欧空局“未来导航”计划详解

业界 作者：全球技术地图 2023-01-15 22:43:24 阅读：808

1.1 必要性

“未来导航”计划地理渲染图

通过近地轨道卫星星座并进行在轨演示，同时结合星基地基四种组合测量技术和手段，构建适应未来导航技术发展趋势的新型国际地球参考框架，并实现更高的定位精度和整体信号的可用性。

LEO PNT概念示意图

该项任务是利用LEO特有的优势和附加能力的结合，以及LEO卫星发射容易快速部署的特性，最终提供更快的动态性，更低的信号损耗能力，更低的延迟等，最终可以对GNSS的韧性和鲁棒性提供能力补充和备份。

最终将有大约12颗卫星组成的低轨星座进行在轨演示，实现包括PNT有效载荷、小型卫星平台、卫星发射、地面控制系统、运行系统、测试用户终端、技术和服务端到端的演示任务，最终将提供更快更准的定位信息，并通过实现双向链路服务提高整体信号的可用性。该项任务涉及GNSS系统、广域和局域PNT服务、系统和技术、LEO卫星、小型卫星、空间等相关技术。

该项任务被定位为对国际地球参考框架的有效优化。其将通过开创性的基础科学研究，利用欧洲在PNT技术，基础设施和尖端技术方面的优势，有史以来首次将四种天基陆基测量技术（GNSS，SLR，VLBI和DORIS）会聚到一颗校准良好的卫星上，形成一个独特的动态天基陆基测量观测站，配合地球上大地测绘台站和相关技术，以重塑国际地球参考框架。

该项任务构建的新国际地球参考框架，目标是实现1毫米的全球参考系统精度和0.1毫米/年的长期稳定性，并配合PNT LEO有效改进全球时间和频率传递和同步，以便能够探测到地球系统运动的最小变化。

“创世”（GENESIS）项目徽标

“创世”（GENESIS）原理示意图

该项任务被认为是精确轨道测定和先进授时技术的结合以及GNSS信号的科学利用，为地球科学、基础物理学、天文学和计量学等开辟了新天地。该项任务的研制将分为以下步骤：

第一步配备实验设备，包括：可接收GPS信号和伽利略卫星导航系统的信号的GNSS接收机、应用不同频率发射信号的VLBI发生器、基于无源SLR的回反射器以及最新DORIS机载接收机。所有的设备通过安装紧凑时标有效载荷，并连接超稳振荡器实现时间同步功能。

第二步是通过2-3年完成GENESIS卫星的设计、开发、发射和运行任务，整个过程将采用精益工艺的创新试验板和基于模型的工程设计的方法，并考虑针对现有小型卫星平台进行改造以降低成本，同时完成星上环境建模和反辐射环境建模工作，并适时完成在轨精度模拟测试等任务。

第三步是启动和早期运行阶段，将卫星送入约6000公里高的预定轨道，完成在轨调试工作。

第四步是科学应用阶段，用2-3年完成数据处理、归档和应用分析工作，最终对现有国际地球参考框架进行优化。

“未来导航”计划构建了一个涵盖GNSS、LEO和地面台站的欧洲未来PNT体系的雏形。该项计划目前的两项主要任务符合欧空局基于“多层体系”PNT服务体系的构想，可以通过LEO PNT的在轨测试和“创世”组合测量技术的设计验证验证其构想的可实现性和相关设想的效果。

目前的“未来导航”计划仅仅是初具雏形，不排除后续增加更多项目的可能性。但基于其“响应和领导未来导航发展趋势”的口号来看，欧洲业界未来将建立以GNSS为核心，多种天基陆基增强系统为辅助的PNT服务体系，体现多种PNT服务手段可备份可替代，以促进多种军民应用，而这也将是ESA对GNSS和PNT市场机会做出的快速有效反应。