从俄乌战场的攻防战，看无人机 GNSS 抗干扰天线的演进
在俄乌战争之前，抗干扰天线-受控方向图天线（CRPA，Controlled Reception Pattern Antenna）是 GNSS 行业妥妥的贵族产品：4 阵元抗干扰天线售价动辄数万元人民币，客户仅限研究所和少量特种单位，年出货量屈指可数。绝大多数导航工程师这辈子都没有见过内部的结构组成，更没机会亲手拆一台。
俄乌战争把这一切打破了。仅仅三年，CRPA 完成了从高端前沿 到战场消耗品的身份转变------阵元数从 4 跳到 16、再迈向 24，处理架构全面转向数字，供应链也从高端器件转到了普通工业级/民用器件。
战争是推动技术快速进步、产品快速迭代最大的推动力。
本文所有信息均来源于互联网公开资料，包括 OSINT 社区的残骸分析报告、行业媒体报道及专利文献。涉及未经官方确认的内容，已在正文中明确标注来源层级。
一、基础原理：什么是 CRPA 抗干扰天线
本章面向没有深入接触阵列天线的读者，专业人士可跳过直接从第二章开始。
1.1 传统单天线的致命弱点
普通 GNSS 贴片天线是一个近似全向辐射体：在上半球方向上，它对各方向来的信号一视同仁，无法区分哪个方向是卫星、哪个方向是干扰机。这个特性在正常使用时无所谓，但一旦遇到专业压制式干扰，就是致命的。
压制式干扰的物理本质，用干噪比（J/S，Jammer-to-Signal Ratio） 来描述：当干扰机的等效功率超过卫星信号的接收功率一定门限，接收机就会失锁。由于 GPS L1 C/A 码在地表的接收信号功率约为 −130 dBm，而一台中等功率干扰机在数百米内可轻松产生 −70 dBm 以上的干扰，J/S 轻易超过 40~50 dB 的失锁门限。
单天线在 J/S > 50 dB 的环境下无解------这不是接收机算法可以弥补的，必须从天线层入手解决干扰抑制问题。
关于 GNSS 接收机自身抗干扰能力的分析，可参考本系列前置文章。
1.2 CRPA 的工作原理：零陷赋形
CRPA 的核心思想是：干扰机和卫星处于不同的空间方向 ，只要天线阵列能识别干扰方向并在该方向"挖一个洞"，就可以在不影响接收卫星信号的前提下大幅衰减干扰。这个"洞"在专业领域叫做零陷（Null）。
物理实现上，CRPA 由一个中心单元加 N 个外围单元构成天线阵列，相邻单元间距通常为 λ / 2 \lambda/2 λ/2。对于 GPS L1 频点（1575.42 MHz），波长 λ ≈ 19 c m \lambda \approx 19\ \mathrm{cm} λ≈19 cm，所以典型阵元间距约为 9.5 cm。
自适应处理器对每个阵元的输出信号乘以一个复数权值 w i w_i wi，合并后的输出为：
y = ∑ i = 1 N w i ⋅ x i = w H x y = \sum_{i=1}^{N} w_i \cdot x_i = \mathbf{w}^H \mathbf{x} y=i=1∑Nwi⋅xi=wHx
其中 w \mathbf{w} w 是权值向量，通过最小均方（LMS）或采样矩阵求逆（SMI）等自适应算法实时更新，目标是在干扰来向上令阵列方向图增益趋近于零，同时保持卫星方向增益不变。
1.3 自由度
自由度（DoF） 是理解 CRPA 能力上限的核心概念：
CRPA最大可同时抑制干扰源数 = N 阵元 − 1 \text{CRPA最大可同时抑制干扰源数} = N_{\text{阵元}} - 1 CRPA最大可同时抑制干扰源数=N阵元−1
4 阵元 CRPA → 最多同时抑制 3 个干扰源；16 阵元 CRPA → 最多可以同时抑制干扰数量 15 个。这个公式将在后续所有章节中反复出现，是理解阵元数军备竞赛逻辑的基础。
关于抗干扰天线CRPA可以参考之前的文章：
GNSS 抗干扰天线和 CRPA------它们是同一件事吗？
工程上，阵元数增加带来的不是免费的午餐，而是典型的四维权衡：
| 维度 | 阵元数 ↑ 的代价 |
|---|---|
| 重量和尺寸 | 阵列口径线性增大，天线阵列尺寸增大，天线重量增加 |
| 功耗 | 每路 ADC + 处理通道功耗叠加 |
| 处理延迟 | 权值计算复杂度随阵元数平方级增长（SMI 算法） |
| 成本 | 阵列数量增大，整体成本急剧增加 |
二、裸奔时代（2022）：暴露的脆弱性
在 2022 年的时候，GNSS 接收机几乎都没有配置抗干扰天线 CRPA，当时 GNSS 接收机完全是在没有任何抗干扰设计的条件下裸奔。
2.1 Shahed-136 的原始导航配置
俄军 2022 年大规模使用的伊朗制 Shahed-136（俄方编号 Geran-2）最初的导航系统极为简单：民用 GPS 单频贴片天线 + 纯 INS 惯性导航，无任何抗干扰措施。这个配置与消费级测绘无人机几乎没有本质区别。
INS 的误差累积特性（陀螺漂移约 1~10 °/h，加速度计偏置约 1~10 mg）意味着：在 GNSS 完全失效后，飞行 1 小时的 Shahed 可能积累 数百米到数公里的位置误差。这对于目标尺度 10~50 m 的打击任务而言，基本等同于失效。
2.2 乌方电子战的第一波反制
乌克兰迅速部署了多种电子战系统，包括 Pokrova 等干扰平台，针对 GPS L1 频点实施压制。据乌克兰官方发布的数据（需注意该数据为交战方单方面战果声明），部分批次的 Shahed 出现了明显的偏航，命中率大幅下降。
这种脆弱性不是偶然的。设计之初，Shahed 被定位为廉价消耗型弹药，单价约 2 万美元，导航系统的成本预算极为有限。在没有电子战威胁预期的场景中，民用 GNSS 天线完全够用。
当对手主动部署电子战，"廉价 + 裸奔"这个组合直接宣告失效。这一矛盾在 2022 年下半年就已清晰可见，直接触发了 CRPA 工程化的紧迫需求。
参考文献：https://www.secrss.com/articles/81241
三、第一代产品（2023）：Cometa-M 4 阵元上战场
3.1 产品规格与安装形态
2023 年起，从被击落的 Geran-2 残骸中，乌克兰 OSINT 社区识别出了俄方自研的 Kometa-M（Комета-М）四阵元 CRPA 天线，制造商为俄罗斯 VNIIR-Progress 研究所。
核心规格如下：
| 参数 | 数值/描述 |
|---|---|
| 阵元数 | 4 |
| 阵列直径 | 约 120 mm |
| 支持星座 | GPS L1/L2 + GLONASS L1/L2 |
| 波束形成方式 | 模拟波束形成（ABF） |
| 权值更新周期 | 约 1 ms（经验值） |
| 最大同时抑制干扰数 | 3（= 4 − 1） |
| 抗干扰余量 | 约 20 dB（经验值） |
| 安装形态 | 盖板式天线罩，顶部安装 |
安装适配平台包括 Shahed-136/Geran-2 弹体顶部以及 UMPK 滑翔炸弹套件。天线以"盖板"形式直接替换原有天线安装位，工程集成改动最小。
3.2 工程局限
Cometa-M 4 阵元方案在实战中迅速暴露了三个工程短板：
第一，ABF 架构的响应速度瓶颈。 模拟波束形成（ABF，Analog Beam Forming）网络使用移相器和衰减器调节各通道权值，硬件切换时间决定了权值更新速度下限，约 1 ms。面对快速机动的移动干扰平台，这个收敛速度可能跟不上干扰方向的变化，导致零陷短暂"漂移"。
第二，平面阵列对低仰角干扰覆盖不足。 4 个阵元在同一平面内排列，阵列法线方向（天顶方向）增益最强，但对来自低仰角（10°~30°）的干扰机抑制能力弱于理论值。战场上，干扰机往往部署在地面，天线对其抑制能力打了折扣。
第三，3 个自由度很快被乌方消耗殆尽。 乌方一旦理解了这个约束，就可以在飞行路线上部署 4 个以上的电子战节点，让 Cometa-M 的自由度完全耗尽。
第一代 CRPA 成功解决了"单一强干扰"场景下的失锁问题，但面对多点协同电子战时，3 个自由度就是天花板------当战场上部署 4 个以上的干扰机时，第一代 CRPA 失效了。
四、供应链替代（2024）
4.1 制裁冲击
随着西方制裁不断收紧，Kometa-M 的生产商 VNIIR-Progress 研究所面临严峻的元器件供应压力。后期该研究所更遭乌克兰无人机定点打击，制造能力进一步受损，供应链彻底出现缺口。
俄方随即开辟了供应链替代路径。
4.2 伊朗 + Tallysman 集成方案
从被击落飞越波兰边境的 "Herbera" 型无人机残骸中，United24 Media 分析团队发现了一套特殊的导航模组：加拿大 Tallysman 公司的 4 通道 CRPA 前端（AJ 系列）+ 伊朗自研数字处理板。
集成接口标准化为：
- 射频通道：4 路 SMA 同轴接口
- 数据接口：RS-422 串行总线（军用设备常用接口标准）
Tallysman 的 AJ 系列本是面向商业市场的测量级 CRPA 前端，在农业精准作业、无人勘测等场景均有应用。伊朗方面通过自研数字处理板完成与飞控系统的适配，绕开了对完整军用 CRPA 系统的直接采购。
这一路径揭示了一个值得关注的工程事实：商业 CRPA 前端的射频性能，已经达到甚至超过 2010 年代军用专研水平，出口管制的技术壁垒正在快速收窄。
五、阵列军备竞赛（2024--2025）：4 → 8 → 12 → 16 阵元
5.1 关键工程升级：每一步跃升的驱动力
4 → 8 阵元：可同时抑制 7 个干扰
CRPA 的阵元数从 4 增至 8，自由度从 3 跃升至 7------依然是单层平面圆形阵列几何，8 个阵元均匀分布在同一圆周上，阵列直径约 160 mm。即使乌方部署 7 个协同电子战节点，系统仍可保持全部压制。
下图是乌克兰方面研制的9阵元抗干扰天线CRPA。
8 → 12 阵元：可同时抑制 11 个干扰
在 8 阵元版基础上，此型号进一步增加阵元数至 12，依然采用单层圆形阵列几何------从上图残骸照片中可以清楚看到，12 个阵元均匀分布在同一平面上。
自由度从 7 提升至 11，意味着即使面对 11 个同时工作的干扰节点，系统仍可全部抑制。这一版本的核心驱动力仍然是自由度军备竞赛：乌方部署的电子战节点数量持续增加，俄方以增加阵元数作为直接应对。
12 → 16 阵元：单层变双层，几何跃升
16 阵元是目前（2025 年末）从媒体报道和分析中可确认的最新版本，16 阵元型号采用单层双环平面阵列 （内环 6 + 外环 10），所有阵元在同一水平面内。双环设计的核心目的是在有限口径约束下增加阵元数量，双环布局通过内外圈错开，在有限口径内塞入更多阵元。同时通过内外圈不同半径提供更丰富的空间采样多样性，提升零陷赋形精度。其抗干扰方向图覆盖依然主要针对水平方向来的干扰。
六、演进规律总结
6.1 五代产品对抗逻辑汇总
| 演进阶段 | 核心特征 | 技术核心 |
|---|---|---|
| 初期（2022） | 裸奔时代 | 单天线，无抗干扰能力 |
| 第一代（2023） | 解决有无 | 4 阵元 ABF，抑制 3 个干扰源 |
| 第二代（2024） | 供应链替代 | COTS 器件集成，成本大幅下降 |
| 第三代（2024-2025） | 自由度扩展 | 8/12/16 阵元，平面/双层布局 |
| 未来趋势 | 算法升级 | 阵列规模化、元器件民用化、算法空时化 |
6.2 总结
回顾 GNSS 抗干扰天线的演进历程，我们看到的不仅仅是阵元数量的简单堆叠，而是一场"算法能力替代射频隔离"的技术革命：
- 架构的彻底数字化： 抗干扰技术已从早期的模拟移相（ABF）转向全数字波束形成（DBF）。数字化意味着天线不再依赖昂贵的精密微波器件，而是通过通用型 ADC 和高性能 FPGA 依靠"算力"来解决干扰问题。
- 供应链的"去贵族化"： 在俄乌战场之前，CRPA 是妥妥的"奢侈品"，一套要好几万块 。俄乌战场的实战证明，基于 COTS（商用现成品）组件集成的 CRPA 在复杂电磁环境下表现出了极高的性价比。利用工业级射频前端（如 Tallysman 方案）配合定制化算法，打破了过去军用抗干扰天线的高成本的幻象。
- 自由度的"饱和攻击"与防御： 演进的核心动力在于"自由度（DoF）"的博弈。当攻击方通过增加干扰源数量意图耗尽防御方的自由度时，防御方被迫从 4 阵元跳跃至 16 阵元甚至更多。这种"军备竞赛"将推动 CRPA 向更小体积、更高集成度和更强算法自适应能力方向迭代。
总结： 未来的抗干扰天线将不再是导航系统的"选配附件"，而是无人化平台在强对抗环境下的"生存底线"。