新的低轨PNT星座能代替GNSS吗？

近几年来，低轨（LEO）星座被炒作的十分火热，特别是马斯克的星链更是让人浮想联翩，那是无线互联网的杰作，有些人简单地想把5G和6G搬到卫星上去，同时炒作的当然还有遥感星座和导航星座。实际上，许多人只是从技术的实现角度、从个人的爱好角度，心血来潮地去思考这些事情，而缺乏真正的从市场需求和投入产出比去客观谋划，这是个值得深入讨论研究的大问题。这里首先应该指出的是，GNSS这样的全球导航卫星系统，构建全球星座及其应用服务用户“三无限”是一种划时代的创举。特别是利用中轨星座这样的方式，由几十颗GPS卫星实现全球覆盖，而且用四颗星就能实现真正的三维定位，为什么还要来个全球化？因为是着眼于北极星潜艇的发射洲际导弹的需要，需求非常清晰。因为卫星导航利用信号广播方式，所以实现了用户无限、应用无限、服务无限。卫星导航这种创举事实上是不可以或者很难拷贝复制的，而目前商业航天中最大的问题就是在简单的想模仿卫星导航系统的成功，动不动就来个全球覆盖，有那么多实际需求吗？能够真正实现可持续发展吗？最近，《GPS世界》杂志的几个编辑专门就低轨PNT星座能够替代GNSS吗？进行了讨论，这是一个很值得探讨的问题。

“使用低轨卫星的新PNT星座能否完全取代现有四个GNSS星座提供的服务？”

米奇·纳林斯的回答是：从纯粹的能力角度来看，答案是“是的”。LEO星座可以提供用户所需的PNT性能度量。然而，如果遵循这一战略，它将缺乏确保关键基础设施的安全、保障和效率所需的多样化、互补的解决方案。许多人已经认识到需要有弹性的PNT解决方案，并确定了系统体系方法。多个卫星星座——近地轨道和低地球轨道（尽管平台数量众多）——缺乏这种必要的弹性。一个有弹性的系统体系应包括多轨道卫星和互补的地面PNT基础设施，每一个都能提供所需的性能，并全面展示抵御各种威胁的能力。”

约翰·菲舍尔的回答是：“理论上，是的。有了更强的加密信号（抗干扰），它们克服了全球导航卫星系统的两个主要弱点。然而，在付费服务的商业模式下，很难与免费服务竞争。此外，需要大型星座来克服GDOP。OneWeb、Starlink等已经推出并将继续推出大型星座，因此它们必须与这些高带宽通信星座竞争，这些星座可以提供准确的PNT作为辅助服务，并且由于其规模而没有GDOP限制。采用单一目的的PNT系统将是困难的”。

米奇·纳林斯                                                       约翰·菲舍尔

伯纳德·格鲁伯的回答是：“是的，它可以。也就是说，与任何新产品或技术一样，PNT能力的发展将取决于破坏当前环境的竞争、价值或威胁。Xona、Satelles等新兴系统或Starlink等利用“感兴趣信号”的任何数量的增强将正确地有助于增强PNT的发展。基于低地球轨道的系统目前的优势，如接收功率增加、收敛时间缩短和数值多样性值得注意，但取代1000多亿美元的政府支持的全球导航卫星系统的投资是另一回事，这些系统遵循既定政策和已公布的国际导航卫星系统”。

朱尔斯·麦克奈夫的回答是：“正如我上面的同事所指出的，从技术角度来看，答案是肯定的。然而，在实践中，情况并非如此。即使是软件定义的接收器，信号接收和处理、接口标准、通信/导航服务优先级、安全性、集成到复杂系统、完好性保证等问题也无法使用此类导航服务来代替专门构建的全球导航卫星系统服务”。

伯纳德·格鲁伯                                                           朱尔斯·麦克奈夫   

事实上，在某种程度上说，GNSS在过去、现在和将来相当长时期的时空服务中，是一种不可或缺、不可替代的资源，它的政府公益属性、它的持续应用服务基础、它的新基建重中之重地位，都是其他PNT系统无法比拟的。何况，GNSS仍然在与时俱进地推进其优良的服务质量与性能，以及卫星有效载荷的软件化和可重置能力。何以解忧，唯有需求。多星座多系统多信源多种传感器的融合解决方案，才是真正的出路，也就是需要天上一张多层次的卫星定位星座网络，地面也应该有一张导航网络，包括多种多样的信源和传感器，实现天地基、室内外的导航定位融合解决方案，针对不同的需求背景、不同的应用场景、不同的服务性能，构成真正的韧性PNT全方位多层次高可信集成解决方案。