4. 干扰监测与检测

在GNSS干扰环境导航容错工程中，监测与检测是容错链路的“第一道防线”。只有先发现异常，后续的隔离、重构与告警才有意义。本章围绕干扰信号检测方法、频谱监测、功率异常检测、欺骗检测与告警机制四条主线展开，重点说明各方法的适用边界与工程落地要点。

一、核心原理：从“看得见”到“判得准”

GNSS接收机正常工作时，天线口面接收到的信号功率极低，通常在-130 dBm量级，且淹没在热噪声之下。干扰与欺骗正是利用这一脆弱性：压制干扰抬高底噪，使载噪比C/N₀下降；欺骗干扰则伪造与真实信号结构一致的伪码与导航电文，诱导接收机输出错误位置。因此，检测的本质是在时域、频域、空域和统计域上寻找与“正常GNSS信号模型”不一致的偏离。

工程上通常把检测分为三层：前端射频层（频谱、功率）、基带相关层（C/N₀、相关峰、码相位）、导航解算层（位置、速度、时间一致性）。三层各有盲区，必须联合判决。

二、频谱监测：把干扰“画”出来

频谱监测是最直观的检测手段。接收机前端在射频或中频处进行FFT扫描，得到功率谱密度。正常GNSS信号是宽带低功率的扩频信号，频谱近似平坦；窄带干扰表现为某个频点的尖峰，宽带压制干扰表现为整段底噪抬升，扫频干扰则在时频图上呈现斜线轨迹。

工程实现时，常用“底噪估计+门限判决”策略：先对无干扰时段做滑动平均得到噪声基底，再对当前谱线做逐点比较。典型门限为底噪上方6～10 dB。若连续多个扫描周期在同一频点超限，则判定为持续干扰；若超限频点随时间移动，则判定为扫频或跳频干扰。

# 频谱监测伪代码示例
noise_floor = moving_average(psd_history, window=50)
threshold = noise_floor + 8  # dB
for f in freq_bins:
    if psd[f] > threshold:
        jam_flag[f] += 1
if max(jam_flag) > 3:
    trigger_alarm("频谱异常", level=2)

三、功率异常检测：从AGC到C/N₀

功率异常检测关注的是“能量”维度的变化。最直接的观测量是AGC电压：当干扰进入接收机时，AGC会降低增益以维持中频功率恒定，因此AGC电压的突变是压制干扰的强指示。另一个关键量是C/N₀，正常卫星的C/N₀通常在35～50 dB-Hz，若多颗卫星的C/N₀同时下降超过10 dB，则极可能是宽带压制干扰。

需要注意的是，单颗卫星C/N₀下降可能由遮挡、多径或天线方向图引起，不能直接判为干扰。工程上常采用“多星一致性”策略：统计可见卫星中C/N₀下降超过阈值的比例，若比例超过60%，则触发干扰告警。

四、欺骗检测：识别“假信号”

欺骗干扰比压制干扰更隐蔽，因为它不降低信号质量，而是伪造信号。欺骗检测的核心是寻找“物理上不可能”或“统计上不一致”的特征。常用方法包括：

• 相关峰检测：真实信号的相关峰尖锐对称，欺骗信号若与真实信号叠加，会出现双峰或峰形畸变。
• 功率异常：欺骗信号通常比真实信号强，若某颗卫星C/N₀异常偏高且持续，需警惕。
• 多普勒与码相位一致性：欺骗源若与接收机存在相对运动，其多普勒变化率与真实卫星不一致。
• 导航解算一致性：欺骗会导致位置、速度、时间跳变，RAIM残差会显著增大。

实际系统中，欺骗检测往往需要多手段融合。例如，先用功率异常筛选可疑卫星，再用相关峰对称性确认，最后用RAIM残差做最终判决。

五、告警机制：分级响应与工程落地

检测到异常后，系统需要给出明确的告警并执行相应动作。告警机制通常分为三级：一级为提示，记录日志并继续导航；二级为告警，降级使用并排除异常卫星；三级为严重，切换至惯导或其他拒止输出，并停止使用GNSS位置。

六、案例与复盘：一次城市峡谷中的欺骗事件

某城市车载导航在隧道出口后出现位置漂移，初始表现为两颗卫星C/N₀异常升高至55 dB-Hz，随后位置解算出现约200米的跳变。系统首先触发二级告警，排除异常星后位置恢复；但10秒后再次出现跳变，RAIM残差超过门限，系统升级为三级告警并切换至惯导。事后复盘发现，该场景为典型的“先压制后欺骗”组合干扰：压制阶段使接收机失锁，欺骗阶段在重捕时注入伪造信号。

总结来看，干扰监测与检测不是单一算法，而是一套覆盖射频、基带、解算三层的系统工程。频谱监测负责发现“有没有干扰”，功率异常检测负责判断“干扰有多强”，欺骗检测负责识别“信号真不真”，告警机制则负责“发现之后怎么办”。四者环环相扣，才能为后续的容错处理提供可靠输入。