這項技術要替代GPS：信號強100倍，精度10cm - asiasworldcity.hk

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公衆號記得加星標??，第一時間看推送不會錯過。來源：內容編譯自mit科技評論。本月晚些時候，一顆不起眼的150公斤重的衛星將搭載SpaceX Transporter 14火箭發射升空。進入軌道後，它將測試旨在彌補美國全球定位系統（GPS）缺陷的超高精度下一代衛星導航技術。這顆衛星是名爲“脈衝星”（Pulsar）的衛星羣的首顆衛星，該衛星羣由總部位於加州的Xona Space Systems公司開發。該公司最終計劃在低地球軌道上部署一箇由258顆衛星組成的衛星羣。雖然這些衛星的運行方式與用於GPS的衛星類似，但它們的軌道距離地球表面約12,000英里，發射的信號更強、更精確，也更難干擾。Xona 首席技術官兼聯合創始人泰勒·裏德 (Tyler Reid) 表示：“正因爲距離更短，我們發出的信號將比 GPS 信號強大約一百倍。這意味着干擾器對我們系統的覆蓋範圍將大大縮小，但我們也能深入室內，穿透多層牆壁。”21世紀的衛星導航系統第一個GPS系統於1993年投入使用。幾十年來，它已成爲世界賴以生存的基礎技術之一。GPS衛星發射的精確定位、導航和授時（PNT）信號，其作用遠不止手機上的谷歌地圖。它們可以引導海上石油鑽井平臺的鑽頭，爲金融交易添加時間戳，並幫助同步世界各地的電網。儘管GPS系統不可或缺，但它很容易受到各種干擾，從太空天氣到5G基站，再到價值幾十美元的手機大小的干擾器。多年來，專家們一直在悄悄討論這個問題，但自從俄羅斯入侵烏克蘭以來，這個問題在過去三年裏才真正凸顯出來。這場戰爭的一大特徵是無人機戰爭的興起，這也引發了一場技術研發競賽，旨在通過干擾無人機導航所需的GPS信號（或僞造信號，製造看似虛假的定位數據）來阻止無人機襲擊。關鍵問題在於距離：GPS衛星羣由24顆衛星和少量備用衛星組成，位於地球上方12,550英里（20,200公里）的中地球軌道。當它們的信號到達地面接收器時，由於信號非常微弱，很容易被幹擾器干擾。其他現有的全球導航衛星系統星座，如歐洲的伽利略、俄羅斯的格洛納斯和中國的北斗，都有類似的架構，也面臨同樣的問題。但當裏德和聯合創始人布萊恩·曼寧於 2019 年創立 Xona Space Systems 時，他們並沒有考慮干擾和欺騙。他們的目標是讓自動駕駛汽車爲黃金時段做好準備。當時，Uber 和 Waymo 的數十輛自動駕駛汽車已在美國高速公路上馳騁，配備了價格昂貴的傳感器套件，例如高分辨率攝像頭和激光雷達。工程師們認爲，更精確的衛星導航系統可以減少對這些傳感器的需求，從而有可能打造出價格合理、安全可靠的自動駕駛汽車，並最終成爲主流。裏德表示，未來某一天，汽車甚至可能能夠相互共享定位數據。但他們知道，GPS 的精度遠不足以讓自動駕駛汽車保持在車道線內，並遠離道路上的其他物體。在建築密集的城市環境中尤其如此，因爲信號很容易在牆壁上反射，從而造成誤差。“GPS 的超能力在於它是一種無處不在的系統，在世界各地都能以相同的方式運行，”裏德說道，“但它最初設計的目的是支持軍事任務，實際上就是爲了讓軍事行動能夠在同一地點投下五枚炸彈。但這種米級的精度不足以引導機器到達它們需要去的地方，也無法安全地與人類共享物理空間。”裏德和曼寧開始思考如何構建一箇基於太空的 PNT 系統，該系統可以完成 GPS 的功能，但性能更佳，精度可達 3 英寸（10 釐米）或更低，並且在各種具有挑戰性的條件下具有絕對的可靠性。最簡單的方法是讓衛星更靠近地球，這樣數據就能實時到達接收器，避免造成不準確的延遲。低地球軌道衛星信號更強，更能抵禦各種干擾。在GPS誕生之初，這些都是不可能的。低地球軌道衛星羣——高度可達1200英里（2000公里）——需要數百顆衛星才能持續覆蓋全球。長期以來，太空技術過於龐大且成本高昂，無法實現如此大規模的衛星羣。然而，在過去十年裏，更小的電子設備和更低的發射成本改變了這一現狀。“2019年，我們剛開始的時候，低地球軌道的生態系統確實蓬勃發展，”裏德說。“我們見證了星鏈（Starlink）、一網（OneWeb）和其他星座項目的騰飛。”緊急事項自Xona發射以來的幾年裏，隨着地緣政治緊張局勢的加劇，人們對GPS脆弱性的擔憂也日益加劇。因此，尋找可靠的替代方案已成爲一項重要的戰略任務。尤其是在烏克蘭，GPS干擾和欺騙已經變得如此普遍，以至於美國珍貴的精確制導武器，例如高機動火箭炮系統，實際上變得無效。作爲戰爭象徵的第一人稱視角無人機制造商不得不重新關注人工智能驅動的自主導航，以保持這些無人機的競爭力。問題迅速蔓延至烏克蘭以外。芬蘭和愛沙尼亞等與俄羅斯接壤的國家抱怨稱，GPS干擾和欺騙日益猖獗，影響了該地區的商業航班和船舶。但蘇黎世聯邦理工學院的空間安全研究員克萊門斯·波瓦里爾 (Clémence Poirier) 表示，GPS 干擾問題並不侷限於戰區附近。“基礎款干擾器非常便宜，而且網上每個人都能輕鬆獲取，”Poirier 說，“即使是最簡單的，只有手機大小的干擾器，也能干擾方圓一百米甚至更遠的 GPS 信號。”2013年，一名卡車司機使用這種設備向老闆隱瞞自己的位置，意外干擾了新澤西州紐瓦克機場周圍的GPS信號。2022年，達拉斯沃斯堡國際機場報告了24小時的GPS中斷，導致其一條跑道暫時關閉。干擾源一直未被發現。同年，丹佛國際機場也經歷了長達33小時的GPS中斷。爭奪PNT“Xona 是一箇很有前景的解決方案，可以增強依賴 GPS 的關鍵基礎設施的彈性，並減輕 GPS 干擾和欺騙的威脅，”Poirier 說道。但她補充道，解決這個問題沒有“魔杖”，“需要多種不同的方法”。事實上，Xona 並非唯一一家希望爲不可或缺卻日益脆弱的 GPS 提供備份的公司。總部位於加州聖克拉拉的 Anello Photonics 和總部位於悉尼的 Advanced Navigation 等公司正在測試地面解決方案：體積小巧、價格實惠的慣性導航設備，其應用範圍遠超高端軍事技術。這些系統依靠陀螺儀和加速度計，根據車輛自身的運動推斷其位置。當這些技術集成到PNT接收器中時，可以幫助檢測GPS欺騙，並在干擾期間接管導航。慣性導航已經存在了幾十年，但近年來光子技術和微機電系統的進步使其逐漸成爲主流。法國航空航天和國防集團賽峯集團正在開發一種通過光纖網絡分發PNT數據的系統，光纖網絡構成了全球互聯網基礎設施的骨幹。但太空的吸引力依然強大：能夠隨時隨地到達任何地點，正是這種能力讓GPS從一箇鮮爲人知的軍事系統變成瞭如今大多數人生活中不可或缺的基礎設施。Xona 可能會面臨一些太空領域的競爭。總部位於弗吉尼亞州的 TrustPoint 目前正在籌集資金，用於構建自己的低地球軌道 PNT 星座，一些人提議，SpaceX 的 Starlink 信號也可以重新用於提供 PNT 服務。Xona 希望通過設計與 GPS 兼容的信號來鞏固其市場地位，從而使 GPS 接收器製造商能夠輕鬆地將新星座插入現有技術中。儘管整個衛星羣至少要到 2030 年才能建成並運行，但裏德表示，一旦其中 16 顆衛星進入軌道，Xona 的系統將爲現有的 GPS 基礎設施提供寶貴的補充。此次即將發射的衛星是在名爲“Huginn”的演示任務三年前對該技術的基礎進行了測試之後。這顆名爲“Pulsar-0”的新衛星將用於測試該系統抵抗干擾或欺騙的能力。Xona 計劃明年發射另外四艘航天器，並希望到 2030 年部署大部分星座。https://www.technologyreview.com/2025/06/06/1117978/inside-the-race-to-find-gps-alternatives/*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4059期內容，歡迎關注。加星標??第一時間看推送，小號防走丟求推薦

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