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Septentrio抗干扰机制介绍

发布日期:2026-03-06 14:10:43   来源 : 序固科技    作者 :Guo, Vicky    浏览量 :13
Guo, Vicky 序固科技 发布日期:2026-03-06 14:10:43  
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一、认识GNSS干扰
1.1 干扰产生的根本原因

GNSS地面接收信号功率非常低,所以很容易被更强的本地射频能量“盖住”。同时,射频频谱越来越拥挤,邻频/带外强信号即使“不在GNSS频带内”,也可能因为信号强度太大而造成影响。

1.2 典型干扰类型

CW/窄带干扰:单频或很窄的调制信号

扫频干扰:在目标频带里快速扫频,“抹掉一整段频带

PRN 干扰:类似扩频/调制的军事体制干扰

脉冲干扰

二、septentrio 抗干扰机制

整体抗干扰思路:模拟信号调控AIM+多频多星座冗余

2.1 模拟信号调控

滤波器带外抑制:尽量把临近频段/带外强信号压下去,不让它们“串”进GNSS带内或推高前端功率。

放大器避免饱和:保证 LNA/混频/IF 放大链路在强干扰下不进入压缩区或产生互调,避免把干扰“变形”成更难处理的东西。

2.2 AIM+

Septentrio的定义里,AIM+是一组干扰对抗手段的集合:

  • Adaptive Notch Filtering(自适应陷波)

  • Pulse Blanking脉冲消除)

  • GLONASS L2 Band RemappingGLONASS L2 频段重映射)

  • WBI(宽带干扰抑制单元)

AIM+:自适应陷波

AIM+ 的自适应陷波可以理解为一个“不断扫描频域、找到尖峰、再把那一小段频谱挖掉”的闭环系统。核心流程如下:

识别阶段

  • 扫频:对每个候选中心频率(从低到高或按步进)执行一次检测。

  • 带通提取:用一个中心频率可调的数字带通滤波器提取该窄带分量:

  • 形成等效陷波输出:把带通输出从输入中相减,得到“陷波后信号”:

  • 比较并判决干扰:比较原始信号与陷波后信号,判断是否存在干扰。

抑制阶段:

  • 锁定陷波:把陷波中心设置到干扰中心附近

  • 细调中心频率:逐步调整陷波中心,使“干扰残留指标”最小。

  • 自动收窄带宽:在保证干扰仍被压制的前提下逐步减小带宽、实现“挖洞挖得最窄”。

  • 输出切换:此时接收机后端(跟踪/解算)使用陷波后信号作为输入继续工作。

持续监测干扰是否增加/漂移/消失/

  • 增加:若出现多个窄带干扰,按优先级(强度/对当前频段影响)依次分配多个陷波

  • 漂移:动态更新陷波中心与带宽

  • 消失:当指标回到长期背景水平,释放陷波

AIM+:脉冲消除

目标干扰:脉冲型/突发型高功率干扰,该干扰的特点如下:

  • 持续时间非常短(微秒级),但峰值功率很大

  • 短时间内把前端/量化器/相关器输入“顶爆”

  • 相关积分窗口内只要混入少量强脉冲样本,就可能显著抬高噪声、拉低有效相关峰,导致跟踪环抖动、失锁、或伪距/载波观测异常

脉冲消除的核心机制:门限检测 + 采样门控

S1:阈值自适应更新:

  • 在“没有触发脉冲”的采样上(或用滑窗统计),周期性更新TH,使得系统在正常噪声/信号下满足目标占比。

S2:逐采样检测

  • 对每个采样做门限比较,如果大于k*TH,则认为出现脉冲干扰,进入空白状态。K24

S3:空白消除

  • 当检测到脉冲后,把脉冲采样点(及必要的保护窗口)置零/丢弃、禁用这一路的相关器,避免脉冲污染相关积分、记录空白计数。

S4:退出空白消除:

  • 当连续若干采样都满足k* TH,则认为脉冲结束,恢复相关器工作,回到S1(继续TH自适应+检测

S5:统计与报告

  • 每隔一个统计周期输出空白占比

AIM+:GLONASS L2重映射

核心思想:

  • 支持GPS+GLONASS L2 的接收机通常用同一条模拟L2接收链覆盖两个频段;

  • GLONASS L2GPS L2更易受干扰,尤其是1240MHz 以上,因为与业余无线电等业务共频;

  • 严重干扰时(例如多个高功率宽带信号),可能导致整条L2接收链不可用;

  • 为避免“GLONASS L2被干扰连带GPS L2也丢”,引入remapping:下移数字滤波器中心频率,使 GPS L2 保持可用,而GLONASS L2被阻断。


工程步骤:

S0正常模式:

  • GPS+GLONASS L2 正常跟踪(共享 L2 模拟链 + 默认数字滤波器)。

S1:监测与判定“GLONASS L2 严重干扰”

  • 典型判据:L2 链路整体性能劣化(比如 L2 C/N0 大面积掉、L2 观测中断、甚至 GPS L2 也受牵连);论文指出“多个高功率宽带信号”会导致整条链路不可用。

S2 启用 Remapping(最后手段):

  •  GPS+GLONASS L2 的数字滤波器中心频率下移,保证 GPS L2 仍可用、阻断 GLONASS L2

S3:重映射工作模式:

  • 输出进入 GPS-only  L1+L2工作形态(GLONASS  L1)。

S4:监控与退出:

  • 持续监测干扰是否消失;当 GLONASS L2 干扰解除,可退出 remapping,恢复 GPS+GLONASS L2 全频段工作(论文提到“GLONASS L2 jammed 时可激活”。

AIM+:宽带干扰抑制单元

WBI的机制披露的很少,此处的内容介绍主要基于septentrio的测试案例分析。

WBI会先在频谱/时频域上识别“哪些频率-时间区域被干扰污染”,然后对这些“受污染的频谱成分”做抑制或剔除,尽量保留未污染的 GNSS 成分,再把“清理后的基带”交给跟踪/测量引擎。

WBI机制面向 chirp(扫频)、脉冲、跳频、DME、以及某些高功率通信发射(如 Inmarsat)这类“更复杂/更宽带/更快速变化”的干扰;并且对脉冲型干扰的抑制效果比传统脉冲消除更强。

下面给出一个GPS L1信号受到扫频干扰信号污染:激活WBI前后的对比:

2.3 多频多星座冗余观测

  • 多频/多星座可用卫星更多、观测量更多(伪距、载波、不同频点)

  • 某些观测坏了/掉了解算仍可用(只是精度/收敛会受影响)

  • 干扰往往是按频段压制的(例如只干扰 L1,或只干扰某个 20 MHz 带宽)

  • 拥有更多独立频段被干扰掉一个频段,仍可依赖其它频段维持定位/授时

三、总结

由于 GNSS 地面信号极弱,易被更强的本地射频覆盖;同时频谱拥挤,邻频/带外强信号也可能因前端滤波有限而溢入或抬升前端功率,影响接收。

与此同时,文档按时域/频域特征归纳干扰类型:CW/窄带(频域尖峰)、扫频干扰(覆盖一段频带)、PRN 干扰(扩频重叠)与脉冲干扰(短强脉冲污染积分),为后续按类型选择抑制手段提供依据。

GNSS 抗干扰采用分层、协同、按干扰类型匹配手段的工程体系——模拟域先保证链路不过载与带外压制,通过 AIM+ 实现“针对性抑制”(窄带用陷波、脉冲用消除、极端 L2 场景用重映射兜底),解算层再利用多频多星座冗余维持可用性,从而在复杂电磁环境下最大化定位/授时的连续性与可靠性。

参考文献:

  1. Willems, T.; De Wilde, W. Theory and Practice of the Interference Mitigation Technology (AIM+) in Septentrio Receivers

  2. New Era of Positioning Technology for Terminals(Port Technology International, Edition 128, 2023)
  3. De Wilde, W.; Sleewaegen, J.-M.; Bougard, B.; Cuypers, G.; et al. Authentication by polarization: a powerful anti-spoofing method(ION GNSS+ 2018)
  4. Sleewaegen, J.-M.; De Wilde, W.; Heijnen, S. Stable GNSS Timing under Jamming Attacks: Introducing Zero-Delay Anti-Jam Technology(ITSF 2025, Prague)
  5. Kimbrell, M. S. Heuristic and Cryptographic Spoofing Detection on a Commercial Receiver Module: Performance in Real-World Tests(ION JNC 2024)
  6. Kimbrell, M. S. Precise Jammer Localization Using Commercial GNSS Receiver Modules(ION JNC 2024)
  7. Heijnen, S.; De Wilde, W.; Pauly, T.; Sleewaegen, J.-M. Jamming Mitigation Performance Analysis of a State-of-the-Art Multi-Band Receiver Module(ENC 2025, 2025-05-22)


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