原文發(fā)表于 《科技導報》2026年第9期科技新聞-深度報道

從南京到霍爾木茲：低軌衛(wèi)星如何補齊導航安全短板

2025年12月17日傍晚，南京部分區(qū)域突現(xiàn)導航定位異常。許多人的第一反應是地圖壞了，或是網(wǎng)絡斷了。但隨后的技術(shù)分析表明，問題的根源并非地圖數(shù)據(jù)，而是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigation Satellite System，GNSS）民用信號在局部區(qū)域遭到臨時干擾壓制。

幾個月后，霍爾木茲海峽及鄰近海域傳出更為危險的警報：當?shù)?strong>全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）等GNSS信號以及船舶自動識別系統(tǒng)（AutomaticIdentification System，AIS）遭遇干擾、欺騙與壓制，船位跳變、虛假航跡、異常航速同時出現(xiàn)。

一個發(fā)生在城市出行場景，一個出現(xiàn)在全球能源要道——2起事件看似無關，卻將同一個問題推至公眾面前：當衛(wèi)星導航突然失靈，現(xiàn)代社會賴以運轉(zhuǎn)的時空底座，其實比想象中更加脆弱。

正是在這樣的現(xiàn)實壓力下，低軌衛(wèi)星通信與導航一體化開始從產(chǎn)業(yè)熱詞演變?yōu)榘踩h題。第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）在Release 17版本中，首次將非地面網(wǎng)絡（Non-Terrestrial Networks，NTN）納入第5代移動通信（5G）規(guī)范體系，明確支持低軌衛(wèi)星接入及天地網(wǎng)絡間的業(yè)務連續(xù)性。歐洲航天局（European SpaceAgency，ESA）的Celeste任務，正在驗證由11顆衛(wèi)星構(gòu)成的低軌定位、導航與授時（Positioning，Navigation and Timing，PNT）演示星座。美國國家標準與技術(shù)研究院（National Institute of Standardsand Technology，NIST）對基于66顆銥星的衛(wèi)星時間與位置服務（Satellite Time and Location，STL）測試表明，低軌不僅具備補充定位的能力，更可在區(qū)域GPS中斷條件下提供可用的授時與定位服務。

低軌星座，不再只是天上的寬帶基礎設施，它正在被重新定義為下一代時空基礎設施的關鍵一層。

1當?shù)貓D還在，位置卻消失了

人們?nèi)粘Ｋf的“導航”，往往只聯(lián)想到開車、打車、點外賣時的路線規(guī)劃。但在工程意義上，PNT從來不只是導航軟件的一項功能，而是一種隱形的基礎設施。歐盟聯(lián)合研究中心（Joint Research Centre，JRC）指出，PNT服務早已滲透至電網(wǎng)、金融、移動通信等關鍵系統(tǒng)。導航只是公眾最常感知的表層，其背后統(tǒng)一的時空基準才是真正的核心。正因如此，一次GNSS中斷的后果，往往會沿著基礎設施鏈條層層放大。

南京導航定位異常事件之所以令人印象深刻，恰恰在于它把這種脆弱性從專業(yè)領域拉回到了日常生活。人們突然發(fā)現(xiàn)，道路明明就在眼前，手機卻把自己定位到了湖里、橋下，或是一片毫無數(shù)據(jù)的空白區(qū)域。霍爾木茲海峽的通報則把同一個問題放大到了全球貿(mào)易的尺度：在高風險海域，位置一旦不可信，受影響的就不僅是一艘船，而是航運安全、港口調(diào)度乃至整條能源供應鏈。城市與海峽，看似相距甚遠，實則暴露了同一種系統(tǒng)弱點——對弱衛(wèi)星信號的單點依賴。

2為什么偏偏是低軌

要理解低軌衛(wèi)星軌道（low earth orbit，LEO）為何重新進入視野，還需從傳統(tǒng)GNSS的物理特性說起。來自中軌道的導航信號需跨越2萬km量級才能到達地面，落地時功率已極其微弱，一旦遭遇遮擋、干擾或欺騙，便極易失真。ESA的判斷十分明確：低軌PNT由于軌道更低、運動更快，并可引入新信號與新頻段，能夠提供更強的接收信號、更高的精度、可用性與魯棒性，尤其適合城市峽谷等遮擋環(huán)境（圖1）；同時，LEO衛(wèi)星更快的幾何變化也有利于高精度定位。更重要的是，ESA正探索比傳統(tǒng)L波段更具抗干擾能力的頻段及更寬帶的信號體制——這意味著LEO的優(yōu)勢不僅在于離地更近，更在于體制層面的重新設計。

圖1 典型城市峽谷、近海港口和遠洋海域場景LEO多星可見性

通導一體化的意義，也不只是將導航功能附著在通信星座之上。3GPP已將非地面網(wǎng)絡（NTN）納入5G標準框架，強調(diào)天地網(wǎng)絡間的業(yè)務連續(xù)性；ESA則進一步提出基于5G兼容波形的雙向?qū)Ш椒赵O想。換言之，通信正在為導航帶來傳統(tǒng)GNSS所不具備的返回鏈路、網(wǎng)絡協(xié)同與業(yè)務連續(xù)性，而導航也在為通信提供統(tǒng)一的時空基準、測距能力與完整性支撐。當天上的星座既能傳輸數(shù)據(jù)，又能發(fā)送時間、提供距離、進行校核，它便不再僅是通信系統(tǒng)疊加導航功能，而是在向時空網(wǎng)絡演進。

3規(guī)模本身就是能力

在LEO通導體系中，規(guī)模已不僅是成本問題，更是性能問題。單顆或少數(shù)幾顆低軌衛(wèi)星只能驗證概念，真正要將服務打造為可信賴的基礎設施，必須擁有足夠多的衛(wèi)星同時在軌可見。原因并不復雜：LEO單星覆蓋范圍小、可見時間短、運動速度快，只有星座規(guī)模上來之后，用戶側(cè)才能獲得更豐富的幾何構(gòu)型、更快的重訪速度、更高的冗余度以及更強的局部抗干擾能力。

JRC也指出，當前全球技術(shù)路線大致分為2類：一類是利用現(xiàn)有寬帶LEO星座實現(xiàn)融合式PNT，另一類是建設專用低軌PNT基礎設施。而ESA的Celeste項目與NIST驗證的STL服務均表明，一旦多層星座網(wǎng)絡成形，LEO便能在傳統(tǒng)GNSS之外提供真正具備價值的韌性增量。這里的關鍵不在于有沒有衛(wèi)星，而在于是否有足夠多的衛(wèi)星。

當規(guī)模上來之后，LEO通導一體化的價值將開始顯現(xiàn)網(wǎng)絡效應。通信鏈路可下發(fā)輔助信息、認證數(shù)據(jù)與完整性告警，導航鏈路則反過來為通信提供更穩(wěn)定的時間同步與位置支撐。在ESA設想的多類應用中，遇險車輛可在沒有地面網(wǎng)絡的情況下直接通過衛(wèi)星上傳位置并發(fā)送低速率安全消息，低功耗物聯(lián)網(wǎng)終端也可借助LEO獲得更可靠的定位能力。這意味著，大規(guī)模星座帶來的已不再是單純的定位增強，而是連接能力與時空能力的同步躍升。

4它改寫的，不只是定位

如果LEO通導一體化真正落地，最先受益的，必然是那些最怕GNSS失真的場景：城市高樓林立的街區(qū)、港口橋吊密集的碼頭、近海復雜電磁環(huán)境下的無人系統(tǒng)、災后地面網(wǎng)絡受損的應急通信現(xiàn)場——這些場景（圖2）都需要更強、更密、更可協(xié)同的時空服務。

圖2 低軌衛(wèi)星通導一體化典型應用場景示意

ESA對低軌PNT的設想，已經(jīng)不再停留在傳統(tǒng)車載導航，而是直接面向自動駕駛、海事、鐵路、航空、公共安全和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)。也就是說，未來的競爭，不只是看誰能把誤差再縮小幾米，而是看誰能在復雜環(huán)境中把定位、連接和安全性同時做穩(wěn)。

但比定位更深的一層，其實是時間。JRC明確指出，電網(wǎng)、金融服務和移動網(wǎng)絡都高度依賴穩(wěn)定授時；NIST對STL的公開測試則顯示，典型接收機相對于美國國家標準與技術(shù)研究院協(xié)調(diào)世界時，可實現(xiàn)平均約10 ns的時間偏差、最大偏差小于200 ns，并且這種LEO服務對區(qū)域GPS中斷具有韌性。對通信系統(tǒng)而言，這一點尤為關鍵——一旦授時源更穩(wěn)，基站同步、網(wǎng)絡切換、關鍵基礎設施聯(lián)動的底層邏輯都將隨之改變。換句話說，LEO通導一體化真正可能改寫的，不只是用戶手機上的藍點，而是整個數(shù)字社會的節(jié)拍器。

5走向通導一體化，還要翻過哪些山

首先，最容易被忽視的一點是，許多低軌PNT方案并非在真空中憑空生成導航能力。JRC的研究指出，多層低軌PNT架構(gòu)往往仍依賴星上GNSS接收機來完成軌道確定和時間同步，核心目標甚至要求達到實時分米級軌道重構(gòu)和無偏納秒級時間同步。這意味著，LEO可以顯著增強用戶側(cè)韌性，但在不少體系設計中，它并不天然等于與上層GNSS完全脫鉤。只要軌道確定、時鐘穩(wěn)定、星間同步和完整性監(jiān)測這幾件事沒有同時做穩(wěn)，通導一體化就很難從演示走向可信服務。

第二道門檻來自接收機和算法。LEO信號的高動態(tài)特性會帶來更大的多普勒頻移和多普勒變化率，搜索空間隨之增大，某些頻段甚至需要外部輔助才能完成可靠捕獲；跟蹤環(huán)路也往往不能沿用傳統(tǒng)GNSS接收機的標準配置。這意味著終端側(cè)并非簡單換一顆芯片或做一次軟件升級就能獲得LEO帶來的收益，真正的難題還包括射頻前端、基帶算法、功耗控制和多源融合架構(gòu)的整體重寫。

第三道門檻是系統(tǒng)工程本身。大規(guī)模星座越大，發(fā)射、補網(wǎng)、在軌運維、碰撞規(guī)避和退役處置的壓力越大。ESA 2025年空間環(huán)境報告指出，在某些擁擠的LEO高度帶內(nèi)，活躍航天器的密度已經(jīng)與構(gòu)成威脅的空間碎片處于同一數(shù)量級；ESA關于巨型星座的研究也強調(diào)，由數(shù)百至數(shù)千顆衛(wèi)星組成的星座，必須在設計階段就將碎片管理和減緩機制納入核心約束。換句話說，通導一體化要解決的，不只是一個信號問題，而是要同時回答頻譜、標準、終端、商業(yè)模式和空間可持續(xù)性這些更大的命題。

更現(xiàn)實的方向，也許不是讓LEO去簡單替代現(xiàn)有GNSS，而是形成中軌導航、LEO星座、地面網(wǎng)絡和用戶傳感器協(xié)同工作的多層時空體系。JRC推動的是互補型PNT生態(tài)，ESA驗證的是多層導航架構(gòu)，3GPP推進的是天地網(wǎng)絡連續(xù)服務，NIST看到的是可用的LEO授時能力。它們共同指向的，其實不是一個單一系統(tǒng)的勝利，而是一種體系重構(gòu)。

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