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運用SimXona釋放商用衛星的導航潛力

原創市場部思博倫通信收錄於合集: #衛星定位39個 #GNSS46個 SimXona正在徹底改變低軌衛星PNT的開發實踐。閱讀本文，詳細瞭解有關思博倫與SimXona的接收器開發、場景創建及接收器認證。商用低軌衛星（LEO）星座有潛力引入新的定位、導航與授時（PNT）信號，從而為現有的全球導航衛星系統（GNSS）提供有益補充，並為導航系統使用者帶來具有系統韌性、安全性與高精度的服務。與中地球軌道（MEO）相比，由於近地軌道與地球的距離近20倍以上，從近地軌道能夠提供更強的信號，進而減少路徑損耗並縮小衛星覆蓋(footprint)，因此具備相當的吸引力。更快的衛星運動能夠實現精密單點定位（PPP）的快速收斂以及更短的去相關時間，從而得以幫助消除多徑等效應。新穎的信號設計為網路安全實現了身份驗證與加密。對於汽車自主駕駛、關鍵基礎設施及大眾移動通訊等行業來說，這僅僅是其能夠提供的具有吸引力的新功能的一部分。為了展現上述優勢，Xona Space Systems在2022年5月發射了公司的第一顆示範性商用低軌導航衛星Huginn。Xona的下一階段部署目標是發射約30顆衛星，從而在地球中緯度的人口密集地區提供單視(1-in-view)的LEO GNSS增強服務。Xona的最終目標是部署由近260顆衛星組成的星座，以實現GPS級別的衛星可見性及星座幾何分佈，，從而提供具備高度韌性、準確度與安全性的完整定位服務。為滿足對PNT服務不斷增長的需求，在設計這些衛星時更加專注於在軌靈活性與更快的更新週期（5年）。對於低軌衛星PNT服務的測試由於Xona目前只有一顆示範性衛星在軌道上運行，每次真實天空測試只能進行幾分鐘，每天進行測試的機會也少之又少。雖然真實天空測試能夠展示衛星的核心技術，但整個星座的最終部署還需要一段時間，因此對於射頻（RF）信號的類比能力就變得至關重要——這包括對於預期中的連續10多顆Xona LEO衛星的性能評估，以及最終部署時的PNT接收器與設備開發。這就是為什麼思博倫關於SimXona的最新公告如此重要——它將PNT的商業化進一步交付到開發人員手中，使我們距離LEO PNT使用者設備的強化部署又近了一步。在對使用GNSS的系統進行開發與集成的過程中，GNSS信號模擬器是一件非常重要的工具。當前的大多數應用都是對來自MEO與地球同步軌道（GSO）中現有的GNSS信號進行類比。最近，Xona與思博倫展開了密切合作，對第一個GNSS模擬器完成了認證——這一模擬器能夠生成表徵Xona示範性衛星的信號，但其巨大的規模足以構建由近260顆衛星組成的完整星座。從硬體與軟體接收器中獲得的結果為接收器與演算法的開發提供了更多的靈活性。上述結果能夠展現以下幾個重要因素：(1) 從快速幾何變化和多普勒輪廓所顯示的LEO衛星動態；(2) 與GPS相比，接收信號的功率更高（約20 dB，即約100倍）；(3) 代碼與相位噪音展現出實現高精度定位的能力；(4) 協力廠商模擬器與接收器合作夥伴能夠成功採用Xona的PNT信號。場景與機制雖然在Xona最初的性能表徵中使用的是思博倫的GSS7000模擬平臺，但這些功能同樣也適用於思博倫的GSS9000平臺。在創建場景時，可以通過特定曆元的開普勒元素或通過*.sp3檔對於LEO衛星軌道進行定義。PRN可以單獨分配給每顆衛星，而這些衛星的導航資料是通過檔形式提供的。值得注意的是，Xona的星座擁有超過99個衛星識別字，這打破了當前的sp3標準，從而成為成功實施必須克服的眾多障礙之一。對場景進行定義之後，高性能計算平臺C50r會生成基帶I/Q元件，而這些元件將會被上傳到思博倫的GSS7000或GSS9000模擬器平臺，生成與GNSS相一致的對應Xona射頻信號，從而可以實現與I/Q級別的軟體接收器或運用完整射頻的硬體接收器之間具高度靈活性的配合使用。這一結果的潛力非常巨大。首先，它使我們能夠儘早與最終用戶共同深入瞭解並量化Xona的LEO PNT服務在使用特定接收器硬體時所提供的性能提升。我們可以利用思博倫的複雜場景遮擋、多徑及干擾源，隨後將其與SimXona結合起來，展示Xona服務在特定場景下所提供的優勢。展望未來無論是對內還是對外測試，Xona都從思博倫最新的SimXona開發中受益匪淺。從外部來說，這使我們能夠在整個星座部署之前向客戶與合作夥伴完整展示Xona LEO PNT系統的潛力。我們已經看到業界對此類硬體類比功能的顯著需求，因為這能夠説明使用者設備開發並展示特定用例中預期性能的提升。從汽車到重型機械再到關鍵基礎設施，Xona在各個領域的合作夥伴都表達了對此類功能的強烈興趣。而從內部來說，系統設計首先隨著生產過程而成熟，之後又處於不斷演化的過程中，因此SimXona模組能夠讓Xona對於新的系統元素持續進行實驗。我們可以在地面上評估軌道、資料消息及其他參數的變化及其對於實驗室受控環境中接收器硬體所造成的影響。例如，作為SpaceX Tranporter-5火箭的拼車任務之一，Xona的示範性衛星Huginn目前高度為520公里，但量產衛星的目標高度為超過1000公里；此外，SimXona目前正在模擬來自Huginn的示範性信號——根據第一顆衛星帶來的經驗教訓，之後的衛星製造會發生相應的變化。隨著設計的成熟與實驗性功能的發佈，思博倫的SimXona測試平臺可以在對星座本身進行更改之前，檢查衛星可能對用戶產生的任何重大影響。也許最重要的是，作為接收器認證的第一步，SimXona等功能如何不僅通過Xona進行，還可以由接收器開發人員自己進行。該測試床提供了創建標準化方法與測試向量的工具，這不僅有助於接收器開發，而且還可以使接收器製造商能夠進行自我認證。由於Xona的第一顆量產級衛星計畫於2024年發射，這為在發射前順利實現協力廠商使用者設備的準備提供了一條途徑。 “閱讀原文”，瞭解SimXona的更多資訊以及它如何助力您未來所提供的PNT服務，請參閱經過認證的SimXona產品規格書。