NTS-3卫星作用是使GPS从20世纪进入21世纪

导航技术卫星-3（NTS-3）准备发射，以试验改进GPS的方法。将近 50 年前，汽车上没有智能手机功能，世界上没有GPS制导的武器，也没有拐弯转向系统。就在那时，美国空军发射了前两颗导航技术卫星（NTS-1和NTS-2），以扩展和改进GPS先行者计划（如Transit和Timation）提供的新生定位能力。1974年发射的NTS-1和1977年发射的NTS-2，不是原始GPS星座的一部分，而是时钟和太阳能电池等各种技术系统的轨道测试平台。

当然，自 1977 年以来，直至今天，卫星定位已成为人们日常生活不可或缺的一部分，当然也是军事行动不可或缺的一部分。这在乌克兰得到了充分证明，当时由于缺乏卫星连接，无人水面舰艇对俄罗斯目标的攻击失败了。这项技术越来越多地出现在每辆车和每个人的口袋里。

在经历了数十年的定位活动之后，美国空军正准备在推迟几年的发射后，于明年发射NTS系列的第三枚卫星NTS-3。与它的前辈一样，它旨在改进 GPS 系统。根据空军实验室（AFLR）的说法，“它将推动当今天基定位、导航和授时技术的界限，为卫星导航技术的更强大、更有弹性和响应性更强的架构铺平道路。

艺术家对NTS-3航天器在轨的构想

从头开始

NTS-3太空飞行器由主承包商L3Harris设计、开发、集成和测试。该公司最近在华盛顿举行的美国陆军协会会议上展示了其展位上方的太空飞行器悬挂模型。该飞行器采用了诺斯罗普·格鲁曼公司的ESPAStar-D总线，其中包括通信、电源、姿态确定和控制等子系统，以及用于安装有效载荷的结构。

“自该计划开始以来，我们一直在做GPS有效载荷，以及和有效载荷有关的技术， L3Harris太空和机载系统业务发展总监罗利在会议上告诉《Inside GNSS》记者。“我们在上世纪70年代最初参与了 NTS-2 和 NTS-1”（当时只有哈里斯，因为与L-3 Communications的合并是其后很久的事情了）。他指出，从那时起，发生了很多事情。GPS的兴起带来了一波又一波的干扰和欺骗，更不用说来自其他系统的竞争了。

罗利说，自NTS早期以来，GPS一直做得很好，准确率为98%，可靠性为99%。然而，“现在是20世纪的技术，现在不同的是，我们不再是业界唯一的游戏了。中国已经推出北斗系统。他们的优势是，免费使用了GPS30年，了解它的优势和劣势，并用它来开展日常业务......”，他说。

NTS-3 模型悬挂在最近的美国陆军协会会议上的 L3Harris 展台上方。图片由Brett Davis提供。

NTS-3 将进行 100 种不同的飞行实验。根据AFRL的说法，NTS-3包括天基测试飞行器，地面指挥和控制，以及敏捷软件定义无线电。NTS-3将试验多种集成的先进技术，包括电子控制相控阵天线、灵活和安全的信号、软件定义的GPS接收器、增强的地面控制段自动化以及商用地面天线的使用。“所有的测试都将是为了应对当前的威胁：干扰，欺骗，对GPS的所有威胁。这就是我们的目标，克服干扰威胁，在需要电力的地方提供更多电力，加密，更高级的反欺骗加密。这一切都是为了让GPS更具弹性”，“Rolli说。“作为这些飞行实验的结果，空军将决定如何将其纳入GPS业务，”他说。“所以，这真的是关于创新和技术，将GPS从20世纪的技术带进到21世纪的技术”。

NTS-3航天器在佛罗里达州棕榈湾进行电磁干扰和电磁兼容性测试之前，在消声测试室中展示。图片由L3Harris提供。

PNT装甲套装

正如AFRL所说，他们“给PNT信号穿上了一套盔甲”。NTS-3将测试一种新的数字信号发生器，该发生器可以在轨道上重新编程，使其能够广播新信号，通过避免和击败干扰来提高性能，并添加签名以对抗欺骗。AFRL将探索天线配置，以提供多个频率和信号代码的地球覆盖和可操纵的区域波束。根据AFRL的一段新视频，该航天器的大型L波段相控阵天线使其能够产生点波束，同时保留地球覆盖的传统广播能力。

该系统将测试Chimera信号认证协议，该协议旨在验证卫星轨道数据以及卫星与用户之间的距离，为民用用户提供防止GPS欺骗的保护。它是一种首字母缩写词，代表芯片消息鲁棒身份验证，它发送的信号可以通过不久后发送的密钥进行解码。它旨在使欺骗威胁易于检测。

根据AFRL的说法，未来版本的Chimera可以根据新的威胁随时上传到卫星。该机构还指出，手机会定期更新，为什么不是卫星呢？太空飞行器还将有多个原子钟和计时源，既可以独立使用，也可以一起使用，以提供自动时钟错误检测和纠正。罗利说，这颗卫星将完全在GPS系统之外，因为在工作时很难对技术进行试验。“在当前的GPS系统上集成和创新真的很难，因为它已经嵌入到我们的所有生活中，所以我们想出了AFRL来设置这个程序，我们可以尝试新的信号，更高的功率，先进的信号功能，使GPS更具弹性”，他说。“所以，这是完全独立的，我们可以完全自由，完全在实验室环境中，在GEO轨道上进行实验”，他说。

NTS-3 的地面控制

Braxton Science & Technology Group 为 NTS-3 提供地面控制系统（该公司于 2020 年被 Parsons Corp. 收购）。NTS-3将使用Parson混合云地面控制架构的定制版本，类似于DARPA的Blackjack卫星和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的极地运行环境卫星。根据AFRL的说法，一个目标是从烟囱式指挥和控制系统（每个系统都是为单个任务而设计的）转变为可以支持多颗国防部（DoD）卫星的系统。据AFRL称，地面控制系统还使用商用服务和产品，包括地面天线和监控接收器，并结合了政府认证的云平台。“NTS-3控制部分允许更容易的数据共享，增强态势感知，以及美国多个项目合作伙伴之间的协作”，AFRL表示。通过展示跨空间、地面控制和用户设备部分有效管理系统复杂性的方法，NTS-3将开发经验教训和有意义的测试数据，以过渡到未来的国防部计划。NTS-3用户群包括MITRE的全球导航卫星系统测试架构（GNSSTA），用于软件定义接收机（SDR），根据AFRL的说法，该架构可以充分利用在轨重新编程信号的能力。该架构允许用户接收来自NTS-3的传统GPS信号和高级信号。NTS-3 将展示新的 SDR 功能，包括各种信号调制、以不同的方式传输数据以及按预定义的时间表更改广播参数。“未来，配备能够接收和处理可重新编程卫星导航信号的SDR，作战人员将能够访问准确的PNT数据，并增强灵活的抗干扰和反欺骗保护”，AFRL表示。NTS-3首席研究员Joanna Hinks博士在1月份的媒体日活动中说，在年1月，AFRL团队成功地在实际航天器上生成了信号，并使用实验性GNSSTA设备接收了信号。

启动时间表

卫星最初计划于2022年发射，现在定于2024年夏天发射，目前正处于测试和集成的最后阶段，将在波音公司和洛克希德·马丁公司的合作伙伴联合发射联盟建造的火神半人马座火箭上发射。火神号现在应该已经发射了，但在测试期间之前的发射任务爆炸后，飞行被推迟了。罗利说，火神必须有资格发射国防部的有效载荷，然后才能携带NTS-3。自3月份测试台爆炸以来，发射联盟已经成功地进行了发动机测试。他说，一旦升空，NTS-3的任务寿命为一到三年。“现在，任务实验大约需要一年时间，但我相信它会持续更长的时间。

文章来源：《InsideGNSS》