超越GNSS：利用LEO实现更强大的PNT

GNSS的基本概念，是在50多年前推出来的，虽然其技术在与时俱进地演变，但是其政府投资，空间基础设施的特征明显，定格在中地球轨道，或者是高轨增强的层面，其换代更新时间长，难于跟上迅速演变的技术进步和市场需求。而低地球轨道（LEO）卫星星座，更多的是，商业化市场化专业化运作，发挥后发优势，集成有效资源，协同相关企业，实现共建共享共赢，大大降低投入成本，大大缩短建设时间，还充分利用GNSS的基础支撑，自然而然就能够实现超越GNSS的目标。Xona公司是一个值得关注的案例，真正迎合了自动化时代的市场发展需求，还是商业航天的一个典型范例，其目标是用户至上，全方位服务行业、企业、社会和政府。

修娜空间系统（Xona Space Systems）公司 最近将其第一颗量产级LEO卫星送入轨道，这是朝着最终目标迈出的重要一步：提供商业服务，该服务将补充GNSS，并成为更为套娃式分层架构的PNT方法的关键部分。近地轨道（LEO）代表了一种新的卫星导航架构，它可以补充传统的GNSS卫星，并在它们被拒阻时充当备份。许多人认为低轨卫星是PNT套娃式分层架构方法的关键部分，该方法最近已成为焦点，因为业界认识到日益增长的GNSS漏洞威胁以及增加弹性的迫切需求。

LEO的潜力尚未真正开发，靠近地球和快速移动的卫星，与中地球轨道（MEO）和地球静止轨道（GEO）卫星相比具有固有的优势，这引起了开发互补PNT（CPNT）解决方案的公司的兴趣和投资。Xona Space Systems是将目光投向LEO的公司之一，最近将其第一颗量产级LEO卫星Pulsar-0（脉冲星-0）送入轨道。

这一重大进步是在 Xona 的第一颗卫星哈金（Huggin）发射三年后迈出的。作为低轨区第一颗商业导航卫星，哈金证明了PNT的新模型是可能的。这为最近的Pulsar-0任务奠定了基础，其目标是验证旨在在GNSS退化或有争议的环境中提供更准确、更强大的 PNT 服务的核心技术。Pulsar-0是构成Xona基于LEO的商业PNT星座的一系列卫星中的第一颗。

“我们最初想测试，接收器是否能够接收到这个信号？这是第一步。这就是现在正在发生的事情，也是内部一段时间内发生的事情，“Xona Space Systems联合创始人兼战略副总裁陈国华（Bryan Chan）说。“第二步是进入那些更高级别的价值道具，比如测距、加密、身份验证、校正、更快的收敛时间、多路径误差抑制，甚至降低设备功耗。”通过此次发布，Xona准备推出一项技术，该技术将实现新的创新类别，提供一种不同的方式来本地化物理世界中的硬件，并为各个行业提供高精度和弹性。

Xona 创始人在实验室。图片：Xona

达到里程碑

Pulsar-0是一颗专用卫星，这意味着它的唯一目的是“为大众展示专用PNT”，陈说。Xona开发了该卫星唯一的有效载荷，即广播Xona的工作频率X1和X5，均在L波段。作为发射准备的一部分，该团队寻求的FCC授权使以这些频率进行广播成为可能。陈说，该授权代表着向前迈出了一大步，也是对Xona信号和服务产品重要性的认可。Xona和FCC都专注于确保Pulsar信号不会干扰GNSS信号，而是作为GNSS信号的补充。陈说，Xona还在美国境内外的演示活动做准备，包括政府运行的测试和挪威的人工测试。针对特定客户要求量身定制的各种商业重点测试也在进行中。“我们正在完成对信号及其背后所有基础设施的检查，”陈说，“从那里开始，一旦它准备好供合作伙伴和客户使用，我们将开始在广播信号的地方进行结构化测试。陈说，Xona的LEO有效载荷的设计、构建和测试投入了很多工作，从信号到硬件生成，再到射频广播，再到必须围绕它开发的模拟软件。所有这些工作都创建了一个生态系统，合作伙伴可以团结起来，使Xona Pulsar成为现实。现在，大多数法律挑战（特别是具有里程碑意义的FCC授权）和技术障碍都已克服;现在，通过实时天空测试，在各个领域实际应用中使用该信号的时间已经接近了。

创新新时代

GPS已成为一种无处不在的信号，它解锁了许多创新，并在开发50年后仍然为现代生活提供动力。但多年来，该系统实际上只是取得了渐进式的进步，而依赖它的技术却发展迅速。Xona将Pulsar视为下一步，也是开启创新新时代的关键。“这是一项使能技术，人们不仅从专门的角度考虑使用它，而且还将其作为工具箱中的额外工具，他们可以应用于他们今天正在解决的问题，”陈说。“我们已经过去了模拟模式。我们已经过去了分析模式。我们正在广播一个真实的信号，人们最终可以表征它，看看它如何适合他们正在开发的技术”。

图片：Xona

陈说，虽然LEO卫星比MEO具有许多优势，包括更强的信号强度与更不易受到欺骗和干扰的影响，但Xona Pulsar可以使用GNSS用户已经熟悉的设备来使用。访问信号只需要对现有GNSS接收器进行固件更新，使Pulsar成为“GNSS目前服务的所有市场都可以采用的可扩展解决方案”。

用户至上

陈说，Pulsar将以类似于GNSS的方式运行，这取决于用户他们希望如何集成到新信号上。例如，他们可以使用一个或两个频率，或者添加星座。Xona将他们的技术视为GNSS的附加星座，但具有其他星座所不具备的许多不同功能和新颖特性——这些功能对于一些更具挑战性的应用来说是必备的。

图片：Xona

“在某些情况下，高信号功率非常重要，例如当您尝试在室内获得定位或授时解决方案时，当树木覆盖茂密或处于GPS被拒阻的环境中时，”陈说，并指出了Pulsar的灵活性。“因此，在这些情况下，也许接收器将是多GNSS启动，但如果你失去了GPS，那就是你回退到Xona Pulsar的时候。”也就是说，当GNSS不能够应用时，还有Xona Pulsar来兜底。在开发Pulsar时，Xona使用了GPS，即“终极两用技术”。与GPS一样，Xona Pulsar可供政府和商业用户使用，陈认为国防、重工业和消费物联网是能够立即利用商业服务的早期采用者。随着卫星数量增长到数百颗，汽车等其他市场也将能够依赖该信号。

Pulsar-0有望证明Xona的下一代近地轨道精度、保护和动力能力。图片：Xona

“我们不会掉以轻心。我们知道这是一条艰难的道路，我们无法独自完成，”陈说。“这就是为什么我们采取了这种与许多真正关键的模拟器供应商以及接收器制造商合作的方法。我们知道我们需要从头开始发展生态系统，以最终满足在各种不同条件下运营的各种人的需求。海克斯康的NovAtel是Xona合作伙伴之一，将Pulsar信号集成到其GNSS接收器中。今年早些时候刚刚宣布的最新合作伙伴关系涉及Trimble。Xona将与Trimble合作，通过Pulsar信号广播他们的 RTX 校正服务。通过卫星传输的校正流将与接收器无关，这意味着用户可以选择他们想要的任何接收器，只要它内置了解码和使用这些校正的固件。“我们认为这是一个很大的加速器，为更多应用打开了大门，”陈说。“例如，消费物联网应用，甚至智能手机，它们经常被锁定在传统的卫星导航校正之外。”

陈说，一开始，Xona Pulsar将持续提供中纬度地区的一颗卫星视图。这将实现精确授时、GNSS校正和GNSS增强。陈说，“GNSS校正对重工业很重要，尤其是卫星衍生校正。提供这一点，并采取不可知论的接收者方法来做到这一点，将为这个市场开辟许多新的机会”。“我们可以提供具有最高信号功率的纳秒级服务，”陈说。“该信号可以在传统上不可能的环境中访问，例如室内或天篷下。”陈说，国防市场对提供抗干扰和防欺骗能力的信号感兴趣。Xona Pulsar提供了这一点，以及加密和身份验证，使该信号成为军事应用的有吸引力的选择。陈说，“对于消费物联网来说，更多的是卫星可用性。在天空景观不多的城市，任意数量的卫星都有助于定位”。陈说，“无论应用如何，低轨卫星都比GNSS具有许多优势，包括更快的收敛时间、消除从建筑物反射的信号产生的多径误差，以及最终降低接收器功耗”。

“这是一个巨大的卖点，人们真正关心的事情，”陈谈到功耗的降低时说。“因此，如果你能够获得这些快速移动的LEO卫星，以及更强大的信号功率，这对很多人来说就会变得非常令人兴奋。”

前进

最近，Xona获得了9200万美元的新资金，包括由Craft Ventures领投的B轮融资，以及通过SpaceWERX 的战略资金增加（STRATFI）奖励获得的2000万美元非稀释性资金——这些投资提前了Xona推出和部署商业服务的时间表，目前预计在2027年。它们正在从研发阶段转向大规模交付，在未来几年内从一颗卫星转向数百颗在轨卫星。陈说，有了这笔资金，Xona已经对运载火箭和未来的卫星建设做出了承诺。尽管他无法透露具体细节，但陈证实一些卫星计划于明年发射。当然，Xona将继续创新。业界可以预期未来几年“卫星发射的节奏会持续加快，并推出更多功能”。添加的功能将基于从之前发布中吸取的经验教训以及使用该系统的人的反馈。“多年来，我们一直在倾听人们想要什么、他们想要什么、他们如何想要它、他们优先考虑什么以及他们打算如何使用它，”陈说。“作为一家专注于商业的公司，这与传统GNSS通常的运作方式有很大不同。”我们今天所依赖的GPS是为不同的时代而构建的，Xona联合创始人兼首席执行官布莱恩·曼宁（Brian Manning）在最近的一篇博文中写道。虽然当今的GPS卫星是“工程杰作”，但它们的合同、设计和建造周期很长，这意味着新功能可能需要数十年才能到达用户手中。这根本不足以应对日益增长的威胁，这些威胁“在最近的冲突地区以数年、数月甚至数周的规模演变，在所需和可用之间留下了严重差距”。这一现实要求新的解决方案来补充国防和商业应用中的PNT，以便在GNSS被拒绝时提供备份。Xona Pulsar代表了这些解决方案之一，它带来了新功能、更短的设计周期和可靠的信号，增加了急需的弹性。“我们的愿景很简单，”曼宁写道。“使卫星导航更加准确、安全和可用。这意味着在近地轨道上从头开始重建它”。