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。
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+
在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 Remapping(GLONASS 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。K取2或4。
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 L2比GPS 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):
将 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 的 L1+L2工作形态(GLONASS 仅 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:
Willems, T.; De Wilde, W. Theory and Practice of the Interference Mitigation Technology (AIM+) in Septentrio Receivers
New Era of Positioning Technology for Terminals(Port Technology International, Edition 128, 2023) De Wilde, W.; Sleewaegen, J.-M.; Bougard, B.; Cuypers, G.; et al. Authentication by polarization: a powerful anti-spoofing method(ION GNSS+ 2018) Sleewaegen, J.-M.; De Wilde, W.; Heijnen, S. Stable GNSS Timing under Jamming Attacks: Introducing Zero-Delay Anti-Jam Technology(ITSF 2025, Prague) Kimbrell, M. S. Heuristic and Cryptographic Spoofing Detection on a Commercial Receiver Module: Performance in Real-World Tests(ION JNC 2024) Kimbrell, M. S. Precise Jammer Localization Using Commercial GNSS Receiver Modules(ION JNC 2024) 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)
