定位

近地轨道卫星的定位、导航和授时

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近地轨道卫星 (LEO) 星座有望彻底改变通信领域,但是构建高性能的LEO服务是一项巨大挑战。

从5G与WiFi连接、到地球成像及气候监测,LEO星座正在为众多行业开辟新机遇。亚马逊的Kuiper、SpaceX的Starlink以及OneWeb星座向人们鲜明指出了这项技术目前快速发展的势头。然而,鲜为人知的是这些星座对定位、导航和授时(PNT)数据的依赖性。我们已经习惯于从太空中获取PNT信息,因此很少考虑到在近地轨道上的这些设备也需要获取这些信息。

为低轨卫星服务的PNT

众多LEO星座通过现有的GNSS基础设施来获取PNT信息。这些信息在以下几个重要领域得到使用:

  • 精密定轨(Precision Orbit Determination):在太空中最拥挤的这部分空间中,对以7.5公里/秒甚至更快速度移动的卫星来说,实现精密定轨(POD)极为关键。除了可以对连续覆盖进行规划以外,精密定轨还大大降低了卫星发生碰撞的风险。

  • 精密定位(Precise Positioning):是LEO星座所承载的众多有效载荷的核心。例如,对于精确的地球地理成像,首先依赖于将某个地理位置进行精确、可靠的报告。

  • 定时与同步:也对某些卫星的定位功能起着类似的作用。系统同步性对于为图像添加时间戳、传输数据以及发出任何基于到达时间的信号都是至关重要的。

来自于低轨卫星的PNT

在挑战之外,LEO也为PNT提供了重要的机遇。与中轨道(MEO)卫星相比,LEO离地球更近,这也就意味着LEO可以提供更高的功率水平,从而使众多应用成为可能。例如,结合MEMS惯性传感器,LEO信号可以实现精确的室内定位。较低的开发、启动和维护成本使其成为实现全面覆盖的绝佳选择。同时,较低的信号传播时延也使其能够很好地抵御对于GNSS信号所造成的大气延迟。

随着若干低轨卫星的PNT系统已经逐渐具备运营能力(其他类似系统也在准备阶段),这一技术有望成为重要推手,帮助各种产业与政府强化其提供PNT的能力。

赋能Astrocast卫星物联网

然而,上述的机遇与挑战也对测试及开发提出了更高要求。对航天工业从业者来说,一个多年以来不争的事实是:将卫星或设备送入太空以测试其功效既不安全也代价高昂。这意味着人们必须在实验室中进行测试——然而实验室条件并不能完全真实地反映预期环境。

自上世纪80年代GPS的开发早期右箭头图标,思博伦就一直支持对于天基系统的测试。最近这些年以来,随着专业知识和技术的进步,在各种大型新兴低轨卫星技术的支持下,这一传统得以延续。

总部位于瑞士的Astrocast公司右箭头图标提供经济高效、双向而全面的卫星物联网服务,以解决偏远地区与全球连接的挑战。其服务对象包括海事、农牧业、环境与公共事业、陆路运输、采矿、石油及天然气以及工业物联网设备等行业。公司的卫星物联网可以在全世界任何地方对客户的资产进行跟踪和监控,完全涵盖那些没有蜂窝网络覆盖的盲点。为了评估及优化其网络性能,Astrocast公司需要对其机载GNSS接收器进行全面测试,但已经过时、缺乏灵活性的测试设备使这一计划遭受到了挫折。

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Mia Swain
Mia Swain

Mia Swain是思博伦定位技术业务部的模拟器产品和PNT解决方案的产品经理。她拥有物理学专业背景,先后从事研发、应用工程及产品管理工作。Mia Swain目前的工作重点是管理思博伦的商用型GNSS模拟器及其软件平台的商业状态及开发生命周期,确保产品的商业价值最大化、下一代产品能够继续满足市场的需求。