技术论文

干扰环境下的 GNSS：定位为何失准、授时为何“跑偏”（Septentrio AIM⁺ 抗干扰原理与实测）

GNSS 干扰下的定位与授时：带内零延迟抗干扰原理与实测

摘要

现代关键基础设施高度依赖 GNSS 提供的“时间”与“位置”：5G/5G-A 基站同步、电网相位同步、金融高频交易时间戳、数据中心时间同步，以及无人机、自动驾驶、测绘等。一旦 GNSS 受到干扰，轻则精度下降，重则服务中断——甚至会出现更隐蔽的情况：定位看起来没坏，时间却被“悄悄”改变了。本文结合 Septentrio 在 ITSF 2025 的技术分享与 mosaic-X5 的城市实测，讲清干扰如何同时威胁定位与授时，以及 AIM⁺ / 带内零延迟抗干扰技术的应对之道。

关键词：Septentrio、AIM+、带内零延迟抗干扰、GNSS 授时、PPS 偏移、群时延、抗干扰接收机、mosaic-X5、南京宏成智能

内容来源：Septentrio 在 ITSF 2025 Prague 的技术分享《Stable GNSS Timing Under Jamming Attacks》，以及基于 mosaic 系列模组的城市干扰枪实测数据。

一、为什么这件事重要

GNSS 同时提供“位置”和“时间”。其中“时间”往往容易被忽视，却是通信、电力、金融、数据中心等系统的同步基准。干扰对两者的影响并不相同：定位可能只是变差或丢失，而授时可能在不被察觉的情况下被偏移——这类“静默失效”对依赖精确时间的关键系统尤其危险。

图1 Septentrio ITSF 2025 Prague 技术分享：干扰攻击下的稳定 GNSS 授时与零延迟抗干扰技术（图片来源：Septentrio）

二、干扰与欺骗：两种威胁

干扰（Jamming）：在 GNSS 频段内注入射频（RF）噪声，以掩盖来自卫星的信号。

欺骗（Spoofing）：注入伪造的类 GNSS 信号，压制并取代来自卫星的真实信号。

普遍认知是：干扰只是“拒绝服务”（信号被掩盖 → 丢失 GNSS 秒脉冲 PPS），而欺骗更危险（PPS 看似有效，实际却被偏移）。

但事实未必如此——如果处理不当，即便是简单的干扰机，也能让 PPS 发生偏移。

图2 干扰与欺骗：两类典型威胁的作用方式（图片来源：Septentrio）

三、干扰对 GNSS 的两层影响

3.1 定位层面：信号被压制

干扰会让你“收不到”或“收不准”信号：各频段载噪比（C/N0）下降，严重时失去卫星跟踪。

图3 受干扰频段的载噪比（C/N0）变化：AIM+ 关闭与开启对比（图片来源：Septentrio）

3.2 授时层面：PPS 会“悄悄跑偏”

接收机仍在持续输出 PPS，各项表现看起来也正常（PPS 精度未见下降）——但在干扰期间，PPS 实际上已经被时间偏移。

图4 干扰期间接收机仍持续输出 PPS，各项表现看似正常，但时间已发生偏移（图片来源：Septentrio）

四、根因：频段之间的时延不一致

GNSS 接收机使用的是来自不同频段信号的组合。当某个频段被干扰时，参与信号组合的信号会随之改变，相应地，处理链路上适用的延迟也发生了变化。

图5 GNSS 频段分集：接收机使用来自多个频段的信号组合（图片来源：Septentrio）

图6 根本原因示意：参与组合的信号改变 → 适用的处理时延改变 → PPS 发生偏移（图片来源：Septentrio）

天线和接收机中的各类模拟器件（滤波器、放大器等）会引入频率相关的时延——例如天线滤波器在不同频率上的群时延（Group delay）并不相同。

图7 天线滤波器在不同 GNSS 频段的群时延实测（单位：ns）（图片来源：Septentrio）

结果是：定位结果可能不受影响，但时间受到了影响，PPS 由此发生偏移。

五、对策：带内零延迟抗干扰——清洗而非丢弃

传统做法是“频率分集”：被干扰就切换到其他频段；但信号切换会带来时延变化，从而产生 PPS 偏差。Septentrio 的思路是：不清空、不丢弃受影响的频段，而是把它“清洗”干净。

在无干扰环境中进行实时校准；
避免信号切换；
带内零延迟抗干扰：清洗（Cleaning）而非丢弃（discarding）；仅使用恒定延迟滤波器，并进行延迟补偿；线性相位滤波器 → 确定且恒定的延迟。

图8 带内零延迟抗干扰方案：在信号处理链内完成清洗，保持恒定延迟（图片来源：Septentrio）

清洗效果：抗干扰模块前，干扰信号明显可见；抗干扰模块后，干扰被清除，仅剩背景噪声。

图9 抗干扰模块前后的射频频段：干扰能量被清除，仅保留背景噪声（图片来源：Septentrio）

由于干扰期间无需切换到其他信号，PPS 位置保持稳定。

图10 干扰期间无需切换信号，PPS 位置保持稳定（图片来源：Septentrio）

对比项	传统频率分集	带内零延迟抗干扰
受干扰频段	被丢弃，接收机切换到其他信号组合	保留，并在原频段内完成清洗
时延行为	随信号组合改变而变化	恒定，带延迟补偿，并在无干扰环境中实时校准
干扰期间的 PPS	可能发生偏移，且状态显示通常无异常	位置保持稳定

六、实测验证：mosaic-X5 城市干扰枪测试

在城市环境中，用 DJI 干扰枪对搭载 AIM⁺ 的 mosaic（mini）进行了现场测试。

测试条件：

被测设备（DUT）：mosaic mini
天线：Novatel 全频天线
场所：城市中心 DJI 附近
干扰源：DJI GNSS 干扰枪
距离：5–8 m（马路对面）
数据记录：内置 TF 卡

图11 城市现场实测条件：被测设备、天线、干扰源与距离（图片来源：Septentrio）

6.1 频谱：受干扰时 vs 清洗后

L1 频段在受干扰时出现三个强干扰峰（约 1563、1575、1602 MHz）。启用 AIM⁺ 后，这些干扰峰被清除，只剩背景噪声。

图12 受干扰时 L1 频段频谱：约 1563 / 1575 / 1602 MHz 三个强干扰峰（图片来源：Septentrio）

图13 启用 AIM+ 后 L1 频段频谱：干扰峰被清除，仅剩背景噪声（图片来源：Septentrio）

6.2 各频段载噪比（C/N0）

干扰集中在 L1/B1/G1 频段。AIM⁺ 关闭时 C/N0 不稳定（受压制），开启后恢复稳定；L5/L2 等其他频段受影响很小。

图14 L2C / G2 / E5a / B2 频段载噪比（AIM+ 关闭与开启对比）（图片来源：Septentrio）

图15 L5 / G2 / E5a / B3 频段载噪比（AIM+ 关闭与开启对比）（图片来源：Septentrio）

6.3 各频段增益

AIM⁺ 关闭时，受影响的 L1/G1 等频段增益剧烈波动，甚至触及噪声底；开启后增益趋于稳定。

图16 L1 与 G1 频段增益（AIM+ 关闭时剧烈波动，开启后趋于稳定）（图片来源：Septentrio）

图17 L2 与 G2 频段增益（受干扰影响较小的频段）（图片来源：Septentrio）

6.4 干扰指示器（RFStatus）

接收机可实时上报哪些频段检测到干扰、以及是否已抑制（例如：8 = 检测到干扰、未抑制；2 = 检测到干扰并成功抑制），便于系统监控与判断干扰类型。

图18 干扰指示器（RFStatus）输出：8 = 检测到干扰、未抑制；2 = 检测到干扰并成功抑制（图片来源：Septentrio）

6.5 定位精度与稳定性

在城市峡谷且存在干扰的情况下：所有定位点均在 2 m 以内，所有 RTK Fix 定位点均在 1 cm 以内。

图19 城市峡谷干扰环境下的定位精度：所有定位点 ≤2 m，所有 RTK Fix 定位点 ≤1 cm（图片来源：Septentrio）

同时，卫星跟踪数、参与 PVT 的卫星数以及速度解算均保持稳定。

图20 干扰期间的卫星跟踪数与参与 PVT 解算的卫星数保持稳定（图片来源：Septentrio）

图21 干扰期间的速度解算保持稳定（图片来源：Septentrio）

七、结论

GNSS 天线与接收机中的各类模拟元件，会在信号处理链中引入频率相关的时延；
传统“频率分集”抗干扰在不同信号组合之间切换时，可能带来不可忽略的 PPS 偏差；
带内零延迟抗干扰通过“清洗”受影响的频段、而非丢弃该频段，在干扰期间保持 PPS 位置稳定；
实测验证：干扰枪环境下，AIM⁺ 有效抑制了 L1/B1/G1 频段的干扰，RTK Fix 精度 100% 优于 1 cm，PVT 精度 100% 优于 2 m，干扰指示器工作正常。

图22 结论：恒定延迟与稳定 PPS 的实现路径（图片来源：Septentrio）

八、常见问题（FAQ）

干扰会同时影响定位与授时吗？

会，但两者的表现并不相同。定位层面表现为各频段载噪比（C/N0）下降，严重时失去卫星跟踪；授时层面的表现更隐蔽——接收机仍持续输出 PPS，精度指标看似正常，但 PPS 实际上已经发生时间偏移。

为什么干扰会让 PPS 发生偏移？

GNSS 接收机使用的是来自不同频段的信号组合。天线与接收机中的滤波器、放大器等模拟器件会引入频率相关的时延（群时延在不同频率上并不相同）。当某个频段被干扰，参与信号组合的信号随之改变，处理链路上适用的延迟也发生变化，于是定位可能不受影响，但时间受到影响。

什么是带内零延迟抗干扰？

传统做法是频率分集：被干扰就切换到其他频段，但切换会带来时延变化，从而产生 PPS 偏差。带内零延迟抗干扰的核心思路是：不清空、不丢弃受影响的频段，而是在原频段内完成信号清洗；仅使用恒定延迟滤波器并进行延迟补偿，配合线性相位滤波器获得确定且恒定的延迟。

实测中的定位精度和干扰抑制效果如何？

在城市峡谷且存在干扰的条件下，所有定位点均在 2 m 以内，所有 RTK Fix 定位点均在 1 cm 以内；L1 / B1 / G1 频段的干扰得到有效抑制，卫星跟踪数、参与 PVT 的卫星数以及速度解算均保持稳定。

接收机如何上报干扰状态，便于系统监控？

接收机可实时上报哪些频段检测到干扰、以及是否已抑制。例如状态 8 表示检测到干扰但未抑制，状态 2 表示检测到干扰并已成功抑制，便于系统监控与判断干扰类型。

九、附录：Septentrio 高精度 GNSS 模组与接收机

上述抗干扰与授时能力来自 Septentrio 接收机平台本身。以下为可实现同类能力的 Septentrio 自有产品线：

图23 Septentrio mosaic-X5（图片来源：Septentrio 产品资料）

Septentrio mosaic-X5：多频多星座高精度 GNSS 模组，本文实测所用 mosaic 系列模组的同系列产品。

图24 Septentrio Mosaic-G5 系列（P1 / P3 / P3H / T / P6 / P8）（图片来源：Septentrio 产品资料）

Septentrio Mosaic-G5 系列（P1 / P3 / P3H / T / P6 / P8）：新一代超紧凑型抗干扰模组系列，支持 AIM+ 抗干扰与抗欺骗。

图25 AsteRx 系列（图片来源：Septentrio 产品资料）

AsteRx 系列：高端多频 GNSS 板卡与接收机，面向高动态与高可靠性应用。

图26 PolaRx5 系列（图片来源：Septentrio 产品资料）