全球定位系统的挑战与替代方案：探索未来导航技术
原文网址:
https://bit.ly/3LaCCN9
原文:
近年来，乌克兰和中东地区的冲突升级，以及美中地缘政治竞争加剧，使人们意识到全球
定位系统(GPS)和其他全球导航卫星系统(GNSS)的脆弱性。GPS信号的欺骗和干扰不仅影响
了战场上的定位，还扰乱了民用航空等领域。这些挑战促使人们寻求不依赖GPS卫星系统
的替代定位、导航和授时(Alternative Positioning, Navigation and Timing, AltPNT)
技术。
随着替代技术的发展，我们看到了一系列不依赖GPS的导航方案。这与过去仅仅“增强”
PNT的做法有所不同，现在的重点是建立完全独立于GNSS的替代系统。然而，完全取代
GNSS的可行性仍存在疑问。实际上，没有单一的解决方案可以完全替代GPS，但我们可以
透过互补技术来增强其韧性。
低轨道(LEO)卫星系统是一种有前景的替代方案。民间企业如Xona和TrustPoint正在建设
新的商业PNT服务，利用LEO卫星星座提供更快的信号传输、更低的延迟和更高的定位精度
。然而，LEO卫星系统也面临着成本高、寿命短、运营复杂等挑战，同时仍然容易受到恶
意干扰和大气干扰的影响。
在民用航空领域，惯性导航系统(INS)是GPS的主要备用系统。INS利用加速度计、陀螺仪
等传感器计算PNT数据，但其主要限制在于需要外部源提供初始数据，且长时间运行会出
现漂移。新兴的量子INS技术可能会显著减少漂移问题，但其效果还有待进一步验证。
增强型远程导航(eLORAN)是另一种替代技术，它使用固定的地面信标网络，信号比GPS更
强且更能抵抗干扰。然而，eLORAN主要局限于陆地和沿海地区，需要大量基础设施投资，
且只能提供水平定位，无法进行垂直导航。尽管如此，美国军方正在试验新的eLORAN部署
，有望仅用三个终端站就能覆蓋整个美国大陆。
地形导航(TBN)是一种利用传感器输入与预先绘制的地形图进行匹配的导航系统。TBN使用
固定的地形高度参考来减少漂移，但在平坦地形或遭受轰炸改变的地区效果较差。即时同
步定位与地图建构(SLAM)技术可以解决部分问题，但仍需要已知位置的锚点。
电脑视觉技术，特别是视觉定位系统(VPS)，是另一个令人兴奋的发展领域。VPS透过匹配
相机捕捉的像素与特征数据库中的像素来计算位置和导航。然而，VPS需要预先对大范围
区域进行高精度地理空间坐标进行绘制，这在战时环境中可能面临挑战。
LiDAR技术与INS的融合也是一种有前景的导航方案。LiDAR可以建立即时3D环境地图，结
合INS可以计算位置、方向和速度。但LiDAR通常需要预先绘制区域地貌，且受到视线和天
气条件的限制。
整体而言，目前没有任何单一技术能完全替代GPS或其他现有的GNSS。事实上，我们也需
要一种多层次的PNT方法，将多种技术交互连接，能在不利条件下实现替代互补。虽然许
多人才正在开发新的AltPNT技术，GPS/GNSS的替代品可能会在未来出现，但在此之前，仍
须投资于更具韧性和稳健性的GPS系统，特别是开发多样化的AugPNT技术，这将是未来数
年内安全导航的关键。