_PCPS_AcquisitionAcquisition_1C.item_type=gr_complexAcquisition_1C.coherent_integration_time_ms=1Acquisition_1C.pfa=0.01Acquisition_1C.doppler_max=5000Acquisition_1C.doppler_step=250Acquisition_1C.max_dwells=1Acquisition_1C.dump=falseAcquisition_1C.dump_filename=./acq_dump.dat
;######### TRACKING GLOBAL CONFIG ############Tracking_1C.implementation=GPS_L1_CA_DLL_PLL_TrackingTracking_1C.item_type=gr_complexTracking_1C.extend_correlation_symbols=10Tracking_1C.early_late_space_chips=0.5Tracking_1C.early_late_space_narrow_chips=0.15Tracking_1C.pll_bw_hz=40Tracking_1C.dll_bw_hz=2.0Tracking_1C.pll_bw_narrow_hz=5.0Tracking_1C.dll_bw_narrow_hz=1.50Tracking_1C.fll_bw_hz=10Tracking_1C.enable_fll_pull_in=trueTracking_1C.enable_fll_steady_state=falseTracking_1C.dump=falseTracking_1C.dump_filename=tracking_ch_
;######### TELEMETRY DECODER GPS CONFIG ############TelemetryDecoder_1C.implementation=GPS_L1_CA_Telemetry_DecoderTelemetryDecoder_1C.dump=false
;######### OBSERVABLES CONFIG ############Observables.implementation=Hybrid_ObservablesObservables.dump=falseObservables.dump_filename=./observables.dat
;######### PVT CONFIG ############PVT.implementation=RTKLIB_PVTPVT.positioning_mode=SinglePVT.output_rate_ms=100PVT.display_rate_ms=500PVT.iono_model=BroadcastPVT.trop_model=SaastamoinenPVT.flag_rtcm_server=truePVT.flag_rtcm_tty_port=falsePVT.rtcm_dump_devname=/dev/pts/1PVT.rtcm_tcp_port=2101PVT.rtcm_MT1019_rate_ms=5000PVT.rtcm_MT1077_rate_ms=1000PVT.rinex_version=2

4.1 GPS接收过程

gnss-sdr --config_file=./hackrf_GPS_L1.conf

4.2 结果分析

GPS星座是一个新旧卫星的混合体，当前和过去几代GPS卫星都有不同的特点，目前GPS一代卫星已经全部退役，在运行的包括Block IIR（"补充"）、Block IIR-M（"现代化"）、Block IIF（"后续"）、GPS III，每颗卫星都会对应唯一的PRN。本次实验成功跟踪并获取四颗卫星的信息，分别是GPS PRN 06(Block IIF)、GPS PRN 19(Block IIR)、GPS PRN 17(Block IIR-M)、GPS PRN 09(Block IIF)。

通过这四颗卫星计算出的位置信息与实际位置有较大偏差。这可能是因为天线质量不佳、周围环境存在干扰、HackRF接收灵敏度不高等原因导致的。当接收到的GPS卫星数目和信号强度不足时，定位精度会降低，从而导致经纬度的误差增大。

5.1 环境构建

5.2 高精度时钟

hackrf_debug --si5351c -n 0 -r

5.3 天线偏置供电

5.4 GPS信号强度低