卫星导航技术发展 - Xona Space Systems公司计划发射首颗150公斤重的"脉冲星"卫星，测试超高精度下一代卫星导航技术，以弥补GPS缺陷 [1] - 该公司最终计划部署由258颗卫星组成的低地球轨道卫星群，轨道高度约12,000英里，信号强度比GPS强约100倍 [1] - 新系统具有更强的抗干扰能力，能穿透多层墙壁，干扰器覆盖范围大幅缩小 [1] GPS系统现状与挑战 - GPS系统自1993年投入使用，已成为全球基础技术，应用于石油钻井、金融交易、电网同步等领域 [2] - GPS信号易受太空天气、5G基站和廉价干扰器影响，俄罗斯入侵乌克兰后问题更加凸显 [2] - GPS卫星位于12,550英里中地球轨道，信号到达地面时非常微弱，容易被干扰 [2] Xona公司创立背景 - 公司成立于2019年，最初目标是提升自动驾驶汽车导航精度，减少对昂贵传感器的依赖 [3][5] - GPS米级精度不足以支持自动驾驶汽车安全行驶，尤其在建筑密集的城市环境中误差较大 [5] - 公司致力于开发精度达3英寸（10厘米）或更低的PNT系统，在各种条件下保持可靠性 [5] 低地球轨道技术优势 - 低地球轨道卫星信号更强，能实时传输数据，减少延迟，抗干扰能力更强 [6] - 过去十年小型电子设备和低成本发射技术发展使大规模低地球轨道卫星群成为可能 [7] GPS干扰问题严重性 - 乌克兰战争中GPS干扰和欺骗普遍，导致精确制导武器失效，无人机需转向AI导航 [8] - 芬兰、爱沙尼亚等国家商业航班和船舶受到GPS干扰影响 [8] - 廉价干扰器（手机大小）可干扰方圆100米以上GPS信号，曾导致多个机场运行中断 [8] 替代方案竞争格局 - 除Xona外，Anello Photonics和Advanced Navigation等公司开发地面惯性导航设备 [10] - 赛峰集团探索通过光纤网络分发PNT数据 [10] - TrustPoint和SpaceX的Starlink也在开发低地球轨道PNT解决方案 [11] Xona未来发展计划 - 公司设计GPS兼容信号，便于接收器制造商整合新技术 [11] - 计划2025年发射4颗卫星，2030年完成大部分星座部署 [12] - 首颗卫星Pulsar-0将测试系统抗干扰和防欺骗能力 [12]

广播定位系统(BPS)技术概述 - BPS是GPS的替代方案，通过ATSC 3.0数字电视信号提供计时和定位功能，主要作为国家安全的备用解决方案 [1] - 系统通过比较GPS和BPS信号检测伪造信号，拥有更广泛的基站网络 [1] - 工作原理是在信号中添加包含计时数据的前导码和包含基站信息的物理层管道(PLP) [3] 技术参数与性能 - 单个基站即可提供计时数据，四个基站可实现定位功能 [3] - 时间精度达到100纳秒(95%时间)，平均定位精度约100米 [3][9] - 系统带宽6MHz，工作频率539MHz，接收天线高度1.5米 [21] - 信号覆盖范围：当有≥10个基站时覆盖美国本土53%面积(7.7百万平方公里) [22] 部署进展与规划 - 目前NAB技术公司正在使用有限数量的ATSC 3.0基站测试BPS [4] - 开发分为六个阶段：2025-2027年部署授时功能，2026-2027年测试定位功能，2027-2029年全面部署 [6][16] - 美国已建成1526个高VHF基站(100-1000KW)和516个VHF基站(最高10KW) [10] 技术优势 - 基础设施已建成，部署增量成本低 [15] - 紧急情况下仍可运行，具有频率多样性 [15] - 室内覆盖能力强(高功率、高塔)，可无限用户接入 [15] - 完全独立于GPS、互联网和蜂窝网络 [8] 应用场景 - 提供独立于GPS的时间和位置服务 [16] - 检测GPS欺骗 [16] - 支持混合定位技术(DGPS/RTK,A-GPS辅助数据) [16] 技术实现细节 - 信号结构包含前导码(时间)、引导码(到达时间估计)和有效载荷(基站位置信息) [20] - 采用伪距多边测量技术进行定位计算 [23][25][28] - 时间同步通过GPS天线、定时误差测量设备和调整电路实现 [21] 测试与模拟 - 模拟设置使用4个基站，天线高度200米 [31] - 典型模拟结果显示定位误差约18.7米 [33] - 万次模拟测试验证了系统可靠性 [34][35] - 通过报告相邻基站信息可将系统阈值降低至-12dB SNR [35]