很长时间以来，人们热衷于说韧性PNT的出路之一，是利用机会信号，好像到处都有可用资源，天上有卫星通信信号，地面有5G与6G网络，但是真正的解决方案，却不多见，最近在《GPS世界》杂志上，刊登了一篇名为“现代的北极星：……”的文章，讲的就是利用低轨（LEO）宽带互联网卫星，就是星链（StarLink）作为信源，实现了地面、空中、平流层和北极海上的导航。这是一个叫做“ASPIN实验室”团队进行的研究开发之工作成果。

图示截至2026年1月，目前在近地轨道部署的星链星座的卫星已经超过一万颗。

众所周知，2015年1月，SpaceX公司公开宣布了发射"星链"的计划：这是一个由近1.2万颗低地球轨道卫星组成的巨型星座，旨在提供全球宽带互联网服务。2019年5月，首批60颗运营卫星发射升空。2025年10月，星链卫星数量突破1万颗（见图1）。这一非凡成就意味着，Starlink拥有的卫星数量已超过其他所有低地球轨道星座历史发射卫星数的总和。SpaceX正在重新定义全球互联，为地球上任何地方提供高速、低延迟的互联网服务。其民用系统“星链”通过在偏远和服务匮乏地区提供可靠的宽带服务，弥合了数字鸿沟，为教育、远程医疗和经济增长创造了条件。其防御和政府版本“星盾”正在为军事行动提供安全、稳定的通信和快速的数据传输能力。

时间还得回到新冠疫情肆虐期间，在一栋安静的校园楼里，ASPIN实验室团队正忙于研究星链神秘的专有信号及鲜为人知的卫星轨道。在展示了利用Orbcomm低地球轨道（LEO）卫星实现首个实验性无人机（UAV）和地面车辆导航系统后，团队的下一个重要目标是利用Starlink的机会信号进行定位、导航和授时（PNT）。在2021年ION GNSS+大会上，该团队宣布了低地球轨道定位导航授时（LEO PNT）的新纪元：首次成功利用星链（Starlink）实现PNT应用验证。该团队设计了一种认知型软件定义接收机（SDR），能够跟踪星链的所谓导频音的载波相位和多普勒频移，并配备了星历误差校正算法。SDR和算法已进入测试阶段，用于定位接收器。从最初约180公里外的估算起点开始，通过接收六颗星链卫星的信号，最终将接收器定位在10米范围内。这引发了全球范围内对利用星链（Starlink）进行定位、导航与授时（PNT）的研究热潮，从解码其下行链路正交频分复用（OFDM）信号、分析卫星星历与授时信息，到评估可实现的PNT性能。该文展示了利用星链系统在四个地理位置分散的移动平台上获得的最先进的低轨卫星定位、导航与授时成果，此为迄今最高水平。这覆盖陆地、空中、平流层和北极海域的四个平台：一是宾夕法尼亚州的地面车辆；二是俄亥俄州的无人机；三是新墨西哥州的超高空（平流层）气球；四是格陵兰附近北极海域中的船舶。

无人机测试中的硬件配置

这样的演示试验系统，必须解决接口控制文件和测试设备的问题。与全球导航卫星系统（GNSS）不同，像星链（Starlink）这样的非合作低地球轨道卫星不公开其下行信号结构，因此用户必须自行创建"低地球轨道定位、导航与授时接口控制文件"。这可以通过“逆向工程”弄清楚卫星通信信号来加以实现。“逆向工程”的一种更强力方法是通过认知稀疏分布式表示，它采用盲信号处理技术来实时学习信号，无论采用何种调制和多址方案。

图示（a）-（c）高空探测气球硬件配置；（d）测试团队新墨西哥州立俄亥俄与伊卡洛斯气球 ；(e) 气球发射

迄今为止，利用认知SDR方法对星链下行链路信号定位、导航和授时（PNT）功能的最全面特征分析已经取得明显有用的成果：一是完整的OFDM信标被揭示；二是研究和实践描述了如何利用星链进行定位导航授时，并展示了不同场景下可达的最大载噪比：即导频音与OFDM信标的对比，以及低增益与高增益接收捕获的对比；三是设计了一款星链低轨道PNT软件定义无线电，首次成功从星链的OFDM信号中提取出了导航观测值（载波相位、多普勒频移和码相位）；四是关于星链导航观测值的质量分析报告，内容包括：信号活动与功率水平；以及影响提取观测值精度的时钟修正问题，并提出相应缓解措施。

同时，测试过程中，要解决星历表与时间误差校正。与全球导航卫星系统（GNSS）不同，像星链这样的非合作低地球轨道（LEO）卫星并不广播星历和时钟数据，因此用户需要依赖如双行轨道要素（TLE）文件等公开来源。然而，这些数据会随着时间的推移因轨道摄动而精度下降，从而限制其在PNT（定位、导航与授时）应用中的有效性。最新的研究通过五种主要方法来应对这一挑战：一是差分低地球卫星轨道；二是基于机器学习的轨道预测；三是实现误差校正测量；四是进行闭环星历跟踪；五是等效授时误差补偿。

关于四种应用场景下的测试方法和结果，在此不做赘述。当然在实现的精度方面，还有很大的改进余地。