警惕GPS欺骗导致FM位置偏移的风险

先来看一个民航西北地区管理局通告的案例：

关于进近期间GPS位置与飞机实际位置不一致风险的警示（NWCAAC-SA-2026-03)

2026年8月24日，A319飞机执行西安-榆林航班，使用34号跑道RNP进近。在进近过程中，飞机触发 NAV FM/GPS位置不一致警戒，23秒后警戒自行消失，机组检查飞机状态正常，导航精度高，决策继续实施 RNP 进近。飞机在距离YLX台约12NM处建立“最后进近”模式并开始自行下降，此时较实际的最后下降点提前3.4 海里，飞机沿错误的剖面下降，通过实际最后下降点时低于正常程序高度1244英尺，继续下降过程中穿越最低超障高度。经塔台提醒，机组发现高度偏低后复飞，改用34号VOR/DME进近程序，安全着陆。经初步调查，译码显示在飞机触发 NAV FM/GPS 位置不一致警戒之前，飞机 UTC时间跳回18秒，飞机实际位置与GPS位置开始产生偏差，机组未能察觉，最终导致飞机沿错误的剖面下降。该事件机载UTC时间跳变、FM/GPS 位置与飞机实际位置不一致现象的发生，不排除 GNSS欺骗式干扰、机载设备故障或客舱无线电设备干扰等因素导致。

这个通告中有很多细节没说清楚，看完之后我产生了两个疑问：

1、如果是飞机FM位置漂移了，怎么会刚好纵向偏了3.4海里，横侧方向没偏？因为如果横向也偏了的话，管制雷达应该早就发现他位置不对了。

2、从系统设计原理上讲，GPS欺骗只能欺骗GPS，理论上不应该会欺骗到飞机的FM位置。如果飞机的FM都偏了3.4海里，为什么飞机显示的导航精度还是“高”，飞机的机载性能监控告警系统(OPMA)为什么没有告警？

GPS从开放民用频率的第一天开始，工程师就明白这东西是很容易被欺骗的，民用频率完全没有加密，NASA网站上就有公开的GPS星历可以下载，github上有免费开源的GPS模拟程序，下载星历文件导入到程序中再输入一个需要模拟的经纬度位置坐标立刻就能生成一个模拟的GPS报文数据包，使用一个无线电发射机调谐到1575Mhz的频率把这个数据包发射出去就能欺骗GPS接收机了。

导航系统是飞机最重要的系统之一，空客的设计师在设计飞机导航系统时一定是考虑过如何防范GPS欺骗式干扰的。基本原理就是利用惯导短时高精度的特性对接收到的GPS定位信号进行校验，不合理的定位直接会被剔除，只有合理的GPS位置才会被IRS采纳并生成GPIRS并传递给FMGC使用。那为什么A320飞机还是会因为GPS欺骗而出现位置漂移呢？

带着这个疑惑，我查了很多资料，我在空客的Safetyfirst网站上找到了一篇文章

这篇文章中，空客表示A320系列飞机在受到GPS欺骗式干扰时，FMS或者ADIRU确实有可能无法识别出错误的GPS信号，从而导致FM位置发生偏移。A350由于使用了更强健的位置混合算法，迄今为止还没有发生过类似情况。

后来我又在一个飞行技术交流群里面看到了另外一起FM位置漂移事件，这两个事件非常相似：都是纵向位置偏了几海里，横侧没有偏移，飞机OPMA系统未发出告警，显示的导航精度为“高”。

这就很奇怪了，这两次GPS欺骗是如何突破惯导的校验的？经过一番研究，我想到了一个可能的原因。惯导计算飞机位置是使用经典的牛顿运动定理，先将加速度对时间积分得到速度，然后用速度对时间积分得到位移，初始位置加位移就是现在的位置。由于飞机在直线平飞时始终是向前运动，速度的横向分量为零，因此如果一个虚假的GPS位置出现在飞机的左右两侧，惯导会立刻判定该位置不合理。也就是说惯导在面对一个跳变的GPS位置时，横侧方向的容忍度非常低，而纵向的容忍度则要宽松很多。如果欺骗者先通过接收飞机的ADSB信号或者使用雷达获取了飞机的位置和飞行方向，然后利用这些动态信息伪造一整套完美的、位于飞机前后方向的虚假位置信号发射给飞机，飞机就极有可能采纳这个虚假的GPS信号，从而导致飞机的FM位置向前后漂移。欺骗者伪造的信号不会一下子把飞机的GPS位置拉偏几百海里，这样会被IRS的融合算法瞬间剔除。它会以微小的速度平滑地向前后方向伪造GPS位置。惯导内部的卡尔曼滤波器在收到这种“连续、平滑、信号质量极高”的假GPS信号时，丝毫不会察觉到异常，会继续融合出GPIRS并传输给FMGC。随着时间的推移，FMGC会逐步将FM的位置修正到假的GPIRS位置上。飞机在脱离干扰区之后，接收到了正确的GPS信号，正确的GPS位置反而看起来好像是发生了跳变而暂时甚至永久被拒绝，导致FMGC无法及时将FM位置更新到正确的位置，飞机会继续保持在错误的航径上飞行。

再来解释一下为什么OPMA没有发出告警的问题，机载性能监控告警系统（OPMA）在GPS主用模式下依赖于MMR内部的RAIM（接收机自主完整性监控）算法，使用卫星在天空中的几何分布（DOP 因子）以及信号的质量计算出GPS的品质因数（FOM），FMGC使用FOM计算出预测位置误差（EPU）并呈现在MCDU的PROG页面。

如果欺骗信号非常完美（同时伪造了多颗卫星的伪距，且各卫星间的相对时延符合逻辑），MMR就会认为信号“极其完美”，从而给出极低的EPU。而OPMA的告警逻辑是：如果EPU≤RNP（当前所需导航精度），页面显示导航精度“HIGH”；一旦EPU＞RNP，导航精度降级为“LOW”，并立即触发ECAM警告：NAV ACCUR DOWNGRAD。由于欺骗信号逻辑自洽，EPU算法被成功欺骗，无法识别到位置错误，导致OPMA无法触发告警。

解决了这两个疑问，我再来分析一下通告中的其他几个细节：

1、“经初步调查，译码显示在飞机触发 NAV FM/GPS 位置不一致警戒之前，飞机 UTC时间跳回18秒，飞机实际位置与GPS位置开始产生偏差。”

“飞机 UTC时间跳回18秒”这一个细节正是GPS信号受到欺骗式干扰的证据。由于GPS报文可以使用任意时间来伪造，所以大多数GPS欺骗式干扰中都会出现UTC时间跳变的现象。一般来说伪造者在生成GPS报文时为了省事会直接使用他电脑当前的系统时间。但是GPS卫星原子钟的时间跟地球UTC时间有偏差，这个差值在GPS系统中被称为“闰秒”，接收机通过解算出的GPS时间减去闰秒来计算UTC时间，目前闰秒刚好是18秒。如果伪造者没有修正这个闰秒偏移，那么用他伪造的GPS信号解算出来的时间本身就是UTC时间，接收机用这个时间减去18秒算出来的UTC时间自然就比真实的UTC时间慢了18秒。

2、“飞机触发 NAV FM/GPS位置不一致警戒，23秒后警戒自行消失。”

飞机一开始接收到伪造的GPS位置时，如果伪造的GPS经纬度跟FM位置偏差量超过了0.5分（大约0.5海里），就会触发“NAV FM/GPS 位置不一致”的警戒。

但是随后FM位置会向错误的GPS位置靠近，当FM位置靠近到跟GPS经纬度偏差小于0.5分时警戒就会自行消失。

至此为止，通告中所披露的所有细节都有了合理的解释，所有的证据链形成了闭环。

如果飞机的FM位置向前漂移了几海里会出现什么情况？

首先，FMGC并不会发现自己被欺骗了，它只会认为是惯导位置漂移了，所以它计算出的预估位置误差（EPE）还是零点零几海里，但是如果你查看惯导位置页面，你会发现三部惯导都显示漂移了几海里；

其次，只要EPE小于RNP，OPMA也就不会发出告警；

最后，由于横侧没有偏移，空管的雷达显示屏上你的飞机仍然在正确的航路上飞行，管制员也无法发现你的纵向位置发生了漂移。

这次榆林的事件就是如此，直到飞机接近FDP点时，飞机提前截获了下降航径，这时候管制员才发现飞机低于了正常的进近程序高度。好在有雷达兜底，管制员及时提醒，才避免了一次可能的可控撞地事故。如果是在没有雷达覆盖的山区复杂地形的机场进行RNP-AR飞行呢？没有雷达监控兜底，一旦飞机位置出现偏差且OPMA失去告警能力，后果可能是非常严重的。

【2026年9月27日更新】

之前的分析中有一点小错误，我之前以为从西安飞榆林应该是一路向北直接飞长五边，所以之前我认为在遭遇GPS欺骗时飞机FM位置是向前产生了偏移。今天我在飞常准APP里面看到了这个航班的ADSB轨迹图之后才发现，这个航班可能是因为绕飞雷雨飞到了榆林机场的西侧，所以飞机先向东南方向飞向机场南边，然后再左转加入五边。从这个图上可以看到飞机第一次进近时，转向五边的时机明显晚了很多，转过来之后并没有沿着跑道延长线飞行而是偏在跑道延长线的东侧；复飞之后第二次进近使用VOR程序，ADSB航迹完全落在跑道延长线上。根据两次进近的GPS航迹综合推断，GPS欺骗导致FM位置发生偏移应该是发生在第一次进近转弯之前的直线飞行阶段，FM的位置不是向前而是向后偏移了几海里。由于FM偏移方向是向西北方向，所以飞机左转飞向五边之后飞机的横向和纵向都产生了偏移，纵向偏移大概是3海里，横向偏移从图上看大概是1海里。飞机在转弯之前应该已经脱离了干扰区，后面的ADSB轨迹应该是飞机的真实飞行轨迹。

飞机本应该沿着A→B→C→D的轨迹飞行，但实际上飞机却沿着A→B→E→F→G的错误轨迹飞行，本应该在D点进行最后下降，但却在G点就开始下降了。所以我推测飞机可能是在A和B之间某个位置遭遇了GPS欺骗，导致FM位置向西北方向偏移了几海里，当飞机到达B点时，本应该向左转弯飞向C点，但是由于FM位置向西北方向偏移了，飞机认为自己位置还没有到达转弯点，于是继续往前飞，到达E点时才开始左转。飞机在E点之前应该已经脱离了干扰区，接收到了真实的GPS信号，由于真实GPS位置跟FM位置偏差太大超过了阈值，FMGC反而有可能把正确的GPS位置认为是突变，从而不更新FM位置，FM继续使用错误的位置，所以飞机一直偏在跑道延长线的东侧，飞机飞到G点时以为自己是在D点，D点大概就是RNP程序的FDP点，于是飞机在G点开始下降。

分析完这个图，最后我又想到了一个新的疑点，根据ADSB轨迹，既然后来GPS信号已经恢复，FM位置跟GPS位置偏差超过了3海里，为什么这时候没有再次触发“FM/GPS 位置不一致”的警戒？我的猜测是系统在那个时候GPS主用状态已经丢失了，而“FM/GPS 位置不一致”警戒触发的前提是“GPS主用功能有效”，由于整个通告中都没有提到GPS主用功能是否丢失，所以仅仅只是猜测，无从考证。