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一场新的太空竞赛正在进行中，竞赛的场地距离地球很近。部署到近地轨道（LEO）的卫星数量从2019年的3,300颗增加到2022年的6,300颗，而对于LEO系统的支出预计将以21.7%的复合年增长率增长，其全球市场价值在2028年将会达到167亿美元。
在距离地球表面仅仅500公里的轨道上运行的卫星，能够实现相对较强的信号与较快的数据传输速率，这使得许多新用例成为可能，其中很大一部分驱动力是全球对快速移动宽带的需求。SpaceX、Iridium及Globalstar等公司已经在为智能手机提供直接的卫星连接，从而能够在以地面或高空气球为基础的宽带设备无法到达的地区开辟新市场。
实现对地球的近距离观测是另一个驱动力——人们部署卫星来监测从自然灾害到气候变化的各种观测对象。LEO星座还可以将新型的定位、导航与授时（PNT）信号广播到地面接收器，为高精度室内定位与随处可见的自动化交通等服务铺平道路。
网络研讨会视频点播：LEO卫星星座与功能设备的测试考量
人们可以抓住众多令人兴奋不已的机遇，但为距离地球表面如此之近的卫星设计、部署与管理PNT系统也给人们带来了许多无法忽视的挑战。在2023年1月， 由思博伦与Inside GNSS主办的网络研讨会 详细介绍了LEO星座与设备的PNT测试注意事项，并提出了一些实用方法来解决PNT信号进出LEO星座所带来的诸多挑战。
网络研讨会的视频可以免费点击观看。以下是研讨会的内容摘要：
1. 在近地轨道使用GNSS信号的测试协议
大多数LEO卫星依赖于在中地球轨道（MEO）运行的GNSS星座所发出的PNT信号，利用这些信号执行精确轨道确定、有效载荷交付及与地面接收机进行通信等功能。为了有效实现这一点，其PNT系统必须能够克服轨道物理学所带来的严峻挑战。
这些挑战包括：与在MEO运行的GNSS卫星及地面接收机相比，LEO卫星更高的速度会引起更加明显的多普勒频移；LEO卫星在受到地球及其他天体引力的方式上也与MEO及地球静止轨道（GEO）卫星有很大不同；同时，LEO卫星较低的轨道高度使大气阻力成为另一个关键的考量因素。
无论是从实践角度还是成本角度考虑，对星载接收机的现场测试都不具备可行性，因此必须在实验室中对这些因素和其他各种因素进行精确的建模与模拟。思博伦的Günter Heinrichs博士在其演讲中对模拟的要求进行了概述，其中包括需要在更低的地平线下进行测试，需要对运载器的轨道、运动及天线方向图进行精确建模，同时还需要实现非常高精密度的测试。
2. 设计用于LEO卫星的GNSS接收机
总部位于瑞士的SpacePNT是天基PNT解决方案的先驱之一，公司专业开发用于地球轨道内外航天器的高准确度、高精密度GNSS接收器。SpacePNT的GNSS空间应用工程师Michele Scotti在演讲中简要介绍了他及他的团队在设计、开发与测试近地轨道接收机时所面临的一些现实挑战。
其中最关键的挑战与硬件在环测试（HIL）相关。要想获得可靠的测试结果，所需要的信号模拟设备的精密度比公司现有的接收机所能实现的高出一个数量级——考虑到SpacePNT的一些接收器能够实现10厘米级的精度，实现这一点绝不是轻而易举的。
很多GNSS信号模拟器依靠标准的开普勒算法来模拟轨道轨迹，但由于作用在航天器上的各种外力以不同寻常的方式组合在一起，基于LEO的高精度接收机需要实现更高的计算精度。Michele Scotti解释了SpacePNT如何应对这一挑战，从而在实验室中实现高度逼真的轨道建模。
3. 搭建LEO星座的实验室测试环境
开发星载PNT系统需要在产品开发生命周期的每个阶段（从最初研发到实际测试）进行仿真。
在实验室测试环境中对太空的实际状况进行具有高度真实性的模拟是一项重大挑战，但如果使用合适的设备，实现这一点并非难如登天。在最后的演讲中，思博伦的Stuart Smith分析了开发人员可能需要模拟真实信号的三种场景，其中包括GNSS星座与增强系统的现有信号广播以及能够推动新型定位与定时服务的新型LEO到地面PNT信号。
Stuart Smith回顾了创建真实信号及模拟真实环境所面临的挑战，并对思博伦为帮助开发人员在实验室进行高度逼真的LEO测试而开发的解决方案进行了介绍。
观看网络研讨会的完整视频
如果您的企业或机构正在对基于LEO的星座、设备或应用程序进行研究或开发，这个时长90分钟的网络研讨会将会为您详细介绍其中所涉及的PNT测试注意事项以及可以克服其中各种挑战的一些方法。
