利用开源项目实现定位和时间欺骗（二）

GPS-SDR-SIM 项目是麻省理工学院许可下发布的开源 GPS 基带信号生成器项目。本期继续介绍该项目如何实现，想看上期请点链接利用开源项目实现定位和时间欺骗（一）。

1 下载编译gps-sdr-sim

该项目以RINEX格式的GPS星历档案和想要定位的位置为输入，生成全球定位系统基带信号，供软件无线电平台回放。生成样本的默认最大持续时间为三分钟。可以通过以下命令在linux系统上获取GPS-SDR-SIM的代码并编译：

$ git clone [email protected]:osqzss/gps-sdr-sim.git
$ cd gps-sdr-sim
$ gcc gpssim.c -lm -fopenmp -o gps-sdr-sim

可以查看GPS-SDR-SIM命令的具体用法

$ ./gps-sdr-sim -h
Usage: gps-sdr-sim [options]
Options:
    -e <gps_nav>  RINEX navigation file for GPS ephemerides (required)
    -u <user_motion> User motion file (dynamic mode)
    -g <nmea_gga>  NMEA GGA stream (dynamic mode)
    -l <location>  Lat,Lon,Hgt (static mode) e.g. 30.286502,120.032669,100
    -o <output>  I/Q sampling data file (default: gpssim.bin)
    -s <frequency>  Sampling frequency [Hz] (default:
    2600000)
    -b <iq_bits>  I/Q data format [8/16] (default:8)

2 软件无线电平台

为了将信号传输到真实的环境中，我们需要软件定义的无线电平台，如HackRF、BladeRF、USRP。HackRF是一个使用USB 2.0接口的开源SDR平台，工作在10MHz到6GHz的频段，最大支持20Msps采样速率，但只有半双工。它提供了从主机驱动到ARM固件甚至硬件方案、PCB布局和BOM的每一个设计细节。BladeRF采用USB 3.0接口，工作在300MHz至3.8GHz频段，支持独立的RX/TX 12位40MSPS正交采样和全双工。BladeRF似乎比HackRF具有更好的射频性能，因为它使用一个集成的射频芯片来支持300兆赫兹到3.8兆赫兹的所有工作射频频率范围。HackRF使用印刷电路板上的一些射频开关和射频转换器将2.3千兆赫兹和2.7千兆赫兹之间的窄工作频率扩展到10兆赫兹和6千兆赫兹，这带来了相当大的射频功率损耗。但根据我们的实验，HackRF和BladeRF发射的GPS信号都可以被常规GPS接收机解码。在这里我们使用HackRF来实现。

./gps-sdr-sim -e brdc3540.14n -l 31.603202, 120.466576, 100 -b 8 -d 100

可以通过以上代码来生成2014年12月20日静态位置的GPS基带信号样本。这里需要指定星历文件(可自行更新至最新的星历数据)，设置经纬度，必须指定采样精度为8否则用hackRF one欺骗成功率不高。在这里需要注意的是，参考的文章都没有添加-d参数，实验的过程中发现没有这个参数生成的仿真文件为空，所以我在这里使用-d 100生成了一个100s的gps信号文件（约500M）。

另外如果有其他目的也可以伪造一个动态的GPS数据样本，例如欺骗计步器，轨迹等

$./gps-sdr-sim -e brdc3540.14n -u circle.csv -b 8

3 HackRF发射GPS数据

基带信号样本产生后，我们可以通过软件无线电平台的天线进行传输。我们可以使用下面的命令行使用HackRF以1575.42兆赫兹重复传输样本。

hackrf_transfer -t gpssim.bin -f 1575420000 -s 2600000 -a 1 -x 0 -R  

指定GPS数据，指定频率为民用GPS L1波段频率，指定采样速率2.6Msps，开启天线增益，指定TX VGA(IF)为0(为了限制影响范围，最大为47慎用)，最后开启重复发射数据功能。其中：

-t 文件名，从文件传输数据。

-f 频率，赫兹

-s 采样速率，采样速率单位为赫兹。

-a 放大器使能，接收/发射射频放大器 1 =使能，0 =禁用。

-x 增益分贝，TX VGA(中频)增益，0-47分贝，1dB步长。

-R 重复发射模式。

“-R”参数非常方便，因为“gpssdr-sim”只产生三分钟的样本，而GPS接收器可能在三分钟内不能完成第一次GPS捕获过程。

实现结果

手机终端40秒左右就可以被欺骗成功，如果不成功可以考虑将-x 0改为-x 10或20，或者重新生成基带信号文件试试。实验参数如下：

该结果表明手机对GPS信号的依赖程度很高，手机内的应用更是如此。