從一網(wǎng)（OneWeb）開始，到馬斯克的星鏈（Stailink），近些年來，關(guān)于低軌（LEO）衛(wèi)星巨型星座，已經(jīng)成為航天界的熱門話題，但是其重點(diǎn)還是在衛(wèi)星低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)，關(guān)于用來進(jìn)行導(dǎo)航，只有停留在用于增強(qiáng)的話題，這是沿用銥星的概念（iGPS）。自從2018年《導(dǎo)航》雜志第一期有文章提出利用低軌衛(wèi)星星座獨(dú)立實(shí)現(xiàn)PNT服務(wù)以來，確立了導(dǎo)航在低軌衛(wèi)星星座中的地位，而且也逐步引入了導(dǎo)航與通信融合星座的問題，還形成了如修娜空間系統(tǒng)（Xona Space Systems）這樣的初創(chuàng)公司。從研究結(jié)果看來，低軌導(dǎo)航衛(wèi)星星座，將從三方面，改變PNT服務(wù)的格局，這就是泛在化、可信化、市場化。而其真正創(chuàng)造的新模式，是市場化模式。以下將從“三化一模式”來談LEOPNT后續(xù)的發(fā)展。

　　低軌導(dǎo)航星座，將PNT服務(wù)推向泛在化的格局，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無縫定位。一年一度的慕尼黑衛(wèi)星導(dǎo)航峰會，以其在空間和導(dǎo)航大國頂級代表之間的高層交流而聞名，但會議還設(shè)有豐富的技術(shù)會議，深入了解最新趨勢。在2022年慕尼黑衛(wèi)星導(dǎo)航峰會上，來自美國和歐洲的演講者談到了用低軌衛(wèi)星于新PNT服務(wù)。進(jìn)一步把低軌衛(wèi)星星座的PNT服務(wù)提到可行的高度。未來的LEO巨型星座將與現(xiàn)有的中軌（MEO）GNSS解決方案結(jié)合運(yùn)行和/或自行提供成熟的PNT服務(wù)。它們將幫助推動(dòng)最新的自主應(yīng)用，利用新空間技術(shù)、5G、人工智能和有效載荷軟件化等。

　　低軌導(dǎo)航衛(wèi)星，將PNT服務(wù)推向可信化的格局，實(shí)現(xiàn)可信可靠可確保的服務(wù)。總部位于加利福尼亞州的修娜空間系統(tǒng)（Xona Space Systems）公司的首席執(zhí)行官布賴恩﹒曼寧（Brian Manning）在關(guān)于新的天基導(dǎo)航概念的會議上展開的討論中，他告訴在線參與者：“可信的位置和時(shí)間是真正任何設(shè)備或設(shè)備安全運(yùn)行最基本支柱之一。車輛，隨著自主性的不斷提高和人際互動(dòng)的減少，這一點(diǎn)變得更加重要。我們的目標(biāo)是使現(xiàn)代技術(shù)、自主性、無人機(jī)、機(jī)器人技術(shù)成為可能，并且為了使這些應(yīng)用擴(kuò)展到大眾，我們需要擁有強(qiáng)大且值得信賴的PNT，來與它們一起擴(kuò)展”。

　　低軌導(dǎo)航星座，將PNT服務(wù)推向市場化的格局，實(shí)現(xiàn)高精度多樣化服務(wù)。GNSS是當(dāng)今占主導(dǎo)地位的PNT技術(shù)，支持大批量用戶應(yīng)用，但每個(gè)用戶部門都有自己的需求、自己的痛點(diǎn)和威脅向量。一些用戶正在尋找極高的精度和快速收斂，而另一些用戶則更關(guān)心室內(nèi)穿透和干擾保護(hù)，或GNSS的其它替代品。還有一些人專注于降低功耗和對付多路徑效應(yīng)。然后是汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，他們往往想要這一切。“在精度方面，當(dāng)今理想的導(dǎo)航解決方案需要以每分鐘內(nèi)保持一英寸精度級別的性能為目標(biāo)，”曼寧說，“但它還需要在分米左右的級別上非常非常可靠的實(shí)現(xiàn)，它必須在沒有任何本地基礎(chǔ)設(shè)施的情況下做到這一點(diǎn)。在現(xiàn)代世界，我們開始看到LEO星座可能是個(gè)明顯的贏家”。

　　Xona正在開發(fā)使用現(xiàn)成組件的低成本衛(wèi)星，高功率信號可以到達(dá)室內(nèi)。LEO的快速幾何變化意味著快速收斂。曼寧說，與在冷戰(zhàn)范式下開發(fā)的現(xiàn)有的GNSS架構(gòu)不同，新的LEO架構(gòu)不需要具有更高的軌道，不需要基于公共部門的控制系統(tǒng)或堅(jiān)固的抗輻射硬件。

　　“我們看到的最突出的現(xiàn)代用戶是在商業(yè)市場上，”他說，“與軍方相反，保持自動(dòng)駕駛汽車依次有序運(yùn)作，已成為比原先GPS提出的將五枚炸彈投入同一個(gè)洞中更為熱門的主題。甚至人們正在處理的威脅空間--現(xiàn)在的目標(biāo)是防止諸如網(wǎng)絡(luò)攻擊和欺騙攻擊之類的事情，而不是戰(zhàn)術(shù)核打擊。”當(dāng)曼寧提出導(dǎo)航可能是最后一個(gè)完全擁抱新太空時(shí)代的太空領(lǐng)域時(shí)，他引起了一些人的注意。“我們需要開始超越一些經(jīng)典軌道”，他說。“有了新的LEO架構(gòu)，你真正開始利用其他一些新空間技術(shù)，比如星間電路交叉鏈接和新的信號結(jié)構(gòu)，來創(chuàng)建具有一些非常獨(dú)特特征的新一代導(dǎo)航星座”。至于地面控制，他說，“現(xiàn)在有很多我們可以利用的地面站即服務(wù)商業(yè)運(yùn)營商，可見國家機(jī)構(gòu)控制不一定是硬性要求，而市場化帶來強(qiáng)大的生命力，是無法估量的驅(qū)動(dòng)能量。

　　Xona計(jì)劃在今年（2022年）晚些時(shí)候發(fā)射其前兩顆演示衛(wèi)星。“該脈沖（Pulsar）星座旨在提供安全、高性能的PNT服務(wù)，并圍繞民用進(jìn)行規(guī)劃。該服務(wù)不需要任何類型的外部校正即可達(dá)到厘米級精度，事實(shí)上，它實(shí)際上包含GNSS校正作為服務(wù)的一部分，以及其他GNSS增強(qiáng)功能，不僅限于校正，例如安全性和完好性監(jiān)測控制、采集輔助以及現(xiàn)代加密和身份驗(yàn)證技術(shù)”。商業(yè)模式將是PNT即服務(wù)，曼寧表示 Xona已經(jīng)與一級供應(yīng)商和接收機(jī)制造商合作，將Pulsar功能集成到不同的用戶設(shè)備中，以便在2024年底，或者2025年初推出初始服務(wù)。

　　為了將PNT服務(wù)，或者從廣義層面而言是時(shí)空信息服務(wù)，推向一個(gè)從未有的應(yīng)用與服務(wù)產(chǎn)業(yè)高度，將這一巨大無比的生產(chǎn)力，從政府部門或者相關(guān)機(jī)構(gòu)手中解放出來，唯一的辦法是推進(jìn)市場化運(yùn)作新模式。從GNSS發(fā)出的PNT服務(wù)，為時(shí)空信息服務(wù)奠定了高精度大眾化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)，而低軌導(dǎo)航衛(wèi)星星座開辟的是真正的市場化的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在它基礎(chǔ)之上，把PNT服務(wù)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)加以完善，由技術(shù)基礎(chǔ)（MEO）、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)（LEO）兩個(gè)分層向外延伸，特別是向地面延伸，形成以近地分層為主的服務(wù)基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真正實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地覆蓋全時(shí)空，做到了無處不在、無處不在、無所不在。

　　歐洲航天局的ESTEC無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和技術(shù)部門負(fù)責(zé)人萊昂內(nèi)爾·雷斯（Lionel Reis）將LEO PNT描述為更大的、多層系統(tǒng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，以實(shí)現(xiàn)無處不在、可靠的分米級PNT服務(wù)，范圍從室內(nèi)到月球。“具有航位推算、增強(qiáng)數(shù)據(jù)、完好性數(shù)據(jù)的多星座GNSS非常成功，并且已經(jīng)滿足了很多需求。但現(xiàn)在我們看到了激發(fā)PNT技術(shù)發(fā)展的趨勢，超越了現(xiàn)有的GNSS，主要解決了要求更高的用例，例如自主系統(tǒng)、自主車輛和無人機(jī)的高精度和可靠的定位。另一個(gè)例子是室內(nèi)定位、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)），工廠中的機(jī)器控制和旁及各行各業(yè)的自主無人系統(tǒng)”。

　　今天的用戶需要完全安全且有彈性的PNT、低能耗定位和進(jìn)行資產(chǎn)跟蹤。“很可能一個(gè)萬能的、單一的系統(tǒng)、將不適合滿足所有這些更苛刻的需求”，雷斯說。他堅(jiān)持認(rèn)為，多星座GNSS具有真正的優(yōu)勢，包括全球覆蓋、高精度、無處不在厘米機(jī)精度、免費(fèi)可用以及非常高的穩(wěn)定性和安全性。“盡管如此”，他說，“與任何其他解決方案一樣，它也有其缺點(diǎn)，比如眾所周知的低信號強(qiáng)度脆弱性”。雷斯表示，歐空局將擴(kuò)展系統(tǒng)架構(gòu)方法，以涵蓋中高軌道GNSS，連同LEO分層和靠近地面的第三層，覆蓋PNT熱點(diǎn)。“MEO GNSS系統(tǒng)不斷發(fā)展，”雷斯說。“在歐空局，我們正在研究伽利略第二代以及新的EGNOS開發(fā)。同時(shí)，LEO分層衛(wèi)星可以利用這些低軌道的更高動(dòng)態(tài)，它們可以引入新的頻率。因此，這個(gè)LEO分層可能涉及類似GNSS的系統(tǒng)，或5G非地面網(wǎng)絡(luò)，即5G的天基組件。或者它可以是為海上開發(fā)的VDES（VHF 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)）信號，例如。然后在最低級別，我們可以談?wù)摰孛婊驘o人機(jī)上的要素。我們還可以利用航位推算和用戶技術(shù)的進(jìn)步，例如天線分集、傳感器融合等”。

　　雷斯說，今天的LEO計(jì)劃回歸了過去的概念：“我們知道子午儀（TRANSIT），是1960和 70 年代第一個(gè)可運(yùn)作的LEO PNT系統(tǒng)。在上世紀(jì)90年代，INES概念著眼于如何重用不同種類的信號來提供來自LEO的定位服務(wù)。而今天的舉措是由對替代PNT和新興需求的日益增長的期望推動(dòng)的”。他說，新空間機(jī)會可以降低在LEO部署大型空間基礎(chǔ)設(shè)施的成本，自2018年左右以來，我們已經(jīng)看到全球商業(yè)和機(jī)構(gòu)舉措的加速。最近的LEO計(jì)劃包括中國的CentiSpace項(xiàng)目、美國的機(jī)構(gòu)計(jì)劃，包括 DARPA的Blackjack項(xiàng)目，以及像 Xona正在推進(jìn)的商業(yè)項(xiàng)目。“阿聯(lián)酋正在考慮在LEO中部署GNSS增強(qiáng)系統(tǒng)”，雷斯說，“在歐洲，我們最近在法國、芬蘭和歐盟層面在安全空間連接系統(tǒng)框架內(nèi)采取了LEO舉措。“再一次，LEO真正有趣的機(jī)會是在GNSS等其他天基PNT提供的功能（例如室內(nèi)覆蓋）之上帶來頻率分集、超越LS波段的甜蜜點(diǎn)、測量分集和附加功能。與MEO相比，LEO還具有更高的動(dòng)態(tài)性，這導(dǎo)致了整體誤差去相關(guān)過程，同時(shí)也會導(dǎo)致多徑白化，以及PPP有更快的收斂時(shí)間，最后可能意味著更短的中斷率。此外，由于簡化了制造和發(fā)射，新空間和 LEO巨型星座正在引入托管有效載荷和衛(wèi)星通信集成的機(jī)會，降低部署成本并縮短上市時(shí)間”。這就是市場化的威力，它有融合化創(chuàng)新的所有不可或缺、不可替代的能力和吸引力，關(guān)鍵還是用戶需求驅(qū)動(dòng)。