2. GNSS基础与拒止环境
无人机自主导航的第一道“外部基准”通常来自GNSS。理解GNSS为何能给出位置、又为何会在城市峡谷、林区、室内或对抗环境中失效，是设计拒止导航方案的前提。本节从定位原理出发，梳理误差来源、信号遮挡、欺骗与压制干扰，并给出拒止环境的分类方法，为后续多源融合与自主导航策略建立判断依据。
一、GNSS定位原理：从测距到定位
GNSS采用“单向测距+多星交会”的被动定位体制。卫星播发含时间戳与星历的导航电文，接收机根据信号到达时间差计算伪距：
ρ = c · (t_rx − t_tx)
= 几何距离 + c·(δt_rx − δt_sv) + 电离层 + 对流层 + 多径 + 噪声由于接收机钟差未知，至少需要4颗卫星才能同时解算三维位置与钟差。接收机先由星历计算卫星位置，再用最小二乘或卡尔曼滤波求解自身坐标。若使用载波相位，还可通过双差、RTK或PPP获得厘米级定位，但需要模糊度固定与连续跟踪。
二、误差来源与信号遮挡
GNSS误差可分为卫星端、传播端和接收端三类。卫星端包括星历误差与卫星钟差；传播端主要是电离层延迟、对流层延迟和多径；接收端包括接收机钟差、天线相位中心变化和噪声。其中电离层延迟在低仰角时可达数米至数十米，多径在建筑密集区会造成米级甚至十米级跳变。
信号遮挡则直接改变可见卫星集合。当无人机进入城市峡谷、桥下、密林或室内，部分卫星信号被遮挡或衰减，导致可见星数下降、几何构型变差（DOP升高），定位解出现漂移甚至中断。遮挡不是“完全没信号”，而是“可用观测不足”，因此常表现为精度缓慢恶化而非瞬间丢失。
三、欺骗干扰与压制干扰
干扰分为压制与欺骗两类。压制干扰（Jamming）通过发射同频或带内噪声抬高噪声底，使接收机无法捕获或跟踪卫星信号，表现为C/N0骤降、可见星数减少、定位中断。欺骗干扰（Spoofing）则发射与真实信号结构一致的伪造信号，诱导接收机输出错误位置或时间。欺骗更隐蔽：接收机可能仍显示“定位正常”，但位置已偏离真实轨迹。
| 干扰类型 | 典型现象 | 检测线索 | 工程应对 |
|---|---|---|---|
| 压制干扰 | C/N0下降、失锁、定位中断 | 噪声底抬升、AGC异常 | 自适应调零天线、换频、惯性递推 |
| 欺骗干扰 | 位置跳变、时间异常、轨迹不合理 | 多源一致性差、RAIM告警 | RAIM/惯性比对、认证信号、拒用可疑星 |
| 信号遮挡 | 可见星减少、DOP升高、缓慢漂移 | 卫星几何构型变差 | 多星座、多频、视觉/激光辅助 |
四、拒止环境分类与场景案例
工程上可按“拒止程度”和“拒止机理”两个维度分类。按程度分为：精度降级（米级漂移）、可用性降级（间歇失锁）、完全拒止（长时间无解）。按机理分为：自然遮挡型、电磁压制型、欺骗诱导型、混合对抗型。
- 城市峡谷：高楼遮挡+多径，可见星少且DOP高，定位跳变频繁。
- 密林/峡谷：树冠与山体遮挡，信号衰减，间歇性失锁。
- 室内/地下：GNSS基本不可用，需UWB、视觉、激光或地磁替代。
- 对抗环境：压制与欺骗并存，需RAIM、惯性比对与多源交叉验证。
五、复盘：从GNSS输出到拒止判断
实际工程中，建议在导航软件中建立“GNSS健康度”评估：连续监测可见星数、平均C/N0、HDOP/VDOP、伪距残差、RAIM可用性，并与惯性递推、视觉里程计或气压高度进行一致性比对。当健康度低于阈值时，及时切换至拒止导航模式，避免把错误定位送入控制回路。
GNSS健康度检查（示例阈值）
可见星数 < 6 → 降级
平均C/N0 < 30 dB-Hz → 降级
HDOP > 3.0 → 降级
RAIM 不可用 → 拒用
位置跳变 > 5 m/s → 疑似欺骗
多源偏差 > 10 m → 切换惯性/视觉