蒙艷松，嚴(yán) 濤，邊 朗，王 瑛，田 野

(中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710000)

0 引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)作為國(guó)家重要的時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，能夠?yàn)槿蛴脩籼峁┤旌?、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)(Positioning, Navigation, and Timing, PNT)服務(wù)，對(duì)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展至關(guān)重要。

過(guò)去30年，GNSS基礎(chǔ)服務(wù)得到長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，在國(guó)際上已形成四大GNSS——美國(guó)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GLONASS)、歐洲伽利略系統(tǒng)(Galileo)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)和兩大區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——日本的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(Quasi-Zenith Satellite System，QZSS)、印度星座導(dǎo)航系統(tǒng)(Navigation with Indian Constellation, NavIC)的格局。GNSS基礎(chǔ)服務(wù)可實(shí)現(xiàn)全球定位精度優(yōu)于10m、授時(shí)精度優(yōu)于20ns的性能，可滿足普通大眾用戶對(duì)PNT的基本需求。

為適應(yīng)不同行業(yè)、不同領(lǐng)域用戶對(duì)精度、完好性、實(shí)時(shí)性(收斂時(shí)間)等性能的更高需求，伴隨GNSS基礎(chǔ)服務(wù)的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)同步建設(shè)。以美國(guó)廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(Wide Area Augment System, WAAS)為代表的星基增強(qiáng)系統(tǒng)(Satellite Based Augmentation System，SBAS)，瞄準(zhǔn)完好性提升與碼基定位精度提升，定位精度可達(dá)2～3m；BDS和Galileo系統(tǒng)新近發(fā)展的精密單點(diǎn)定位(Precise Point Positioning, PPP)服務(wù)，瞄準(zhǔn)基于載波相位的高精度服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了分米級(jí)乃至厘米級(jí)的定位精度，收斂時(shí)間5～30min；地基增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(Real Time Kinematics, RTK)服務(wù)，以及QZSS提供的厘米級(jí)增強(qiáng)服務(wù)(Centimeter Level Augmentation Service, CLAS)，支持PPP-RTK，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域厘米級(jí)定位，收斂時(shí)間優(yōu)于1min。

上述增強(qiáng)系統(tǒng)主要采用地基監(jiān)測(cè)+信息增強(qiáng)體制，生成并播發(fā)完好性信息和精密改正數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)了完好性、精度、實(shí)時(shí)性等方面的性能提升。但SBAS是全球有縫覆蓋，PPP服務(wù)存在收斂時(shí)間慢的缺點(diǎn)，且PPP-RTK服務(wù)覆蓋區(qū)域有限，需要密集布站。

隨著以自動(dòng)駕駛為代表的新興大眾用戶群體的興起，對(duì)PNT服務(wù)的實(shí)時(shí)高精度、高完好、高可用、高安全性能有了更高、更迫切的期待，傳統(tǒng)的地基監(jiān)測(cè)+信息增強(qiáng)體制的局限性，難以滿足新興需求。

在此背景下，低軌通信星座迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)構(gòu)紛紛提出了自己的低軌星座計(jì)劃。低軌通信星座包括低軌窄帶通信衛(wèi)星星座和低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座，低軌窄帶通信星座以銥星為代表，低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座則以Starlink和OneWeb等巨型星座為典型。低軌衛(wèi)星星座的快速發(fā)展，為克服PNT性能的瓶頸，滿足新興大眾的需求提供了新的方向，使得基于低軌衛(wèi)星星座的導(dǎo)航增強(qiáng)——低軌導(dǎo)航增強(qiáng)成為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

目前，發(fā)展低軌導(dǎo)航增強(qiáng)逐漸成為共識(shí)。從低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)看，2002年美國(guó)就提出了將GPS與銥星系統(tǒng)相結(jié)合的增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)，即高完好GPS (High Integrity GPS, iGPS)項(xiàng)目，利用下一代銥星(Iridium Next)通信播發(fā)類GPS信號(hào)和GPS輔助增強(qiáng)信息，以提升GPS接收機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的性能等。最終，iGPS未在Iridium Next部署，取而代之的是衛(wèi)星授時(shí)與定位(Satellite Time and Location, STL)服務(wù)，該服務(wù)由Satelles公司負(fù)責(zé)，為靜態(tài)用戶提供定位精度20m、授時(shí)精度約50～500ns的定位授時(shí)服務(wù)。STL信號(hào)落地功率比GPS L1 C/A碼信號(hào)強(qiáng)24.8～33.8dB，室內(nèi)可用性提升了30～40dB，增強(qiáng)了復(fù)雜地形環(huán)境和復(fù)雜電磁環(huán)境下的可用性和安全性。與此同時(shí)，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室于2018年啟動(dòng)了“黑杰克”項(xiàng)目，旨在探索利用新興商業(yè)低軌寬帶星座發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和成果，開(kāi)發(fā)用于GPS增強(qiáng)的LEO PNT載荷。

歐洲第三代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Kepler以及歐洲導(dǎo)航創(chuàng)新支持計(jì)劃(Navigation Innovation and Support Programme, NAVISP)都將低軌衛(wèi)星作為星座一部分。Kepler系統(tǒng)是德國(guó)宇航中心和德國(guó)地學(xué)中心聯(lián)合研究的未來(lái)歐洲GNSS基礎(chǔ)設(shè)施，星座由中軌(Medium Earth Orbit, MEO)和低軌(Low Earth Orbit, LEO)衛(wèi)星組成，LEO星座包括6顆LEO衛(wèi)星，軌道高度1209km，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)軌道精度、全球?qū)崟r(shí)PPP，且不需要額外的增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)其性能進(jìn)行增強(qiáng)，全球完好性達(dá)到TTA<3s。NAVISP是歐空局的導(dǎo)航計(jì)劃，是歐洲GNSS的重要組成部分，目前正處于設(shè)計(jì)階段，將城市與室內(nèi)定位，抗干擾，低功率定位、授時(shí)和身份驗(yàn)證等服務(wù)作為關(guān)注的重點(diǎn)?？紤]在VHF頻段播發(fā)信號(hào)，采用2.5m長(zhǎng)的VHF螺旋天線。

中國(guó)也在進(jìn)行國(guó)家綜合PNT體系建設(shè)，包括重點(diǎn)推進(jìn)下一代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、積極發(fā)展低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)，其中低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)是國(guó)家綜合PNT體系的重要組成部分。國(guó)內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)和單位提出了以鴻雁、虹云為代表的低軌衛(wèi)星星座，紛紛發(fā)射試驗(yàn)衛(wèi)星，并將導(dǎo)航增強(qiáng)作為重要驗(yàn)證內(nèi)容之一。2016年，中國(guó)航天科技集團(tuán)宣布建立國(guó)內(nèi)首個(gè)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)——鴻雁系統(tǒng)，是由60顆低軌衛(wèi)星組成的星座。2018年底，鴻雁首顆試驗(yàn)星發(fā)射成功，進(jìn)行了導(dǎo)航增強(qiáng)相關(guān)的試驗(yàn)，播發(fā)的通導(dǎo)一體化信號(hào)載波相位精度優(yōu)于6mm，導(dǎo)航信息增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)了90%測(cè)站一次過(guò)境定位精度優(yōu)于0.2m，地面評(píng)估收斂后優(yōu)于5cm。武漢大學(xué)研制的珞珈一號(hào)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星兼具夜光遙感和導(dǎo)航增強(qiáng)的功能，于2018年6月2日成功發(fā)射，并開(kāi)展了基于低軌衛(wèi)星平臺(tái)的導(dǎo)航信號(hào)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，在軌自主生成雙頻測(cè)距信號(hào)向地面播發(fā)，雙頻信號(hào)的偽距和載波相位原始觀測(cè)量在高仰角時(shí)的觀測(cè)精度分別為1.5m和1.7m。中國(guó)航天科工集團(tuán)規(guī)劃提出的虹云工程，計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，組成一個(gè)星載寬帶全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)運(yùn)行在1000km的地球軌道上，為全球用戶提供通信、導(dǎo)航增強(qiáng)和遙感信息一體化綜合服務(wù)。2018年12月22日，虹云工程首星“武漢號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征十一號(hào)火箭成功發(fā)射。中國(guó)電子科技集團(tuán)啟動(dòng)并發(fā)射了“天象一號(hào)”A/B雙星，用于移動(dòng)通信和導(dǎo)航增強(qiáng)等關(guān)鍵技術(shù)的驗(yàn)證。與此同時(shí)，北京未來(lái)導(dǎo)航科技有限公司計(jì)劃2023年建設(shè)一個(gè)低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)，包含110～130顆低軌衛(wèi)星，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)收斂時(shí)間小于1min的厘米級(jí)定位精度，并于2018年發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星。

可以看到，上述低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的星座規(guī)模相對(duì)小，衛(wèi)星數(shù)目低于300顆，以低軌窄帶移動(dòng)通信星座為主。隨著OneWeb、Starlink等低軌互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃的提出，低軌星座向包含成百上千顆衛(wèi)星的低軌巨型星座發(fā)展，研究基于低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的低軌導(dǎo)航增強(qiáng)成為新的發(fā)展趨勢(shì)。

2016年起，斯坦福大學(xué)就寬帶商業(yè)低軌衛(wèi)星星座如何增強(qiáng)GPS或者作為GPS備份進(jìn)行了分析和討論，得出基于OneWeb星座空間信號(hào)用戶測(cè)距誤差約為3.0m的結(jié)論。2018年，斯坦福大學(xué)再次發(fā)表研究成果，面向已有OneWeb、SpaceX、Boeing和其他主要的低軌衛(wèi)星星座計(jì)劃，從空間段星鐘、軌道等方面分析了利用寬帶LEO星座進(jìn)行獨(dú)立導(dǎo)航的性能。2018年，空客公司研究人員對(duì)基于巨型星座的PNT服務(wù)進(jìn)行了研究，指出巨型星座適合于支持PNT服務(wù)。2019年，斯坦福大學(xué)報(bào)告指出正處于發(fā)展中的大型LEO星座，在用于通信服務(wù)的同時(shí)，也能用于提升導(dǎo)航服務(wù)的性能和彈性。2020年，德克薩斯大學(xué)討論了以LEO增強(qiáng)GPS的性能，提出了商業(yè)寬帶LEO導(dǎo)航系統(tǒng)，從寬帶LEO衛(wèi)星更低軌道、更多數(shù)量的優(yōu)勢(shì)出發(fā)，構(gòu)建商業(yè)LEO PNT系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)在低軌導(dǎo)航增強(qiáng)理論方面也進(jìn)行了一些積極探索。武漢大學(xué)對(duì)低軌導(dǎo)航增強(qiáng)GNSS發(fā)展技術(shù)進(jìn)行了研究，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外低軌導(dǎo)航增強(qiáng)星座的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了低軌對(duì)RTK性能的增強(qiáng)效果。2016年起，中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院以鴻雁星座為背景，對(duì)低軌導(dǎo)航增強(qiáng)的系統(tǒng)體制和方法進(jìn)行了研究，并給出了性能分析結(jié)果。2019年，上海同濟(jì)大學(xué)對(duì)LEO增強(qiáng)實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)性能進(jìn)行了分析。

顯而易見(jiàn)，國(guó)外低軌導(dǎo)航增強(qiáng)理論與方法研究，以提升導(dǎo)航服務(wù)性能和彈性、抗干擾能力為目標(biāo)；國(guó)內(nèi)則集中于對(duì)低軌導(dǎo)航增強(qiáng)的原理、精度增強(qiáng)性能開(kāi)展研究，缺乏從需求到體制的成體系化的低軌導(dǎo)航增強(qiáng)理論研究。針對(duì)該問(wèn)題，本文從PNT服務(wù)新需求出發(fā)，分析了低軌導(dǎo)航增強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，從實(shí)現(xiàn)層面研究了存在的問(wèn)題以及面臨的挑戰(zhàn)，并給出建議，為發(fā)展基于低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的低軌導(dǎo)航增強(qiáng)提供參考。

1 發(fā)展機(jī)遇

低軌互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃的持續(xù)推進(jìn)，為發(fā)展基于低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)提供了機(jī)遇。一方面，傳統(tǒng)的導(dǎo)航增強(qiáng)手段遇到瓶頸，難以滿足未來(lái)新興用戶對(duì)PNT更高性能的迫切需求，亟需新的技術(shù)途徑；另一方面，低軌互聯(lián)網(wǎng)星座與中高軌導(dǎo)航衛(wèi)星星座優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為滿足新興用戶需求奠定了基礎(chǔ)。平臺(tái)共建共用，極大降低了低軌導(dǎo)航增強(qiáng)建設(shè)成本；通導(dǎo)融合，資源共享，為突破PNT服務(wù)瓶頸注入新的動(dòng)力。

1.1 新興用戶群體對(duì)PNT性能需求

隨著萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的來(lái)臨，以無(wú)人、智能、物聯(lián)為特征的新一代科技革命與產(chǎn)業(yè)升級(jí)對(duì)實(shí)時(shí)高精度位置服務(wù)的需求日益迫切。以自動(dòng)駕駛為典型場(chǎng)景的新興大眾用戶，對(duì)挑戰(zhàn)環(huán)境下的高安全實(shí)時(shí)精密定位具有迫切需求，如圖1所示。

圖1 新一代高精度用戶導(dǎo)航服務(wù)性能需求Fig.1 Service performance requirements of the next generation high-precision users

·高精度：要求達(dá)到車道級(jí)別，即優(yōu)于10cm(95%)；

·快收斂：達(dá)到秒級(jí)；

·高完好：面向自動(dòng)駕駛等生命安全用戶，告警門限0.3m，可靠性水平99.999999%；

·高安全：需具有抗欺騙能力，提供高可信導(dǎo)航定位服務(wù)；

·高可用：達(dá)到99.9%，需提供更大功率的強(qiáng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)林蔭大道、高速立交、城市環(huán)境等挑戰(zhàn)環(huán)境下服務(wù)可達(dá)。

新興大眾用戶要求實(shí)現(xiàn)“四高一快”的目標(biāo)，而傳統(tǒng)地基監(jiān)測(cè)+信息增強(qiáng)體制存在痛點(diǎn)，布站密度和信息速率不斷增長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)環(huán)境下全球厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)。一是難以全球布設(shè)監(jiān)測(cè)站，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全球PPP服務(wù)；二是無(wú)法全球布設(shè)連續(xù)運(yùn)行參考站(Continuously Operating Reference Stations, CORS)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全球PPP-RTK服務(wù)。例如，天寶為實(shí)現(xiàn)全球厘米級(jí)服務(wù)，建設(shè)了100多個(gè)全球高性能站；日本為其本土厘米級(jí)高精度服務(wù)，建設(shè)了1200多個(gè)CORS站。

此外，當(dāng)前的高精度應(yīng)用具有局限性。GNSS基本服務(wù)是面向開(kāi)闊環(huán)境設(shè)計(jì)的，信號(hào)落地功率約-160dBW，基本電文信息速率50bit/s～250bit/s。為了實(shí)現(xiàn)基于載波相位測(cè)量的高精度定位，在基本電文的基礎(chǔ)上，PPP服務(wù)需要增加軌道和鐘差精密改正數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)整周模糊浮點(diǎn)解；PPP-AR需要進(jìn)一步增加碼偏差和載波相位偏差改正數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整周模糊固定解，加快收斂時(shí)間；而PPP-RTK還需增加播發(fā)區(qū)域電離層延遲和對(duì)流層延遲改正數(shù)，將收斂時(shí)間降低至1min以內(nèi)。PPP、PPP-AR和PPP-RTK對(duì)比如圖2所示，收斂時(shí)間逐漸縮短，但所需播發(fā)的信息量逐步增加。

圖2 PPP、PPP-AR以及PPP-RTK對(duì)比Fig.2 Comparisons of PPP, PPP-AR and PPP-RTK

表1統(tǒng)計(jì)了Galileo、QZSS以及BDS高精度定位服務(wù)信號(hào)的信息速率以及最小落地功率，作為對(duì)比，GPS C/A碼信號(hào)也一并給出?？梢钥吹?，信息速率由基本電文的50bit/s向著500bit/s、2000bit/s增加，而信號(hào)落地功率受到兼容性約束，甚至略有降低。因此，信息播發(fā)鏈路余量小，大眾用戶在動(dòng)態(tài)應(yīng)用場(chǎng)景及挑戰(zhàn)環(huán)境下應(yīng)用受到極大限制。

表1 高精度定位服務(wù)的信息速率與最小接收功率

綜上，為滿足自動(dòng)駕駛時(shí)代挑戰(zhàn)環(huán)境下的高安全實(shí)時(shí)精密定位需求，迫切需要設(shè)計(jì)一種新型PNT系統(tǒng)架構(gòu)與體制，突破現(xiàn)有框架限制：

·降低對(duì)海外建站的依賴，基于區(qū)域地面站，將全球定位精度由米級(jí)提升至分米級(jí)、厘米級(jí)；

·降低對(duì)專門布設(shè)全球CORS站的依賴，將全球精密定位收斂時(shí)間降至1min甚至秒級(jí)；

·大幅提升精密定位服務(wù)的可用性與安全性，實(shí)現(xiàn)更加泛在。

1.2 低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的優(yōu)勢(shì)

以O(shè)neWeb、Starlink等為代表的國(guó)外低軌互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃層出不窮，成百上千顆甚至上萬(wàn)顆衛(wèi)星已進(jìn)入星座部署階段。截至目前，OneWeb進(jìn)行了7次組網(wǎng)發(fā)射，在軌衛(wèi)星數(shù)量已達(dá)到254顆。而自2018年以來(lái)，SpaceX已發(fā)射1700多顆Starlink衛(wèi)星，并計(jì)劃到2027年，建立含42000顆Starlink衛(wèi)星的星座。2021年4月，隨著中國(guó)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司(星網(wǎng)公司)在雄安掛牌成立，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座也在加速建設(shè)。

低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座衛(wèi)星數(shù)量多，軌道低(1000km左右)，運(yùn)動(dòng)速度快，能夠與中高軌導(dǎo)航星座形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為PNT服務(wù)性能提升注入新動(dòng)力。

(1)衛(wèi)星軌道在中高軌導(dǎo)航衛(wèi)星下方，是理想的GNSS天基全球監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

低軌衛(wèi)星星座是理想的全球監(jiān)測(cè)平臺(tái)，與地面監(jiān)測(cè)站相比，監(jiān)測(cè)范圍更大，能夠突破國(guó)土疆域的限制，實(shí)現(xiàn)天基全球監(jiān)測(cè)，如圖3所示。低軌監(jiān)測(cè)的效率高，12顆低軌衛(wèi)星相當(dāng)于全球100多個(gè)監(jiān)測(cè)站。而且，由于低軌衛(wèi)星軌道高度通常在1000km左右，位于電離層上方，信號(hào)測(cè)量誤差不受電離層誤差和對(duì)流層誤差影響，監(jiān)測(cè)精度高，有利于軌道、鐘差等誤差的分離。

圖3 低軌衛(wèi)星星座覆蓋區(qū)域示意圖Fig.3 The footprint of LEO satellite constellation

(2)低軌衛(wèi)星幾何變化快，為加速收斂和多徑抑制提供了新的解決思路。

低軌衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度快，通過(guò)播發(fā)低軌導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，增加了新型快速幾何變化觀測(cè)數(shù)據(jù)，幾何變化相比GNSS MEO衛(wèi)星快40倍左右，同等時(shí)間段內(nèi)劃過(guò)的弧段更長(zhǎng)，如圖4所示，利于加速PPP收斂，突破傳統(tǒng)地基監(jiān)測(cè)+信息增強(qiáng)體制，為實(shí)施高精度定位提供了新的途徑。而且，快速的幾何變化能夠有效白化多徑誤差，利于多徑抑制。

圖4 GNSS衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖Fig.4 The skyplot of GNSS satellites and LEO satellites

(3)衛(wèi)星數(shù)量多，有利于提升高仰角下的衛(wèi)星可見(jiàn)性，增強(qiáng)城市挑戰(zhàn)性環(huán)境下的服務(wù)性能。

GNSS面向開(kāi)闊環(huán)境設(shè)計(jì)，而對(duì)于城市挑戰(zhàn)性環(huán)境下，由于高樓、高架橋、樹(shù)蔭等的遮擋，導(dǎo)致GNSS衛(wèi)星可見(jiàn)性降低，特別是城市峽谷環(huán)境，平均仰角更高。低軌互聯(lián)網(wǎng)星座衛(wèi)星數(shù)量多，能夠增加高仰角下的衛(wèi)星可見(jiàn)性。圖5(a)給出了北斗三號(hào)MEO衛(wèi)星7°截止角下的衛(wèi)星可見(jiàn)性，圖5(b)給出了北斗三號(hào)MEO衛(wèi)星和150顆低軌衛(wèi)星的可見(jiàn)性，可以看到，加入低軌核心星座后，能夠有效提升可見(jiàn)星數(shù)量。隨著低軌衛(wèi)星數(shù)量的增加，高仰角下的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)也更多。

(a)北斗三號(hào)MEO衛(wèi)星

1.3 建設(shè)成本低的優(yōu)勢(shì)

搭載實(shí)現(xiàn)成本低，無(wú)需獨(dú)立建設(shè)龐大低軌星座系統(tǒng)，大大降低了建設(shè)成本，使全球低軌增強(qiáng)成為可能。

·不需單獨(dú)發(fā)射：節(jié)省發(fā)射費(fèi)用；

·不需單獨(dú)研制衛(wèi)星平臺(tái)：節(jié)省衛(wèi)星平臺(tái)研制費(fèi)用；

·不需單獨(dú)配置星間星地鏈路：全球通信星座已配星間鏈路，為實(shí)時(shí)精密星歷生成與發(fā)播提供了實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)支撐。

1.4 通導(dǎo)融合的優(yōu)勢(shì)

低軌通信星座正在由低軌窄帶通信星座向低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座發(fā)展，信號(hào)頻段也由L向Ka頻段延伸，為通導(dǎo)深度融合提供了契機(jī)。從融合層面劃分，包括融信息、融頻率、融信號(hào)、融載荷，如圖6所示。四種方式結(jié)合，充分利用低軌通信星座的優(yōu)勢(shì)，為PNT服務(wù)性能突破瓶頸帶來(lái)新的希望。

圖6 通導(dǎo)融合4個(gè)層次Fig.6 Four levels for the fusion of communication and navigation

(1)融信息：打破導(dǎo)航電文播發(fā)的瓶頸

高精度服務(wù)已成為GNSS的標(biāo)配，播發(fā)精密改正電文的需求導(dǎo)致電文信息速率急劇增加，由50bit/s向2kbit/s發(fā)展，而信號(hào)功率未有變化。相較于測(cè)量，獲取電文已成為制約PPP服務(wù)的瓶頸之一。對(duì)于PPP-RTK而言，大氣改正數(shù)以及電離層改正數(shù)的播發(fā)，對(duì)信息速率的需求更高。對(duì)于低軌通信而言，以銥星為代表的窄帶移動(dòng)通信，信息速率為25kbit/s；而以Starlink為代表的寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座，速率在100Mbit/s以上。

通過(guò)融信息，利用通信信道播發(fā)導(dǎo)航增強(qiáng)電文，能夠打破電文與增強(qiáng)信息傳輸瓶頸，提升電文的可獲取性。

(2)融頻率：擴(kuò)展導(dǎo)航頻譜，提升獨(dú)占頻譜率

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展30年，信號(hào)頻率基本未發(fā)生變化，四大GNSS信號(hào)頻譜現(xiàn)狀如圖7所示，集中于1.15～1.6GHz的幾個(gè)頻段內(nèi)。而北斗頻率大部分與Galileo重合，獨(dú)占頻率低。

圖7 GNSS信號(hào)頻譜現(xiàn)狀Fig.7 The frequency allocations of GNSS

提供了獨(dú)立于傳統(tǒng)導(dǎo)航頻段之外的衛(wèi)星移動(dòng)通信頻段，如L頻段(1518～1525MHz)以及Ka頻段(19.7～21.2GHz)。通過(guò)融頻率，與通信信號(hào)共享頻譜，播發(fā)低軌導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，造成事實(shí)上的導(dǎo)航頻譜擴(kuò)展，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)展頻譜導(dǎo)航應(yīng)用的獨(dú)占性。

(3)融信號(hào)：突破導(dǎo)航信號(hào)功率天花板

傳統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航頻段受兼容性限制，信號(hào)落地功率難以提高。通信信號(hào)可突破傳統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)落地功率天花板，并高20～30dB；美國(guó)Iridium Next播發(fā)通導(dǎo)融合STL信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了落地功率比GPS強(qiáng)約30dB，如表2所示。

表2 典型GNSS信號(hào)和STL信號(hào)功率

一方面，低軌衛(wèi)星軌道低，空衰小，同樣體積質(zhì)量功耗(Size, Weight and Power Cost, SWaP-C)條件下落地電平更高；另一方面，低軌通信信號(hào)采用多點(diǎn)波束體制，有利于提升功率。對(duì)于低軌互聯(lián)網(wǎng)通信信號(hào)，Ka頻段播發(fā)，信號(hào)帶寬大、波束窄、接收天線增益高，在實(shí)現(xiàn)高功率的同時(shí)，還能有效提升信號(hào)的抗干擾能力。

(4)融載荷：無(wú)線資源管理，增強(qiáng)資源調(diào)度靈活性

低軌通信載荷具有無(wú)線資源管理功能，包括帶寬資源管理、時(shí)隙資源管理、功率資源管理、波束資源管理以及移動(dòng)性管理，如圖8所示。

圖8 通信載荷的無(wú)線資源管理Fig.8 Radio resource management of the communication payload

通過(guò)融載荷，利用通信載荷的無(wú)線資源管理功能，支持通導(dǎo)融合信號(hào)的生成與播發(fā)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)信號(hào)的捷變與靈活信號(hào)生成，支持波束捷變、功率捷變、時(shí)隙捷變、頻率捷變、信號(hào)捷變等能力，以提升低軌導(dǎo)航增強(qiáng)的靈活性。

2 發(fā)展挑戰(zhàn)

國(guó)內(nèi)外低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的快速發(fā)展，為低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，為突破PNT瓶頸帶來(lái)希望，國(guó)內(nèi)外正針對(duì)系統(tǒng)體制、關(guān)鍵技術(shù)、增強(qiáng)效能等開(kāi)展攻關(guān)。除此以外，對(duì)于發(fā)展低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)還存在以下幾方面的挑戰(zhàn)，包括頻率資源的挑戰(zhàn)、功率資源的挑戰(zhàn)、秒級(jí)收斂的挑戰(zhàn)和自動(dòng)駕駛級(jí)完好性的挑戰(zhàn)，其中自動(dòng)駕駛級(jí)完好性挑戰(zhàn)將另文介紹。

2.1 頻率資源的挑戰(zhàn)

頻譜資源與軌道資源一樣，是最重要的稀缺資源，是建設(shè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)將傳統(tǒng)地基監(jiān)測(cè)+信息增強(qiáng)體制向天基監(jiān)測(cè)+信號(hào)增強(qiáng)體制發(fā)展，需要至少播發(fā)雙頻導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，利用低軌衛(wèi)星幾何變化快的優(yōu)勢(shì)，加快PPP收斂。

頻率分配受到國(guó)際電信聯(lián)盟(International Tele-communication Union, ITU)規(guī)則的限制，為了實(shí)現(xiàn)全球可用，需要在全球絕大部分區(qū)域應(yīng)用的頻率資源?？捎糜谛l(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的頻段，如圖9所示。

(a)L頻段

GNSS的L頻段是低軌導(dǎo)航增強(qiáng)頻率的選擇之一，能夠與GNSS實(shí)現(xiàn)最大程度的融合。目前，B1/B2a為國(guó)際互操作頻段，落地功率約束大，全球及區(qū)域系統(tǒng)均采用，頻率協(xié)調(diào)復(fù)雜；B2b為北斗三號(hào)區(qū)域PPP服務(wù)頻段，目前僅北斗、Galileo和QZSS應(yīng)用，落地功率約束小，B2b是低軌導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的一個(gè)選項(xiàng)。B3頻點(diǎn)(1268.52MHz)上包括B3I、B3Q以及B3A信號(hào)，只有B3I是開(kāi)放信號(hào)。由于B3頻帶上開(kāi)放信號(hào)與授權(quán)信號(hào)頻譜完全重疊，不適合給低軌導(dǎo)航增強(qiáng)使用。Galileo在E6(1278.75MHz)上提供全球精密定位服務(wù)，QZSS也在L6上提供導(dǎo)航增強(qiáng)服務(wù)，而在BDS-3試驗(yàn)星階段B3的信號(hào)選項(xiàng)中，有一個(gè)B3C信號(hào)選項(xiàng)，頻率為1278.75MHz。在該頻率實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航增強(qiáng)服務(wù)，則可與之形成互操作，甚至有可能讓B3C頻點(diǎn)成為PPP的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)頻率，是播發(fā)低軌導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的優(yōu)選頻率之一。

S、C頻段協(xié)調(diào)相對(duì)簡(jiǎn)單，S頻段主要是印度NavIC使用，目前沒(méi)有任何一個(gè)系統(tǒng)使用C頻段，協(xié)調(diào)相對(duì)容易。然而，S頻段中衛(wèi)星無(wú)線電定位系統(tǒng)(Ratio Determination Satellite System, RDSS)在全球不是主要業(yè)務(wù)，全球使用存在協(xié)調(diào)難度。C頻段路徑損耗大，比L大約9dB，且?guī)庖种埔髧?yán)格(60dB以上)，載波模糊度固定也更加困難。而C頻段的最大難點(diǎn)在于對(duì)衛(wèi)星等效全向輻射功率(Effective Isotropic Radiated Power, EIRP)要求高，工程實(shí)現(xiàn)難度大。

在傳統(tǒng)GNSS頻段外，衛(wèi)星移動(dòng)通信頻段也是一種可能。其中，低軌窄帶移動(dòng)通信可采用擴(kuò)展L頻段(1518～1525MHz)，落地功率限值相對(duì)導(dǎo)航L頻段高30dB左右，且移動(dòng)通信不使用擴(kuò)頻體制；導(dǎo)航采用寬帶擴(kuò)頻體制，可實(shí)現(xiàn)通信導(dǎo)航共用頻譜，互不干擾，從而提升頻譜利用率。因此，擴(kuò)展L頻段是另一個(gè)優(yōu)選項(xiàng)，但也存在大量協(xié)調(diào)工作。隨著通導(dǎo)融合的發(fā)展，將衛(wèi)星通信頻段用于導(dǎo)航成為一種可能，包括VHF/UHF頻段和Ka頻段。

從頻率劃分來(lái)看，可用于衛(wèi)星移動(dòng)通信的VHF/UHF頻段包括235～322MHz、335.4～399.9MHz以及450～470MHz。相較于L頻段，VHF/UHF頻段信號(hào)穿透能力比較強(qiáng)，傳播損耗小，同等發(fā)射功率下落地電平高。但也正因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)長(zhǎng)，發(fā)射天線尺寸大，如歐洲NAVISP計(jì)劃在120MHz發(fā)射信號(hào)，天線尺寸2.5m，需要與衛(wèi)星平臺(tái)統(tǒng)一設(shè)計(jì)考慮。此外，UHF頻段被地面通信、衛(wèi)星通信使用，規(guī)避干擾，進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)也是一個(gè)難題。

Ka頻段(19.7～21.2GHz)可用于衛(wèi)星固定與衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)，目前主要是位于高軌的高通量衛(wèi)星使用，低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星也將在Ka頻段提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。Ka頻段的優(yōu)點(diǎn)是可用帶寬大(200MHz以上)，采用點(diǎn)波束播發(fā)，接收天線增益高，等效載噪比遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)；而缺點(diǎn)包括傳播損耗大，同等傳播距離比L頻段高20dB以上，易受天氣影響，雨衰大。Ka通信通常采用自適應(yīng)編碼與調(diào)制，以補(bǔ)償鏈路條件的改變。對(duì)于通導(dǎo)融合的導(dǎo)航增強(qiáng)而言，雨衰問(wèn)題是可以克服的。以30dBW 典型EIRP為例，在不考慮雨衰時(shí)，軌道高度1000km，落地功率在-159dBW左右，與傳統(tǒng)L導(dǎo)航信號(hào)相當(dāng)，而且Ka接收天線增益可高于25dB，意味著有25dB以上的抗雨衰能力；另外導(dǎo)航信息速率低，也保證了足夠的解調(diào)余量。

2.2 功率資源的挑戰(zhàn)

現(xiàn)有GNSS信號(hào)落地功率在-160dBW左右，導(dǎo)致在室內(nèi)、遮擋場(chǎng)景下的可用性差，表3列出了典型遮擋場(chǎng)景下GNSS L頻段信號(hào)的衰減，可以看到，遮擋導(dǎo)致的衰減大部分在15dB以上，這意味著落地功率目標(biāo)在-145dBW以上。

表3 不同材料遮擋導(dǎo)致的GNSS L頻段信號(hào)衰減

通過(guò)播發(fā)高功率低軌導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，一方面實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)電文的快速播發(fā)，縮短了精密定位時(shí)間；另一方面，提升了挑戰(zhàn)環(huán)境下的可用性。

但是，低軌衛(wèi)星屬于功率受限系統(tǒng)，能源短缺，要實(shí)現(xiàn)全球-145dBW以上的目標(biāo)是一個(gè)挑戰(zhàn)。一方面，開(kāi)發(fā)功率更大的衛(wèi)星平臺(tái)；另一方面，進(jìn)行體制創(chuàng)新，采用UHF/VHF等低頻段，空衰小，同樣EIRP下落地功率更大，UHF頻段只需發(fā)射EIRP 13dBW，落地功率為-140dBW左右，鏈路預(yù)算如表4所示，相對(duì)L頻段提升近20dB。

表4 UHF頻段鏈路預(yù)算

UHF頻段落地功率高，但是地面應(yīng)用復(fù)雜，隨著5G逐步應(yīng)用，UHF頻段存在重新分配的可能性。在WRC-15會(huì)議中，提出了19個(gè)5G候選頻段，如圖10所示，470～698MHz、694～790MHz或其中的部分頻段可用于5G系統(tǒng)。

圖10 5G的UHF頻段Fig.10 UHF frequency band allocated to 5G communication

2.3 秒級(jí)收斂時(shí)間的挑戰(zhàn)

面向自動(dòng)駕駛的高精度服務(wù)，收斂到厘米級(jí)的時(shí)間要求到秒級(jí)。通常的PPP服務(wù)收斂時(shí)間在20～30min左右，PPP-RTK收斂時(shí)間理論上能夠達(dá)到秒級(jí)(不含電文獲取時(shí)間)，如圖11所示。

(a) PPP

然而，當(dāng)前的PPP-RTK體制需要布設(shè)大量CORS站，成本高，代價(jià)大。基于低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)可以采用云-端架構(gòu)PPP-RTK體制，以較低成本實(shí)現(xiàn)PPP-RTK服務(wù)，在全球用戶密集區(qū)加速收斂。

在云-端架構(gòu)PPP-RTK體制中，高精度用戶既是信息的使用者，也是信息的提供者。基于全球海量高精度用戶及低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的雙向通信鏈路，解決了電離層延遲和對(duì)流層延遲參數(shù)獲取問(wèn)題，降低了傳統(tǒng)PPP-RTK對(duì)專門布設(shè)海量CORS站的依賴。

海量用戶“端”生成基于自身位置信息的大氣延遲信息，將信息上傳至低軌衛(wèi)星并進(jìn)行質(zhì)量控制；空間段分布的“云”基于海量用戶信息并構(gòu)建大氣延遲模型，同時(shí)通過(guò)低軌衛(wèi)星下行鏈路播發(fā)模型，系統(tǒng)接入用戶“端”數(shù)量和范圍的增加，可以提升模型的精度和覆蓋范圍，工作流程如圖12所示。

圖12 云-端架構(gòu)PPP-RTK工作流程Fig.12 The PPP-RTK method based on cloud-end architecture

云-端架構(gòu)PPP-RTK體制與傳統(tǒng)PPP-RTK的收斂時(shí)間性能相當(dāng)，但是降低了對(duì)地面密集CORS站的依賴。以QZSS的PPP-RTK服務(wù)為例，每60km左右需要建設(shè)一個(gè)站，生成區(qū)域電離層與對(duì)流層改正數(shù)；而采用云-端架構(gòu)PPP-RTK體制，不需專門建設(shè)密集CORS站，區(qū)域電離層延遲和對(duì)流層延遲參數(shù)依靠用戶端提供，降低了建設(shè)成本。

3 發(fā)展建議

基于低軌大/巨型星座的導(dǎo)航定位與授時(shí)，是低軌導(dǎo)航增強(qiáng)的重要發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展基本相當(dāng)。針對(duì)基于低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)，提出如下建議。

3.1 系統(tǒng)體制發(fā)展建議

低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)系統(tǒng)體制的設(shè)計(jì)，需要瞄準(zhǔn)用戶需求，全面統(tǒng)籌體制創(chuàng)新設(shè)計(jì)。系統(tǒng)體制決定了整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)方向，也決定了最終的服務(wù)性能。

圖13給出了建議的低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)系統(tǒng)體制。以“四高一快”需求為目標(biāo)，針對(duì)厘米級(jí)高精度、秒級(jí)快收斂、挑戰(zhàn)環(huán)境下的高可用、高安全以及高完好目標(biāo)，采用天基監(jiān)測(cè)+信號(hào)增強(qiáng)體制，進(jìn)行系統(tǒng)體制設(shè)計(jì)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了低軌導(dǎo)航增強(qiáng)功能與PNT備份功能。

圖13 低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)系統(tǒng)體制Fig.13 The architecture of LEO global navigation augmentation system

3.2 信號(hào)體制發(fā)展建議

信號(hào)是PNT服務(wù)的載體，是直接面向用戶的接口，直接關(guān)系到PNT服務(wù)性能?；诘蛙壔ヂ?lián)網(wǎng)星座的全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)是天然的通導(dǎo)融合系統(tǒng)，為信號(hào)的通導(dǎo)融合創(chuàng)造了條件。

表5給出了建議的低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)信號(hào)體制，采用L+Ka、脈沖+連續(xù)的信號(hào)體制，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航增強(qiáng)和備份功能。

表5 低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)信號(hào)體制

L頻段播發(fā)雙頻導(dǎo)航增強(qiáng)連續(xù)信號(hào)，通過(guò)搭載導(dǎo)航增強(qiáng)載荷的方式，在擴(kuò)展L和B3C頻段播發(fā)，增強(qiáng)GNSS信號(hào)，并通過(guò)與GNSS信號(hào)配合使用，實(shí)現(xiàn)快收斂的高精度定位。擴(kuò)展L連續(xù)導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)與擴(kuò)展L通信信號(hào)共頻譜，實(shí)現(xiàn)了頻率層面的融合。

擴(kuò)展L和Ka頻段的脈沖導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，由通信載荷生成播發(fā)，通過(guò)通導(dǎo)深度融合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)層面的融合，可獨(dú)立提供備份定位授時(shí)功能，不依賴于GNSS。脈沖信號(hào)導(dǎo)航增強(qiáng)幀結(jié)構(gòu)如圖14(a)所示，類似于銥星STL信號(hào)。導(dǎo)航增強(qiáng)幀通過(guò)使用通信信號(hào)的部分時(shí)隙，在部分子載波上播發(fā)，播發(fā)方式與通信廣播幀一致。Ka頻段連續(xù)信號(hào)通過(guò)波束凝視的方式播發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域應(yīng)急場(chǎng)景下的備份定位授時(shí)功能。Ka頻段連續(xù)信號(hào)采用寬帶擴(kuò)頻的方式，功率譜低于Ka通信信號(hào)，如圖14(b)所示，實(shí)現(xiàn)了與Ka通信信號(hào)的兼容性。

(a)脈沖

3.3 系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展建議

1)優(yōu)先開(kāi)展頻率申報(bào)，同步進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)。

能否獲取頻率授權(quán)，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)最終能否順利落地，同時(shí)，也會(huì)對(duì)整個(gè)導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)體制、信號(hào)體制、載荷設(shè)計(jì)具有重大影響，是系統(tǒng)建設(shè)中需要優(yōu)先進(jìn)行的事項(xiàng)。全面申報(bào)可能的頻率資源，開(kāi)展頻率協(xié)調(diào)，本著先易后難、先國(guó)內(nèi)后國(guó)外的思路，積極開(kāi)展頻率協(xié)調(diào)工作，為在軌試驗(yàn)、全面組網(wǎng)創(chuàng)造有利條件。

2)提前開(kāi)展專利申報(bào)，同步推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)制定。

基于寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座的全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)，在原理、方法、體制等方面，國(guó)內(nèi)外都處在開(kāi)展理論研究階段，大體屬于同一水平，國(guó)際國(guó)內(nèi)還沒(méi)有低軌導(dǎo)航增強(qiáng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。為保證系統(tǒng)工程建設(shè)的順利進(jìn)行，在系統(tǒng)建設(shè)之初，提前進(jìn)行有關(guān)專利申報(bào)，推動(dòng)有關(guān)專利、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制訂。

3)抓緊關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，盡快開(kāi)展在軌驗(yàn)證。

基于低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的導(dǎo)航增強(qiáng)涉及許多新的技術(shù)，整個(gè)低軌導(dǎo)航增強(qiáng)的體制依賴于理論分析、仿真驗(yàn)證以及地面試驗(yàn)，可以進(jìn)行初步技術(shù)驗(yàn)證，但是，最終達(dá)到的服務(wù)性能還需要通過(guò)在軌試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。因此，抓緊對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，開(kāi)展在軌試驗(yàn)驗(yàn)證，是當(dāng)務(wù)之急。

4 結(jié)論

低軌通信正由L頻段的窄帶移動(dòng)通信，向Ku、Ka頻段的低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展，順應(yīng)這一趨勢(shì)，美歐紛紛開(kāi)展面向大/巨型星座的導(dǎo)航增強(qiáng)體制研究。本文針對(duì)基于低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)體制開(kāi)展研究，分析了其優(yōu)勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)，并提出了解決思路及發(fā)展建議。結(jié)論如下：

1)傳統(tǒng)地基監(jiān)測(cè)+信息增強(qiáng)體制難以滿足自動(dòng)駕駛時(shí)代，城市挑戰(zhàn)性環(huán)境下對(duì)PNT服務(wù)“四高一快”的需求。低軌星座與中高軌導(dǎo)航星座優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，采用天基監(jiān)測(cè)+信號(hào)增強(qiáng)體制，為突破當(dāng)前PNT瓶頸提供了發(fā)展機(jī)遇。

2)頻率資源和功率資源是發(fā)展低軌全球?qū)Ш皆鰪?qiáng)面臨的首要挑戰(zhàn)。分析表明，B2b、擴(kuò)展L(1518～1525MHz)和B3C是3個(gè)優(yōu)選頻段，通過(guò)通導(dǎo)融合設(shè)計(jì)，信號(hào)落地功率有望提升15～30dB，頻譜資源有望向UHF和Ka擴(kuò)展。

3)高精度定位的收斂時(shí)間從PPP的30min縮短到PPP-RTK的1min以內(nèi)，但傳統(tǒng)PPP-RTK嚴(yán)重依賴大量CORS站，成本高，代價(jià)大。未來(lái)云-端架構(gòu)PPP-RTK體制有望實(shí)現(xiàn)低成本PPP-RTK，以應(yīng)對(duì)未來(lái)秒級(jí)收斂的高精度應(yīng)用挑戰(zhàn)。