与众不同：GNSS空间信号测试独特方法

GNSS从根本上说，是一项实验测试技术，也是一项极其需要的评估评价的技术，为了测试其空间信号，人们不得不释放射频信号于开宽空间，从而引入了许多环境因素，还必须获得必要的许可授权条件的限制，使得测试复杂化。现在746测试中队使用直接注入（DI）测试方法，具有端到端的可追溯性，为传统测试方法提供了一种快速、经济高效而又低风险的替代方案。文章有点长，但是值得一读，里面的干货很多，正是我们缺乏的，而且对于测试我们重视程度很不够。

KC-46 直接注射团队。图片：第 746 测试中队。

第 746 测试中队 （746 TS） 隶属于第 704 测试大队阿诺德工程开发中心，是美国国防部的首要组织。746 TS 位于新墨西哥州霍洛曼空军基地，对联合军种的空中、太空和地面平台进行高保真开发和作测试。其核心任务是规划、执行和分析导航系统在良性和有争议的环境中的性能，确保美国和盟军在电磁频谱中保持作战优势。该中队专门通过基于模拟的测试、硬件在环的环境和露天测试相结合来评估 GPS、惯性导航系统 （INS） 和嵌入式 GPS/INS 解决方案。这些努力通过提供关键性能数据，为采购决策、作战部署和生存能力评估提供信息，支持广泛的计划——从原型系统到全现场平台。

746 TS 的一项关键功能是直接注入 （DI） 测试。DI 能够通过其天线端口将模拟的全球导航卫星系统 （GNSS） 信号（代表卫星星座、射频干扰、欺骗或其他有争议的信号条件）直接注入平台的 GNSS 接收器。由于这些信号永远不会辐射到露天，因此 DI 测试不需要射频授权 （RFA），从而显着简化了测试过程。

这种方法具有许多优点，包括快速设置、可重复场景以及对信号环境的精确控制。DI在平台集成过程中特别有价值，因为仿真PNT信号可以在整个系统中进行跟踪——从天线端口的注入到使用PNT信号和信息的子系统。这种端到端的可追溯性使工程师能够在整个平台架构中验证系统性能和信号完好性。

虽然 746 TS 拥有其导航测试和评估实验室 （NavTEL） 和其他适合 DI 测试的机密设施，但由于规模、分类或任务承诺的原因，将作平台运送到霍洛曼通常是不切实际的。为了克服这个问题，该中队开发了一种移动模拟能力，允许将 DI 系统部署到各种远程位置，例如系统集成实验室 （SIL）、机库或运营航线。这种移动性确保可以在不中断平台可用性或影响安全性的情况下进行高保真导航测试，从而使关键评估能够按计划在现场进行。这里详细概述了 DI 测试方法、其在支持开发和网络安全测试方面的作用，以及DI 在最近 746 TS 工作中的有效性案例研究说明，包括对 MH-139 直升机和 KC-46 Pegasus 的平台支持。

DI 设备设置。图片来源：第 746 测试中队。

露天GNSS拒阻测试的挑战

在 GNSS 拒阻或有争议的环境中进行露天测试本质上是复杂的、资源密集型的并且受到严格监管。这些测试通常涉及有意广播 L 波段射频 （RF） 干扰，包括干扰或欺骗信号，以评估导航系统在降级或欺骗性条件下的性能。然而，由于民用和军事系统存在潜在风险，此类测试受到严格的监管监督。在将任何射频能量辐射到环境中之前，测试组织必须获得美国联邦航空管理局 （FAA） 和美国战略司令部 （USSTRATCOM） 等管理机构的正式授权。这个过程需要开发和提交详细的射频“铺设”模型，该模型模拟信号传播特性并定义预期的影响区域。该模型的目的是向监管机构保证测试不会干扰到民用空中交通导航或通信系统、军事和国家安全通信、其他关键的射频相关基础设施。准备 RFA 包是一项漫长且资源密集型的工作，通常需要至少三个月的专门工作，如果铺设特别复杂，则甚至更多。该准备工作包括：一是广泛的频谱分析，以评估频率冲突和干扰风险；二是联邦、军方和地方利益攸关方之间的机构间协调；三是实地勘测，以评估地形、视线和环境变量；四是支持所有技术、安全和监管考虑因素的详细文档。

即使获得批准，特定位置的约束，也会显着限制测试执行。例如，空中交通管制 （ATC） 中心或主要商业飞行走廊附近的测试场通常会施加严格的射频功率限制或完全禁止传输。这些限制旨在维护飞行安全和生命安全，不仅适用于军用飞机和机组人员，也适用于民用航空、附近设施和公众。

此外，进入高需求测试场的访问往往受到相互竞争的日程安排优先事项的限制，包括同时进行的军事训练演习、发展测试和联合作战活动。这种对有限范围时间的竞争带来了重大的调度风险，可能会延迟关键测试事件或迫使与其他任务优先事项消除冲突。

针对复杂或机密威胁进行测试会带来进一步的复杂性。这些场景可能需要训练有素的操作员实时在场来控制和监控威胁信号的发射。这种实际支持增加了人力、差旅成本和协调负担，往往使资源捉襟见肘。

最后，即使所有批准和资源都已到位，作限制也可能会降低测试的真实性。飞机可能被迫飞行受限或不具代表性的配置文件，以保持在批准的边界内，这可能会限制结果数据的保真度和适用性。这一限制对复制 GNSS 有争议的作战场景的真实动态和作复杂性提出了挑战。

鉴于这些因素，露天 GNSS 拒阻测试，仍然是一种关键但受限的工具，通常必须保留用于辐射发射必不可少的最终验证或测试事件。这些限制强调了替代方法的价值，例如 DI 测试，它可以以更大的灵活性、更低的风险和更快的时间表实现许多相同的目标。

直接注入测试的优点

DI 测试能够模拟有争议的 GNSS 环境，而无需将信号辐射到露天，从而提供低风险、经济高效且作灵活的解决方案，支持广泛的测试目标。DI 测试的核心是使用 GNSS 信号模拟器生成复合射频环境（包括卫星星座、信号衰减、欺骗和干扰），并将该信号直接注入平台天线端口的 GNSS 接收器。这是通过与天线内联的小消声罩辐射或完全绕过天线来完成的。由于没有电磁能向外部广播，因此 DI 测试不受 RFA 要求的约束，避免了露天测试典型的冗长审批流程。

KC-46 上的直接进样测试设置。图片：第 746 测试中队。

DI 测试的主要优点包括：

•加急测试时间表：无需 RFA 且范围调度限制最小，DI 测试可以在数周而不是数月内规划和执行。

•可重复性和控制：测试条件（例如卫星几何形状、干扰源、时序曲线和动态运动）可以精确配置并在运行中复制，从而允许详细的场景比较和分析。

•降低运营风险：通过避免信号传输到环境中，DI 可以防止对民用或军事系统造成意外干扰。它还允许引入无法公开广播的敏感或禁止的威胁信号。

•成本更低：与露天或现场飞行测试相比，DI 测试需要较小的团队、更少的基础设施以及最少的旅行或支持设备，从而降低总体成本。

DI 最重要的应用之一是在平台集成期间。在天线端口注入模拟PNT信号，工程师可以在平台架构的每个阶段（从射频处理到最终系统输出）中跟踪信号。这确保了跨越各种子系统准确验证 PNT 数据，包括：

• 驾驶舱显示器和航空电子设备

• 导航和任务计算机

• 飞行控制系统

• 武器管理和制导系统

这种端到端的可追溯性不仅验证了导航解决方案的准确性，还验证了其在整个平台上的正确解释、分发和应用。这对于具有紧密集成的导航、瞄准和任务执行组件的高级系统尤其重要。

尽管 DI 测试最常在 746 TS 的 NavTEL 或其他机密设施内的霍洛曼空军基地进行，但由于尺寸、安全性、任务承诺或配置的原因，许多平台无法搬迁。为了适应这一点，746 TS 保持了完全可部署的 DI 测试功能，允许将仿真资产直接带到平台位置，包括：

• 系统集成实验室 （SIL）

• 飞机维修机库

• 运营航线或任务准备区

这种移动测试架构允许基于仿真的测试，同时将对平台可用性、维护或作安全性的干扰降至最低。它支持量身定制的测试活动设计，优化场景内容、排序和实时数据捕获，以符合用户目标和准备里程碑。

网络安全和 NDAA 合规性

为了响应 2024 年国防授权法 （NDAA） 第 1686 条，该条款要求对所有主要国防部武器系统进行全面的 PNT 漏洞评估，746 TS 在推进 PNT 网络安全测试和评估 （T&E） 能力方面发挥了关键作用。该立法要求快速识别、量化和减轻网络风险，以确保关键军事平台在有争议和对抗性的数字环境中保持运营完整性。

尽管 746 TS 因其在支持国防部开发测试和评估 （DT&E） 计划的露天 L 波段导航战 （NAVWAR） 测试方面的专业知识而在 PNT 社区中广为人知，但传统的露天测试方法和时间表往往达不到 NDAA 施加的加速时间表和严格要求。为了应对这些挑战，746 TS 利用其在基于仿真的测试和 DI 技术方面的专业知识来创建快速 DT&E 流程，重点是增强 PNT 领域的网络弹性。

通过使用DI和受控实验室环境，746 TS能够结合GPS/GNSS信号完好性和网络安全威胁向量来模拟逼真网络物理场景。这种方法能够早期检测系统漏洞威胁。在过去的几年里，746 TS的快速PNT网络安全DT&E框架支持了对超过50个平台的评估，涵盖空中、地面和空间领域，为决策者提供了可操作的风险评估和优先级修复策略。这种能力显著缩短了网络测试周期，使得安全改进能够在不延迟更广泛的采购或部署计划的情况下加速整合。该中队的集成PNT网络支持不仅限于漏洞识别，还包括与项目办公室、开发人员和未来操作用户合作，定义全面的测试要求，将L波段网络安全考虑因素融入平台开发的每个阶段。这种整体方法确保了网络弹性不仅是系统性能和生存能力的附加属性，而且是核心属性。

通过这些努力，746 TS 已成为满足 NDAA 要求和及早检测平台集成 PNT 漏洞的关键推动者，加强了国防部对保持技术优势以应对不断变化的 L 波段网络威胁的承诺。他们开创性地使用 DI 和基于模拟的 PNT 网络安全测试，继续塑造整个国防部测试社区的最佳实践，为快速、现实和严格的网络风险评估设定新标准。

MH-139 测试的集成网络支持

746 TS 在 MH-139 直升机的开发测试期间提供集成网络和导航测试支持方面展示了卓越的专业知识。该计划代表了美国空军机队的重要升级，不仅需要对传统导航性能进行严格评估，还需要对平台在作战条件下的网络弹性和数据完整性进行严格评估。

746 TS 与空军作战测试和评估中心 （AFOTEC） 第 5 支队 （Det 5）、第 48 网络空间测试中队 （CTS） 第 1 支队 （Det 1）、MH-139 项目办公室、系统开发人员和未来的运营用户密切合作，在定义和完善开发和作测试要求方面发挥了关键作用，包括导航系统的准确性、针对电子威胁的稳健性， 以及网络漏洞缓解。这种全面的参与确保了网络考虑因素彻底嵌入整个测试生命周期——从最初的概念验证到最终的系统认证。

MH-139 测试期间遇到的一个显着挑战涉及集成 TIDAS 坚固耐用的数据采集系统，这是一个对于捕获高保真遥测、传感器输出和性能指标至关重要的最先进的平台。TIDAS 系统对于确保测试数据完整和准确至关重要，但其新颖的架构引入了复杂的连接问题，可能会中断数据收集。

746 TS 的测试工程师通过创新的故障排除技术以及与机组人员和系统工程师的实时协作，快速诊断并解决了这些集成挑战。他们的快速干预使整个飞行操作能够持续、可靠的数据捕获，从而保护性能评估所必需的关键任务遥测的完好性。

除了解决技术问题之外，该中队对收集到的数据的详细分析还为了解 MH-139 的 GPS 跟踪行为、导航信号稳定性以及对有争议环境的敏感性提供了宝贵的见解。这些发现直接为关键运营决策提供了信息，增强了人们对该平台在不同飞行概况和任务场景中的导航可靠性和网络弹性的信心。

MH-139 的集成网络测试支持凸显了 746 TS 致力于提供全面、多学科评估的承诺，以确保新平台满足现代战争日益复杂的需求，特别是在有争议的电磁和网络领域。

创新的测试执行：KC-46 多模拟器方法

746 TS 开创了一种多模拟器测试方法，以解决 KC-46 Pegasus 加油机在 GNSS 信号模拟过程中遇到的独特作挑战。开发这种方法是为了克服单模拟器设置固有的局限性，这些局限性会影响测试效率和数据保真度。

在使用单个GNSS模拟器的初始测试活动中，需要大约15分钟的强制性静止初始化周期。在此阶段，被测系统 （SUT） 需要获取并锁定有效的 GPS 解决方案，在引入复杂新兴威胁 （CET） NAVWAR 信号之前建立基线“地面实况”。如果 SUT 未能在此窗口内实现可靠的 GPS 修复，则必须中止并重启测试方案。这些延迟会影响测试计划，增加成本，并为实现关键计划里程碑带来风险。

为了缓解这些挑战，746 TS 开发了一种由精确时间同步服务器同步的双模拟器架构。该系统使用两个协同工作的GNSS模拟器：

• 第一个模拟器持续提供稳定的、无可争议的“地面实况”GNSS 信号，使 SUT 能够可靠地初始化和维护基线 GPS 锁定。

• 第二个模拟器被编程为仅通过同步时间脉冲在精确的、预定的时刻激活。在此触发时，第二个模拟器将开始传输有争议的 CET 环境，而第一个模拟器同时停止传输。

模拟器之间的这种无缝转换允许在不中断 SUT 运行的情况下从无争议的 GNSS 信号实时切换到有争议的 GNSS 信号。该方法通过确保平台始终为每种场景做好准备，并消除重复初始化尝试的需要，从而显着提高了测试可靠性。

多模拟器方法还通过提供受控、可重复的条件和精确的定时控制来提高测试数据的保真度。此功能降低了进度风险和测试成本，同时能够更全面地评估 KC-46 导航系统在复杂有争议的电磁环境中的弹性。通过这种测试执行策略，746 TS 展示了其调整和优化测试方法的能力，通过先进的高保真 PNT 评估技术为关键任务平台提供支持，以满足不断变化的运营要求。

MH-139 直喷测试团队。图片：第 746 测试中队。

结论

746 TS 的 DI GNSS 测试能力代表了在各种军事平台上评估 PNT 系统方面的重要进步。通过实现复杂卫星信号环境（包括有争议和拒绝条件）的高保真仿真，无需露天射频传输或昂贵的 RFA，DI 测试为传统测试方法提供了一种快速、经济高效且低风险的替代方案。该中队能够将模拟信号直接注入平台天线端口，提供无与伦比的可追溯性和控制力，有助于对导航系统性能进行全面验证，从信号采集到集成到关键任务子系统。此外，746 TS 的移动仿真资产将此功能扩展到实验室之外，允许进行原位测试，以适应不同平台的物流、安全和作限制。作为对其 DI 专业知识的补充，746 TS 在集成 PNT 网络安全测试中发挥着关键作用，支持遵守 NDAA 第 1686 节等指令并确保主要武器系统的 L 波段网络弹性。通过与项目办公室和运营利益相关者的合作，该中队有效地连接了导航、网络和电子战领域，以提供强大的、任务就绪的解决方案。

创新方法，例如 KC-46 Pegasus 采用的多模拟器架构，体现了该中队致力于克服技术挑战和优化测试效率的承诺。案例研究，包括对 MH-139 直升机的支持，强调了 746 TS 在对复杂系统集成进行故障排除并提供直接为认证和运营决策提供信息的关键数据见解方面的独特能力。随着电磁战场变得越来越激烈和复杂，746 TS 始终处于 PNT 测试和评估的最前沿，通过尖端技术评估、快速适应和坚定不移的卓越技术，确保美国和盟军保持决定性优势。