從南京到霍爾木茲：低軌衛星如何補齊導航安全短板 | 深度報道

原文發表于 《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：低軌衛星如何補齊導航安全短板

2025年12月17日傍晚，南京部分區域突現導航定位異常。許多人的第一反應是地圖壞了，或是網絡斷了。但隨后的技術分析表明，問題的根源并非地圖數據，而是全球導航衛星系統（GlobalNavigation Satellite System，GNSS）民用信號在局部區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：當地全球定位系統（Global Positioning System，GPS）等GNSS信號以及船舶自動識別系統（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。

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

正是在這樣的現實壓力下，低軌衛星通信與導航一體化開始從產業熱詞演變為安全議題。第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）在Release 17版本中，首次將非地面網絡（Non-Terrestrial Networks，NTN）納入第5代移動通信（5G）規范體系，明確支持低軌衛星接入及天地網絡間的業務連續性。歐洲航天局（European SpaceAgency，ESA）的Celeste任務，正在驗證由11顆衛星構成的低軌定位、導航與授時（Positioning，Navigation and Timing，PNT）演示星座。美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standardsand Technology，NIST）對基于66顆銥星的衛星時間與位置服務（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當地圖還在，位置卻消失了

人們日常所說的“導航”，往往只聯想到開車、打車、點外賣時的路線規劃。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。歐盟聯合研究中心（Joint Research Centre，JRC）指出，PNT服務早已滲透至電網、金融、移動通信等關鍵系統。導航只是公眾最常感知的表層，其背后統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領域拉回到了日常生活。人們突然發現，道路明明就在眼前，手機卻把自己定位到了湖里、橋下，或是一片毫無數據的空白區域。霍爾木茲海峽的通報則把同一個問題放大到了全球貿易的尺度：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弱點——對弱衛星信號的單點依賴。

2為什么偏偏是低軌

要理解低軌衛星軌道（low earth orbit，LEO）為何重新進入視野，還需從傳統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境（圖1）；同時，LEO衛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已將非地面網絡（NTN）納入5G標準框架，強調天地網絡間的業務連續性；ESA則進一步提出基于5G兼容波形的雙向導航服務設想。換言之，通信正在為導航帶來傳統GNSS所不具備的返回鏈路、網絡協同與業務連續性，而導航也在為通信提供統一的時空基準、測距能力與完整性支撐。當天上的星座既能傳輸數據，又能發送時間、提供距離、進行校核，它便不再僅是通信系統疊加導航功能，而是在向時空網絡演進。

3規模本身就是能力

在LEO通導體系中，規模已不僅是成本問題，更是性能問題。單顆或少數幾顆低軌衛星只能驗證概念，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，只有星座規模上來之后，用戶側才能獲得更豐富的幾何構型、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，當前全球技術路線大致分為2類：一類是利用現有寬帶LEO星座實現融合式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，一旦多層星座網絡成形，LEO便能在傳統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星，而在于是否有足夠多的衛星。

當規模上來之后，LEO通導一體化的價值將開始顯現網絡效應。通信鏈路可下發輔助信息、認證數據與完整性告警，導航鏈路則反過來為通信提供更穩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絡的情況下直接通過衛星上傳位置并發送低速率安全消息，低功耗物聯網終端也可借助LEO獲得更可靠的定位能力。這意味著，大規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、港口橋吊密集的碼頭、近海復雜電磁環境下的無人系統、災后地面網絡受損的應急通信現場——這些場景（圖2）都需要更強、更密、更可協同的時空服務。

圖2 低軌衛星通導一體化典型應用場景示意

ESA對低軌PNT的設想，已經不再停留在傳統車載導航，而是直接面向自動駕駛、海事、鐵路、航空、公共安全和大規模物聯網。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境中把定位、連接和安全性同時做穩。

但比定位更深的一層，其實是時間。JRC明確指出，電網、金融服務和移動網絡都高度依賴穩定授時；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研究院協調世界時，可實現平均約10 ns的時間偏差、最大偏差小于200 ns，并且這種LEO服務對區域GPS中斷具有韌性。對通信系統而言，這一點尤為關鍵——一旦授時源更穩，基站同步、網絡切換、關鍵基礎設施聯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，而是整個數字社會的節拍器。

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和無偏納秒級時間同步。這意味著，LEO可以顯著增強用戶側韌性，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、時鐘穩定、星間同步和完整性監測這幾件事沒有同時做穩，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；跟蹤環路也往往不能沿用傳統GNSS接收機的標準配置。這意味著終端側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的整體重寫。

第三道門檻是系統工程本身。大規模星座越大，發射、補網、在軌運維、碰撞規避和退役處置的壓力越大。ESA 2025年空間環境報告指出，在某些擁擠的LEO高度帶內，活躍航天器的密度已經與構成威脅的空間碎片處于同一數量級；ESA關于巨型星座的研究也強調，由數百至數千顆衛星組成的星座，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、商業模式和空間可持續性這些更大的命題。

更現實的方向，也許不是讓LEO去簡單替代現有GNSS，而是形成中軌導航、LEO星座、地面網絡和用戶傳感器協同工作的多層時空體系。JRC推動的是互補型PNT生態，ESA驗證的是多層導航架構，3GPP推進的是天地網絡連續服務，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的勝利，而是一種體系重構。

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