1. 课程导入

无人机能够在空中稳定悬停、按航线飞行并自动返航，前提是飞控持续获得可信的位置、速度与时间信息。GNSS（全球导航卫星系统）正是这一信息链的源头。它把卫星信号中的伪距、载波相位和多普勒观测值交给接收机，接收机解算出位置与时间，再通过导航滤波器送入飞行控制律。问题在于，民用GNSS信号到达地面时功率极低，且其结构公开、频点固定，这为欺骗攻击留下了可乘之机。本课程要解决的核心问题不是"GNSS会不会被欺骗"，而是"当欺骗已经发生或可能发生时，无人机如何发现、如何判断、如何处置"。

一、学习目标：从"知道风险"到"能建防线"

本课程面向无人机飞控、导航、测试与安全岗位的学习者，目标是建立一条完整的能力链。完成学习后，你应当能够：

• 理解原理：说清GNSS欺骗与干扰的本质区别，掌握欺骗信号的生成方式、作用机理与典型攻击阶段。
• 识别特征：从接收机观测域、导航解算域和飞控状态域提取可用于检测的异常特征，如载噪比突变、伪距残差跳变、位置跳变、速度与航向不一致等。
• 设计检测：能够组合信号层、数据层与行为层方法，构建多级检测逻辑，并给出阈值、窗口与判决条件。
• 实施防护：掌握天线、接收机、惯导组合、飞控策略与地面监控等不同层级的防护手段及其适用边界。
• 完成验证：能搭建仿真或半实物测试场景，记录日志、复现攻击、评估检测率与误报率。

二、核心概念：先分清干扰、欺骗与防护

GNSS干扰（Jamming）是用强噪声压制信号，使接收机无法锁定卫星，表现为失锁、定位不可用；GNSS欺骗（Spoofing）则是伪造与真实信号结构一致的假信号，让接收机在"看似正常"的情况下输出错误位置或时间。干扰是"让你看不见"，欺骗是"让你看错"。欺骗又可细分为压制式欺骗、生成式欺骗和转发式欺骗：压制式先用强信号压制真实信号再接管；生成式直接合成与真实星历一致的假信号；转发式则接收真实信号后延迟转发，诱导接收机逐步偏移。

与检测直接相关的概念包括：载噪比（C/N0）、伪距残差、多普勒频移、接收机自主完好性监测（RAIM）、惯性导航系统（INS）组合、以及时间同步。欺骗攻击往往不是瞬间完成，而是经历"同步—牵引—接管"的过程，这为检测提供了时间窗口。

三、整体框架：三层检测与四层防护

上图给出了本课程的整体框架。左侧是攻击链，从信号侦察、假信号生成、牵引偏移到接管定位，最终导致飞控误动作；中间是检测层，按观测域、解算域、行为域三个层次提取特征；下方是防护层，按天线与射频、接收机与算法、组合导航、飞控与地面四个层级实施纵深防御；底部是验证闭环，通过仿真注入、半实物测试和日志复盘不断迭代阈值与策略。

需要强调的是，检测与防护不是并列关系，而是"先检测、后处置"的因果链。检测回答"是否被欺骗、置信度多高"，防护回答"在什么条件下采取什么动作"。如果检测置信度不足就贸然切换导航源，可能造成比欺骗本身更严重的飞行风险。

四、方法流程：一次完整的检测与处置

下面给出一个可落地的处理流程，后续章节会逐项展开。

步骤1  采集：接收机原始观测 + INS数据 + 飞控状态
步骤2  预处理：时间对齐、野值剔除、坐标统一
步骤3  特征提取：C/N0、伪距残差、位置跳变、航向差
步骤4  多级判决：单特征阈值 → 多特征融合 → 置信度输出
步骤5  处置决策：告警 / 隔离GNSS / 切换INS / 返航 / 人工接管
步骤6  记录复盘：保存原始日志，标注攻击时段与检测结果

五、典型场景与误区复盘

场景一：某多旋翼在开阔地悬停时突然向西漂移，飞控显示位置正常但实际航向偏转。事后日志显示C/N0在数秒内整体抬升，伪距残差同步跳变，属于典型的生成式欺骗牵引阶段。若仅看位置输出，很难发现异常；若结合C/N0与INS航向差，则可在牵引早期告警。

场景二：城市峡谷中GNSS位置频繁跳变，被误判为欺骗。复盘发现是多径与非视距信号导致，C/N0下降而非抬升，且无多星一致性异常。这说明检测必须结合环境上下文，不能只依赖单一阈值。

六、学习路径建议

建议按"原理—特征—检测—防护—验证"的顺序推进：先建立对欺骗机理的准确认识，再掌握可观测特征，然后学习检测算法与判决逻辑，接着理解各层防护手段的适用边界，最后通过仿真与实测完成闭环验证。每学完一个模块，都应回到本节的框架图，确认自己处在哪一层、解决了哪个问题。

当你能够独立完成"采集—特征—判决—处置—复盘"这一整条链路，并能为每个环节给出可验证的依据时，就已经具备了无人机GNSS欺骗检测与防护的核心能力。