信息来源：微信公众号《斗室智库》
卫星导航（GNSS），已经成为人们的一种生活方式。但是，其存在的脆弱性威胁这一软肋，始终是一块极大的心病，特别是存在战争与动乱的所在，其定位精度和可靠性都受到严重挑战。它最大的不足是进不了室内，进不了有遮挡的地方，以及受不了干扰、欺骗和网络攻击。LEO-PNT是解决这些难题的主要方法之一。实质上，这是从硬件到数字孪生的PNT技术开发和演变。
几十年来,定位、导航和授时（PNT）服务主要依赖于在中地球轨道（MEO）上运行的全球导航卫星系统（GNSS）,这些系统改变了全球的定位、导航和授时格局。然而,城市峡谷、室内环境、干扰、欺骗攻击以及对弹性计时基础设施的日益依赖都在推动该行业探索互补的方法。
LEO-PNT的承诺已经建立多年,该行业现在正从理论走向现实。随着多个实体积极开发来自近地轨道（LEO）的增强型 PNT 能力,以及有几颗已经发射的运行卫星,LEO-PNT 已经证明了其指导我们物理世界下一个技术创新时代的潜力。
这个领域的核心参与者是 修娜空间（Xona Space） 及其脉冲星（Pulsar）星座。Pulsar 从头开始被设计为商业卫星导航服务,它针对补充当前 GNSS 的三种品质:在现有信号出现故障时工作的信号强度、厘米级的本地精度以及应对干扰和欺骗的弹性。Pulsar没有重新发明创造轮子,而是建立在现有GNSS硬件已经使用的L波段频谱之上,允许每年生产的数十亿台新的GNSS设备无需新的硬件投资，即可访问Pulsar信号的功能。
MEO 和 LEO 之间的结构差异在这里很重要;与 GPS 卫星相比,Pulsar 的信号距离地球大约近 20 倍,对于用户来说,Pulsar 的信号到达时的功率明显比 GPS 强 100 倍以上。这种几何形状还意味着卫星在天空中更快地运动,将多径误差和收敛时间缩短到几乎瞬时,此外还将覆盖范围扩大到当今校正服务能力不足的高纬度地区。
但大规模建设 LEO PNT 星座并非没有挑战。Pulsar生态系统还为时过早:截至2025年中期,一颗生产级卫星已进入轨道。接收器的采用虽然迅速增长,已有十多个商业合作伙伴跟踪 Pulsar-0,但需要持续的生态系统开发和访问。软件定义的 LEO 航天器可以随着时间的推移不断发展其信号配置文件,这是卫星导航的一项新功能,使 PNT 基础设施能够随着技术的成熟而不断改进。但这也意味着为支持它而构建的工具、模拟器和接收器的设计必须考虑到这种灵活性。这就是发展生态系统变得至关重要的地方。
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从硬件到数字孪生:PNT 开发演变。从历史上看,PNT 的开发主要以硬件为中心。RF阶段进行了大部分深入测试,工程师依靠物理信号和硬件原型来验证系统性能。这种以射频为中心的方法仍然是当今 GNSS 和新兴 LEO PNT 开发的基础要素,为操作系统提供了所需的现实性和信心。
与此同时,PNT 研发中“移左”范式的出现正在扩展系统的设计和验证方式。开发和测试越来越多地发生在纯软件环境中,使工程师能够在硬件可用之前探索新的设计和算法。这有助于在开发周期的早期发现问题,缩短迭代时间,并使解决方案能够更有效地进行部署。
LEO PNT 举措进一步加速了基于软件的开发工作流程的采用。由于其中许多系统仍在快速发展,软件定义的环境提供了在过程早期评估信号设计、接收器算法、星座行为和互操作性概念的有效方法。与此同时,这些工作流程建立在更广泛的 GNSS 行业数十年的经验之上,模拟和射频验证长期以来一直发挥着互补作用。
虽然软件定义的测试提供了灵活性和可扩展性,但射频验证仍然是开发过程的重要组成部分。某些特性—包括接收器灵敏度、干扰行为、定时性能和硬件集成效果—,只有在现实的射频环境中才能完全理解。因此,现代 PNT 开发越来越多地将软件仿真、射频实验室仿真和最终的现场验证结合起来,作为持续开发工作流程的一部分。
是德科技（Keysight） 的 SimXona 产品线旨在从一开始就支持这两种方法。IQ文件的测试来实现软件定义的研发,同时还支持传统的基于RF的验证工作流程。这使得开发人员能够使用一致的测试场景和信号模型在早期算法开发和硬件集成测试之间有效地移动。
Keysight 通过其新收购的 Spirent PNT 业务,自早期测试信号阶段以来一直支持 Xona Pulsar 信号,并于 2022 年与 Xona 一起提供了联合认证的测试解决方案。从那时起,Spirent 继续支持 Xona 接口控制文档（ICD）的主要迭代,直至当前生产的 ICD。
这种合作还反映了两种发展文化的融合:已建立的 GNSS 生态系统和通常与新兴 LEO PNT 系统相关的快速移动的 ICD 刷新周期。频繁的 ICD 更新需要两家公司的密切协调和适应性,以帮助确保更广泛的生态系统能够与技术一起发展。
GNSS 设备的成熟,Xona 正在努力引入 Pulsar Verified,这是一种帮助用户识别接收器、模拟器和测试与 Pulsar 信号一起工作的设备的程序。Keysight 是最早参与该生态系统的合作伙伴之一,为创新者提供 LEO-PNT 功能,并展示了 Pulsar 信号为下一代导航应用带来的价值。
基于这些功能,Keysight 现在正在通过创建一个跨越 GNSS 和 LEO-PNT 的数字孪生环境来进一步扩展其方法,使开发人员能够在更大规模和早期开发阶段测试软件定义的接收器。Spirent的RF模拟器作为数字测试刺激,这种数字孪生PNT环境可以提供可信的功能,具有从本地环境到可扩展基础设施的灵活部署选项。