星鏈計劃讓我們接收來自「星星的網」，上網速度高達1GB/s

出品：科普中國

製作：中國科學院光電研究院 史雨薇 王文博 袁傑

監製：中國科學院計算機網路信息中心

馬斯克最近又出來搞事情了，這個在去年激勵了無數人太空夢想的男人，在用火箭把特斯拉送上太空之後，今年提出了新的宏圖——用低軌衛星提供通信服務的starlink計劃。這個計劃要構建最終12000多顆衛星的龐大星座，為人類提供上網速度高達1GB/s。到時候大家拿著手機上網就不再是低頭族了，也許需要仰頭接收來自星星的通信信號哦。

低軌道衛星主要是指，運行在低軌道平台的衛星系統。根據平台高度可以把衛星分為高軌、中軌和低軌。低軌衛星，也稱近地軌道衛星，特指軌道飛行高度為200~2000km的衛星集合。按照軌道高度不同對衛星進行分類，除低軌衛星之外，還有中軌衛星（2000km~20000km）以及高軌衛星（20000km以上）。

衛星軌道有高中低之分，但重要程度上沒有區別，比如說高軌道衛星中用於觀測天氣的風雲系列衛星、中軌道衛星的王牌——衛星導航系統，包括北斗和GPS、以及現在備受關注的低軌道衛星。

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而其中，基於低軌衛星的服務引起了大家的廣泛關注，我們來看看低軌衛星星座的搜索結果。

其實馬斯克並不是第一個關注到低軌道衛星的人，因為在馬斯克發布starlink計劃之前，OneWeb早已經開始全球的星基互聯網戰略，在2017年時，就已經發布聲明說，首批648顆衛星的通信能力已售罄，而且據說OneWeb單顆衛星的造價已經可以控制在50萬美元左右，真正實現了低軌衛星批量化生產的能力。

其實除了低軌衛星通信領域的瑜亮之爭之外，低軌衛星還有很多其它的用途，比如低軌遙感星座，包括Planet，worldview、天空衛星（天空盒子公司），我國的吉林一號等等，他們都在默默地觀察這地球上的各式各物。

不過這都不是今天我們要講述的重點，今天我們要說的是低軌道衛星和導航之間不得不說的愛恨情仇的故事。

通信、導航、遙感是信息領域的三朵姐妹花，而基於通導遙一體化服務也是未來信息網的核心關注點之一。

那麼低軌衛星和導航之間有什麼聯繫呢？

實際上在有了衛星導航定位系統，也就是我們常說的GNSS之後，大約解決了室外用戶90%以上的導航定位需求。

但是GNSS系統並不是萬能的，由於GNSS系統中的衛星距離地面大概2萬多公里到3萬多公里的距離，其信號相當於一個微波爐發出的信號強度，所以GNSS信號到達地面的時候信號非常弱，這就叫做GNSS的天然脆弱性。這會導致如下問題：

問題1 室內定位無法滿足

問題2 導航定位的精度不夠高，分不清立交橋或者車道

問題3 在衛星數量不夠/有遮擋干擾等的情況下，導航定位速度慢

那麼，這些問題需要怎麼解決呢？

這就需要用到導航增強系統。顧名思義，導航增強系統是指能夠增強導航性能的系統，而通常來講呢，導航增強技術又會分為信息增強和信號增強這兩類。

信息增強是通過修正衛星導航定位系統的誤差來提高導航定位的精度和可靠性等的方式。信息增強信息並不提供觀測量，只提供消除GNSS系統誤差，提高導航定位性能的方法。信息增強通常需要的是傳輸信道，能夠把增強信息發送給用戶。

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信號增強是指通過除了衛星以外的平台來發射導航信號，假裝自己也是一個可以用作定位的衛星，來提高導航定位的精度和可用性，通常稱呼這樣的平台為「偽衛星」。信號增強通常需要信號發射機，來為用戶提供測量信息。信號增強系統提供觀測量，可以與GNSS系統聯合定位或者獨立定位。

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偽衛星：我不是真的衛星，但我同樣具備類似衛星的功能哦。

由此可見，信息增強系統可以改善GNSS系統的定位性能，但是對於收不到GNSS信號的情況來講，比如室內或者遮擋環境下，就無能為力了。

而信號增強系統能夠提供新的觀測量，對於GNSS系統無能為力的場景，比如立交橋下、都市峽谷地帶等衛星數目可能不夠的情況下，實現補充增強，甚至對於室內這種GNSS信號無法企及的領域，信號增強系統也能提供解決方法。

之所以低軌導航信號增強系統如此備受關注，主要是因為其具有以下優勢：

1、能夠獲取更高的發射功率，有實現室內定位的可能；

2、能夠改善衛星分布，提供更好的導航定位精度和可用性；

3、具有更快的多普勒速度變化，能夠儘快固定整周模糊度；

4、低軌小衛星系統的建設成本低，啟動速度快，能夠作為中高軌導航星座的補充備份。

此外，基於低軌衛星的導航與通信的深度融合也是當前低軌衛星星座建設的重點發展方向。

導航與通信深度融合技術是美國PNT體系論證中的四要素之一。首先是因為當前空間中越來越緊張的頻點資源，隨著衛星數目越來越多，空間頻段可用資源日漸捉襟見肘，如何高效利用空間頻率資源成為了當前的關注熱點。

君不見，L波段的7MHz的空餘頻段，簡直一家有女百家求。

在這樣的情況下，將通信系統和導航信號增強結合起來，利用通信系統的空餘時隙插播導航增強信號，提供更可靠的導航定位服務，可以說是低軌衛星導航增強系統建設的必然出路。

另外，導航和通信作為信息網路中的核心基礎技術，提供時空基準信息和傳輸通道，不管未來的低軌衛星系統是想做數據商、運營商還是綜合服務商，都離不開導航和通信這兩個左右手啦。

今天我們要說的是中科院又雙叒叕出來搞事情啦。

前不久，就在3月份，中科院光電研究院國內首個以通信導航在信號層面深入融合為出發點的低軌衛星導航信號增強技術試驗，目前已經完成了初步信號體制的測距試驗，證實了信號體制的有效性和通導一體深度融合的可能性。

現在國內也有很多基於低軌衛星星座的設計和暢想，未來低軌衛星到底能夠給我們帶來什麼，中國的starlink何時能夠出現，能夠為北斗系統帶來怎樣的補充增強效果呢？這就值得我們大家一起來期待啦。

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