这项技术要替代GPS：信号强100倍，精度10cm

公众号记得加星标⭐️，第一时间看推送不会错过。

来源：内容编译自mit科技评论。

本月晚些时候，一颗不起眼的150公斤重的卫星将搭载SpaceX Transporter 14火箭发射升空。进入轨道后，它将测试旨在弥补美国全球定位系统（GPS）缺陷的超高精度下一代卫星导航技术。

这颗卫星是名为“脉冲星”（Pulsar）的卫星群的首颗卫星，该卫星群由总部位于加州的Xona Space Systems公司开发。该公司最终计划在低地球轨道上部署一个由258颗卫星组成的卫星群。虽然这些卫星的运行方式与用于GPS的卫星类似，但它们的轨道距离地球表面约12,000英里，发射的信号更强、更精确，也更难干扰。

Xona 首席技术官兼联合创始人泰勒·里德 (Tyler Reid) 表示：“正因为距离更短，我们发出的信号将比 GPS 信号强大约一百倍。这意味着干扰器对我们系统的覆盖范围将大大缩小，但我们也能深入室内，穿透多层墙壁。”

21世纪的卫星导航系统

第一个GPS系统于1993年投入使用。几十年来，它已成为世界赖以生存的基础技术之一。GPS卫星发射的精确定位、导航和授时（PNT）信号，其作用远不止手机上的谷歌地图。它们可以引导海上石油钻井平台的钻头，为金融交易添加时间戳，并帮助同步世界各地的电网。

尽管GPS系统不可或缺，但它很容易受到各种干扰，从太空天气到5G基站，再到价值几十美元的手机大小的干扰器。多年来，专家们一直在悄悄讨论这个问题，但自从俄罗斯入侵乌克兰以来，这个问题在过去三年里才真正凸显出来。这场战争的一大特征是无人机战争的兴起，这也引发了一场技术研发竞赛，旨在通过干扰无人机导航所需的GPS信号（或伪造信号，制造看似虚假的定位数据）来阻止无人机袭击。

关键问题在于距离：GPS卫星群由24颗卫星和少量备用卫星组成，位于地球上方12,550英里（20,200公里）的中地球轨道。当它们的信号到达地面接收器时，由于信号非常微弱，很容易被干扰器干扰。

其他现有的全球导航卫星系统星座，如欧洲的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯和中国的北斗，都有类似的架构，也面临同样的问题。

但当里德和联合创始人布莱恩·曼宁于 2019 年创立 Xona Space Systems 时，他们并没有考虑干扰和欺骗。他们的目标是让自动驾驶汽车为黄金时段做好准备。

当时，Uber 和 Waymo 的数十辆自动驾驶汽车已在美国高速公路上驰骋，配备了价格昂贵的传感器套件，例如高分辨率摄像头和激光雷达。工程师们认为，更精确的卫星导航系统可以减少对这些传感器的需求，从而有可能打造出价格合理、安全可靠的自动驾驶汽车，并最终成为主流。里德表示，未来某一天，汽车甚至可能能够相互共享定位数据。但他们知道，GPS 的精度远不足以让自动驾驶汽车保持在车道线内，并远离道路上的其他物体。在建筑密集的城市环境中尤其如此，因为信号很容易在墙壁上反射，从而造成误差。

“GPS 的超能力在于它是一种无处不在的系统，在世界各地都能以相同的方式运行，”里德说道，“但它最初设计的目的是支持军事任务，实际上就是为了让军事行动能够在同一地点投下五枚炸弹。但这种米级的精度不足以引导机器到达它们需要去的地方，也无法安全地与人类共享物理空间。”

里德和曼宁开始思考如何构建一个基于太空的 PNT 系统，该系统可以完成 GPS 的功能，但性能更佳，精度可达 3 英寸（10 厘米）或更低，并且在各种具有挑战性的条件下具有绝对的可靠性。

最简单的方法是让卫星更靠近地球，这样数据就能实时到达接收器，避免造成不准确的延迟。低地球轨道卫星信号更强，更能抵御各种干扰。

在GPS诞生之初，这些都是不可能的。低地球轨道卫星群——高度可达1200英里（2000公里）——需要数百颗卫星才能持续覆盖全球。长期以来，太空技术过于庞大且成本高昂，无法实现如此大规模的卫星群。然而，在过去十年里，更小的电子设备和更低的发射成本改变了这一现状。

“2019年，我们刚开始的时候，低地球轨道的生态系统确实蓬勃发展，”里德说。“我们见证了星链（Starlink）、一网（OneWeb）和其他星座项目的腾飞。”

紧急事项

自Xona发射以来的几年里，随着地缘政治紧张局势的加剧，人们对GPS脆弱性的担忧也日益加剧。因此，寻找可靠的替代方案已成为一项重要的战略任务。

尤其是在乌克兰，GPS干扰和欺骗已经变得如此普遍，以至于美国珍贵的精确制导武器，例如高机动火箭炮系统，实际上变得无效。作为战争象征的第一人称视角无人机制造商不得不重新关注人工智能驱动的自主导航，以保持这些无人机的竞争力。

问题迅速蔓延至乌克兰以外。芬兰和爱沙尼亚等与俄罗斯接壤的国家抱怨称，GPS干扰和欺骗日益猖獗，影响了该地区的商业航班和船舶。

但苏黎世联邦理工学院的空间安全研究员克莱门斯·波瓦里尔 (Clémence Poirier) 表示，GPS 干扰问题并不局限于战区附近。

“基础款干扰器非常便宜，而且网上每个人都能轻松获取，”Poirier 说，“即使是最简单的，只有手机大小的干扰器，也能干扰方圆一百米甚至更远的 GPS 信号。”

2013年，一名卡车司机使用这种设备向老板隐瞒自己的位置，意外干扰了新泽西州纽瓦克机场周围的GPS信号。2022年，达拉斯沃斯堡国际机场报告了24小时的GPS中断，导致其一条跑道暂时关闭。干扰源一直未被发现。同年，丹佛国际机场也经历了长达33小时的GPS中断。

争夺PNT

“Xona 是一个很有前景的解决方案，可以增强依赖 GPS 的关键基础设施的弹性，并减轻 GPS 干扰和欺骗的威胁，”Poirier 说道。但她补充道，解决这个问题没有“魔杖”，“需要多种不同的方法”。

事实上，Xona 并非唯一一家希望为不可或缺却日益脆弱的 GPS 提供备份的公司。总部位于加州圣克拉拉的 Anello Photonics 和总部位于悉尼的 Advanced Navigation 等公司正在测试地面解决方案：体积小巧、价格实惠的惯性导航设备，其应用范围远超高端军事技术。这些系统依靠陀螺仪和加速度计，根据车辆自身的运动推断其位置。

当这些技术集成到PNT接收器中时，可以帮助检测GPS欺骗，并在干扰期间接管导航。惯性导航已经存在了几十年，但近年来光子技术和微机电系统的进步使其逐渐成为主流。

法国航空航天和国防集团赛峰集团正在开发一种通过光纤网络分发PNT数据的系统，光纤网络构成了全球互联网基础设施的骨干。但太空的吸引力依然强大：能够随时随地到达任何地点，正是这种能力让GPS从一个鲜为人知的军事系统变成了如今大多数人生活中不可或缺的基础设施。

Xona 可能会面临一些太空领域的竞争。总部位于弗吉尼亚州的 TrustPoint 目前正在筹集资金，用于构建自己的低地球轨道 PNT 星座，一些人提议，SpaceX 的 Starlink 信号也可以重新用于提供 PNT 服务。

Xona 希望通过设计与 GPS 兼容的信号来巩固其市场地位，从而使 GPS 接收器制造商能够轻松地将新星座插入现有技术中。

尽管整个卫星群至少要到 2030 年才能建成并运行，但里德表示，一旦其中 16 颗卫星进入轨道，Xona 的系统将为现有的 GPS 基础设施提供宝贵的补充。

此次即将发射的卫星是在名为“Huginn”的演示任务三年前对该技术的基础进行了测试之后。这颗名为“Pulsar-0”的新卫星将用于测试该系统抵抗干扰或欺骗的能力。

Xona 计划明年发射另外四艘航天器，并希望到 2030 年部署大部分星座。

https://www.technologyreview.com/2025/06/06/1117978/inside-the-race-to-find-gps-alternatives/

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第4059期内容，欢迎关注。

加星标⭐️第一时间看推送，小号防走丢

求推荐