智解“星”擾:航運導航攻防戰
2025-11-15 19:59:31
來源:中國船檢
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國際船舶網
我有話要說
聯合國拉響警報,針對全球衛星導航系統(GNSS)的干擾與欺騙正加速蔓延,航運業棘手暗礁浮出水面。統計數據顯示,2024年7月,船舶“失聯”投訴僅兩周一宗,一年后的2025年7月中,單日便狂飆150起,全球定位系統(GPS)信號在咽喉水道瞬間集體失靈。航線偏移、碰撞險情、港口癱瘓接踵而至,十萬噸級巨輪瞬間化作“蒙眼公牛”。當偽造坐標比海風更輕易改寫航跡,業界與IMO把希望押注于智能防線,讓智能技術在電子迷霧中重新錨定安全坐標。
風險升級
在航運業智能化發展的大背景下,全球衛星導航系統面臨的挑戰與威脅日益加劇,主要體現在干擾與欺騙兩方面。一方面,高頻電磁干擾、信號屏蔽等技術手段不斷升級,可能導致船舶定位失準,航線偏離,甚至引發碰撞事故;另一方面,惡意勢力通過偽造導航信號,實施“欺騙式攻擊”,使船舶誤判自身位置,進而駛入敏感或危險水域,嚴重威脅航運安全與國際貿易穩定。此外,隨著智能船舶對導航系統的依賴程度不斷加深,一旦系統遭受攻擊,其后果必將引發多米諾骨牌效應,不僅為本船帶去風險,還將會對其他依賴地理定位和精準衛星授時的系統甚至整個水運交通帶去影響。因此,提升導航系統的抗干擾與反欺騙能力,已成為保障全球航運安全的關鍵課題。
2017年是非同尋常的一年,當時美國海事管理局發布的一則警報引發了人們的高度關注:黑海上有24艘船舶的GPS出現了故障,導致這些船舶在數天內一直處于靠近格倫迪赫克機場的范圍內。2023年7月,北約航運中心(NATO Shipping Centre)也報告稱,東地中海地區的導航系統仍頻繁出現故障。
即便如此,還是很少有人能預測到即將到來的大爆發。據勞氏情報網的數據,僅2024年4月4日一天,黑海就報告了227艘貨船位于內陸多個地點,地中海有117艘貨船位于拉菲克·哈里里國際機場。
據Windward AI提供的數據顯示,2025年第二季度,890艘船舶在蘇丹沿海受到干擾,高于第一季度的180起事件(2024年第四季度為零)。波羅的海也出現了類似的趨勢,受影響船舶的數量從2025年第一季度的1225艘上升到第二季度的5800多艘。Windward AI還報告稱,在6月的4天時間里,阿拉伯灣和霍爾木茲海峽平均每天有970艘船舶的GPS受到干擾。
一家衛星服務提供商最近的報告顯示,2024年7月,每兩周左右就會收到一次有關船舶無法使用GPS的報告,而2025年7月中旬,一天之內就收到了150多份報告。
“GPS的欺騙和干擾情況現在很普遍,對繁忙航道的安全影響巨大。”Sperry Marine公司的產品與系統業務部總監Ralf Magner說。“如今,導航系統的集成度越來越高,因此錯誤的航向信息不僅會誤導駕駛員(給他們傳遞不準確的速度和航線數據),還可能導致碰撞警報無法被正常觸發,進而影響到自動駕駛系統和自動雷達標繪儀(ARPA)等。這種巧妙的欺騙手段能夠在不被察覺的情況下干擾導航系統,使船舶在不知不覺中被引導前往海盜或其他敵對勢力地區。”
錯誤的GPS和船舶自動識別系統(AIS)位置信息不僅給高度自動化的導航系統帶來了困擾,也會使得依靠人工手動設定位置的船舶在電子海圖(ECDIS)和雷達系統中面臨更多不確定性。根據Windward AI的研究數據顯示,當AIS系統出現故障時,船舶“跳躍”的距離平均增加了10倍——從2024年第四季度的600公里上升到了2025年第一季度的6300公里。
上升為國際安全問題
目前,對于GNSS干擾和欺騙風險的擔憂,已從航運專業領域上升為國際安全議題,引發了聯合國機構國際電信聯盟(ITU)、國際民用航空組織(ICAO)和IMO的高度關注。
這些聯合國機構在今年3月聯合發表的一份聲明中表示,隨著干擾航空、海運以及其他衛星通信服務的行為日益增多,各國亟需加強對該關鍵頻段的保護。這些有害干擾行為以干擾信號和欺騙的形式出現,破壞了在分配給無線電導航衛星業務(RNSS)的頻段內運行的GNSS。
“海員與航運的安全依賴于支持安全導航和通信的系統的彈性。干擾GNSS對航運活動構成了嚴重威脅,可能導致船舶的相撞或擱淺。我敦促所有成員國采取行動,保護這些至關重要的系統。”IMO秘書長Arsenio Dominguez說道。
船舶和港口依靠GNSS進行與位置、速度以及精確的全球時間和當地時間有關的各種應用,這些應用主要用于導航目的,而最為關鍵的是,這些還是全球海上遇險與安全系統(GMDSS)的一部分。
1974年《國際海上人命安全公約》(SOLAS公約)的第五章第19.2.1.6條規定,所有船舶,無論其規模大小,都必須配備GNSS接收裝置或地面無線電導航系統,或者其他能夠在整個預定航行過程中隨時使用的裝置,以便通過自動方式確定并更新船舶的位置。
根據IMO的《海上安全委員會決議MSC.1/Circ.1644》,要求敦促各成員國按照ITU的《無線電規則》要求,采取必要措施,以盡量減少來自其領土的干擾 ;建議各國向海員發布警告通知或提醒,明確指出會受到已知干擾的哪些時間段和哪些海域,從而將這種干擾對海上航行造成的負面影響降到最低;同時,還建議各國制定相關措施,防止在公認的衛星導航系統頻率上出現未經授權的信號傳輸。
據ITU《無線電規則》第4.10條規定,國際電信聯盟成員國認識到對無線電導航和其他安全服務的安全方面需要采取特殊措施,以確保其免受有害干擾。因此,在分配和使用頻率時必須充分考慮這一因素。
ITU秘書長Doreen Bogdan Martin表示:“GNSS對于我們在陸地、海上和空中的安全至關重要,成員國應確保這些系統的持續運行,以保障所有人的安全,并維護我們日常生活所依賴的各項關鍵服務的穩定性。”
針對此問題,這份由三個聯合國專門機構共同簽署的聯合聲明中確定了成員國需要采取的五項關鍵行動。第一,保護無線電導航系統免受有害干擾,以降低民事和人道主義行動中使用信號的可靠性,包括信號中斷或產生誤導。第二,增強那些依賴無線電導航衛星系統進行導航、定位和定時功能的系統的抗干擾能力。第三,維持足夠的傳統導航基礎設施,以在無線電導航衛星系統發生故障或接收到錯誤信號時提供應急支持;同時,研究應對服務中斷的應對措施。第四,加強無線電監管機構、民航部門、海事部門、國防部門以及執法部門之間的合作。第五,建立全面的干擾報告機制,將那些對無線電導航衛星系統造成有害干擾的案例報告給相應的電信、航空和海事監管部門,以及國際電信聯盟的無線電通信局,以便對這些干擾行為進行全面監測。
智能解決方案
當GNSS信號被干擾、坐標被“拖”進虛假軌道,航運業把應對戰場搬上智能賽道,試圖通過多系統融合導航、量子導航、多源融合與智能算法、干擾檢測與定位系統等智能技術在欺騙迷霧中重建坐標,繼續安全航行。
多系統融合導航,指在同一接收平臺上并行捕獲、跟蹤、解算全球多個獨立衛星導航星座的測距信號,通過聯合平差與選權濾波,在信號層、觀測層與定位層實現冗余互補,從而顯著削弱單一星座因幾何構型惡化、局部信號遮擋或故意干擾導致的服務中斷風險。系統內核通常采用多頻多系統基帶芯片,支持GPS、北斗、Galileo、GLONASS等頻點,并具備芯片級抗連續波和寬帶干擾算法;在數據處理端,以擴展卡爾曼濾波或因子圖優化為框架,對各系統偽距、載波相位、多普勒進行統一建模,實時估計接收機位置、速度、鐘差及對流層延遲,進而通過加權矩陣自適應調節異常觀測權重,確保在部分頻點受欺騙或功率驟降時仍能維持高精度。
量子導航技術,為航運業提供了脫離衛星、無需外部基站、可全天候工作的“無星”定位方案,其核心包括量子增強慣性導航系統,激光冷卻的原子云被用作超高靈敏度陀螺和加速度計,可感知地球自轉角速度的微小變化和船舶自身的微加速度,航位推算誤差由傳統慣導的數公里壓縮到數十米,足以滿足港區狹窄水道和自動靠泊需求。此外還包括磁場導航,量子磁力儀實時測量海底與沿岸的地磁異常,將三維磁場“指紋”與數字地磁圖匹配,每隔數小時給出一次無源位置修正。兩者融合后,即使進入GNSS受干擾、被欺騙或極區衛星信號微弱的區域,船舶仍可憑借機柜大小的量子傳感套件,在數天航程內保持米級定位與亞度級航向,為智能航線規劃、動力定位及無人航行提供不依賴外部信號的“隱形羅盤”,顯著提升航運安全與韌性。
多源融合與智能算法,是把衛星、聲吶、雷達、視覺、AIS、輪速計、風向風速儀乃至岸基5G時延全部接入統一時空框架,經分布式濾波與深度學習模型進行秒級權重再分配:GNSS受遮擋即由視覺錨點補位,雷達發現異常回波即觸發AIS意圖比對,輪速與多普勒沖突則自動降權并切換至聲吶底跟蹤。算法層采用因子圖優化與LSTM網絡并行,既保留經典卡爾曼的實時性,又利用神經網絡的非線性擬合能力,對“假旗”AIS、偽造GPS、spoofed伽利略信號進行模式識別,極短時間便可輸出欺騙概率與修正航跡。該方案為智能避碰、自動靠泊和編隊航行提供了連續、可信、抗欺騙的時空底座。
干擾檢測與定位系統,將成為船舶安全航行的“電子哨兵”。該方案以多頻段監測天線與芯片級頻譜儀為核心,在甚高頻至L波段連續掃描,對功率異常、帶寬突變或調制特征不符的信號秒級報警;同時利用船-岸-星分布式時間差(TDOA)與到達角(AOA)融合算法,在電子海圖上實時標出干擾源方位與距離,誤差小于船身長度。系統內置AI模型,可在AIS關閉或偽造時,通過雷達回波與光學圖像交叉確認目標身份,避免誤判。所有數據通過船載邊緣計算盒完成處理,功耗低于80瓦,無需額外冷卻。
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