主頁（http://www.by236.com）：GPS失靈怎么辦？未來或可用通訊衛星信號來定位

在當今的時代中，沒有GPS（全球定位衛星系統）的社會生活幾乎是不可想象的。GPS被用于個人導航找路、商業航空運營、軍事活動、農作物監控、野生動物跟蹤等諸多無法窮盡列舉的應用場景中。但把所有雞蛋都放在一個籃子里，是否太冒險了？

自然，當下除了GPS以外，衛星定位系統星群還有歐洲的“伽利略”、中國的“北斗”等等。不過這些系統都以類似的原理和器件來運行，意味著它們有類似的優點與弱點。

如果這些星群里任何一顆被黑客攻破、被干擾、或者只是意外失靈，都意味著沒有后備選項的系統整體失靈。若此情景發生，對社會生活的很多運行關鍵部分都會有致命影響，很多國家因此日均獲得的經濟傷害就會超過10億美元。

加州大學爾灣分校教授、美國交通部有關無人車輛導航研究項目的負責人扎克·卡薩斯稱：“開發能作為GPS備用選項的、精確且高度可靠的導航系統，這是當下業界的急迫需求。盡管已經了解潛在短板，現在的用戶還是過度依賴GPS了。”

幸運的是，卡薩斯與他的研究團隊開發出了富有新意的另類定位系統。研究團隊不依賴在高軌道上運行的少數定位衛星星群，而是使用在低軌道上數量更多的近地通信衛星，比如馬斯克的星鏈衛星。

與GPS相比，星鏈等通訊衛星有很多優勢：它們離地面的距離比GPS衛星近20倍，如此一來用戶從星鏈接收到的信號強度遠高于GPS。這意味著星鏈的信號被干擾、篡改的可能性遠小于GPS，所以在GPS信號失效的很多環境中，星鏈信號仍然可靠。

而且星鏈等近地通信衛星系統的數量遠高于GPS衛星，可以完全無死角覆蓋地球的每一個角落。同時這些近地通信衛星的信號頻段更多、帶寬更高，用來定位的話可以得到準確的位置坐標。

不過，星鏈的寬帶信號現在還屬于私有知識產權的技術，并不能直接公用于定位用途。卡薩斯的研究團隊另辟蹊徑，先測量從衛星發射的信號載波波段頻譜，再基于這些頻譜，通過特殊算法，計算出接收信號的地面接收器相對于衛星的位置、運動速度、運動時間，從而得出三角定位坐標。由于只是測量信號波段、沒有直接讀取破譯信號內容，如此就規避了侵犯知識產權的難題。

研究團隊花了大量時間，在大學樓頂上用不同規格的各種硬件反復測試算法。2021年春，他們成功利用6顆星鏈衛星的信號，獲得定位精度在7.7米以內的定位結果。2021年9月20日，研究團隊的成果正式發布在“國際電氣電子工程師學會”的期刊上。

在初次試運行過程中，研究團隊為了得到更精確的信號載波波段測量結果，等了800秒鐘，在6顆星鏈衛星都飛過頭頂之后，再運算出定位結果。

不過，卡薩斯稱在不遠的未來，光是星鏈系統就將追加發射數千顆衛星，更別說此技術也能應用在銥星、“軌道通信”等其他通信衛星系統上。所以未來此技術獲得的定位實時性與精確度將會有大幅提高。

為了改進技術，研究團隊繼續改進算法模型。新的算法模型能更好地探測近地衛星的載波信號，并利用信號波束的多普勒效應更精確地為用戶定位。

現在的問題是，這個新技術的性能與已有的GPS相比，究竟表現如何。GPS系統其實還附帶了慣性定位系統，在衛星信號中斷時，備用的慣性定位系統將按用戶已有運動軌跡的速度、方向等數據，推算出用戶的位置。

卡薩斯團隊在自家的近地衛星定位技術里也集成了類似的慣性定位部分，稱之為“同步定位與導航系統”（英文縮寫STAN）。

為了試驗STAN的性能表現，研究者將自家的導航系統與市面上的高價位GPS系統一起裝在車上，在加州奧蘭治郡的公路上行駛了7公里，并在最后兩公里屏蔽了衛星信號。在信號中斷的狀況下，高端GPS系統的定位誤差是202米，STAN的定位誤差是38米，精度更加準確。

考慮到卡薩斯團隊的新系統既不能讀取信號內容，硬件檔次也不昂貴，如此的定位精度結果已經優于預期了。

研究團隊現在已在多個國家與國際組織中注冊了新技術的專利，并與數家大企業洽談商務落地的可能性。卡薩斯稱：“我們現有的成果只是揭示了未來的無盡可能，這只是開始。”