当今的商业创新需要以同样速度发展基础设施。而Xona（修娜）是唯一的完整案例。因为其他的低轨卫星星座，大多是卫星通信和卫星遥感，或者说是卫星导航的增强，而真正举起导航旗子的，就是修娜。这是真正的商业航天的典型案例。其真正价值是以四两拨千斤的方式，用小公司撬动大产业，联合一大批大中小公司，形成完整的创新链、产业链和价值链，重点是在应用和服务产业发展上，而非把钱送上天了事，或者说是天上的卫星越多越好。何以解忧，唯有需求。可见商业航天的重点是在地上，定位导航授时是以人为本，服务大众，创造价值，播种1. 精华—商业卫星导航的崛起

我们的日常生活充斥着依赖导航定位的设备。这些设备的数量正以前所未有的速度增长，其真正的用户和市场需求已超出了GPS所能支持的范围。近十年来，近地轨道（LEO）卫星的创新呈指数级增长，为更紧密地连接世界开启了新的可能性。

2016年，商业和政府运营商在轨运行的卫星总数约为1500颗。这一数字在几十年间保持稳定，自1957年斯普特尼克一号发射以来呈线性增长。如今，在轨运行的卫星数量已超过8000颗——其中几乎所有增长都发生在近地轨道。原因有很多。随着可重复使用火箭的出现和竞争加剧，进入太空的成本有所下降。对连接的需求推动了多个星座的部署，以从太空提供互联网服务。通信中的延迟和地球观测中的分辨率至关重要。

图1. 低地球轨道（LEO）导航卫星发射情况。

虽然低地球轨道卫星的创新主要集中在连接和地球观测方面，但在默默支撑现代生活的定位、导航和授时（PNT）基础设施方面，存在着一代人的创新机遇。目前已有十多家实体致力于在低地球轨道部署专用的定位、导航与授时（PNT）功能，如果所有星座今天都已部署完成，卫星总数将超过2500颗。如图1所示，其中五家实体已累计发射了超过50颗卫星。这一市场信号并不令人意外，因为对更高精度、更强功率和更好保护的需求正随着低地球轨道的多样化而得到满足。

2. 要点

中地球轨道（MEO）一直是全球卫星导航系统的传统选择，GPS、伽利略、北斗和格洛纳斯均部署于此。这一位于外范艾伦辐射带的轨道高度是地球轨道卫星所处的辐射环境最为恶劣的区域，也是导致卫星成本高昂和设计复杂的主要因素。从商业角度看，低地球轨道（LEO）更具吸引力，因为其较为温和的辐射环境允许在卫星设计中使用更多商用现货（COTS）部件，从而便于批量生产。随着围绕低地球轨道的卫星和运载火箭已建立起健康的生态系统和供应链，商业定位、导航与授时（PNT）服务有机会在性能和防护方面树立新的标准。

PNT领域的创新刻不容缓。创新者正在推动各行各业和市场的技术前沿。物理智能正以自动驾驶汽车、人形机器人、自动化农业、无人机系统等多种形式蓬勃发展。随着这些系统开始在现实世界中共存，它们所依赖的工具正面临前所未有的风险。由于持续的冲突，欧洲和中东的商业航空经常受到干扰。而海上的船只也正努力适应一个欺骗行为司空见惯的环境。

商业世界与GPS这类面向政府的系统相比，有着截然不同且日益严苛的要求。GPS的设计主要围绕军事需求，作为一项历史悠久的基础设施，由于依赖它的部署设备数量众多，很难对其进行改动。这种责任使得GPS“大到不能倒”，但也使其难以改变。

GNSS基础设施为商业活动释放了巨大潜力。如今，使用GNSS的设备数量已超过互联网设备，而GPS无疑是该技术的最大用户（基于地球上近70亿台活跃GNSS设备和约60亿互联网用户的数据。）然而，商业用户在GNSS星座的演进中话语权有限，这导致了技术与需求之间的差距日益扩大，也为当前的商业机遇提供了契机。

简单来说，当今的商业创新需要同样步伐的商业基础设施来支持。

表1. 专用LEO PNT系统的比较、部署情况及规划。注：已部署的卫星已在celestrack.org上得到验证。

3. 元素—构建低地球轨道定位、导航与授时系统

对于低地球轨道卫星导航系统，可以考虑多种设计方案，正如Reid等人在表1中概述的那样，该表总结了已宣布系统的现有公开信息。这些星座涵盖了从政府支持的系统（可作为已部署的全球或区域系统的扩展）到瞄准潜在独特独立市场的商业系统。

这些星座都有一个共同点：它们的目标都是部署200到300颗近地轨道卫星。原因很简单：近地轨道卫星的覆盖范围约为中地球轨道（MEO）卫星的1/10th而要实现全球定位、导航与授时（PNT）服务，需要20到30颗中地球轨道卫星，因此要获得类似的覆盖范围，近地轨道卫星的数量大约需要增加10倍。由此产生的结果是，在近地轨道，无线电能量的分布面积仅为中地球轨道的1/10th这意味着卫星的功率需求也会受到影响——在近地轨道，相同频段下达到与中地球轨道卫星相同功率所需的能量仅为后者的1/10。

在LEO PNT设计中，还有一个至关重要的参数需要考虑：频谱。表1显示，目前有许多方案正在被考虑。Xona的Pulsar星座方案主要围绕三个具有商业吸引力的领域展开：与现有设备的无缝兼容；提升固有精度；以及增强抗干扰和抗欺骗能力。该公司早期就确立了一个重要理念，即不要将开发变成一个纯科研项目——也就是说，不要重新发明轮子，而是要升级引擎。GPS是一项革命性的技术，这也是它被广泛采用并为世界创造巨大价值的原因。因此，我们要站在这个巨人的肩膀上，展望未来。

易于集成是首要考虑因素，因为它是加速任何新系统采用的最重要方面。而频谱是集成的关键。通过推出利用现有L波段信号的新系统，每年生产约10亿台新设备的全球导航卫星系统（GNSS）生态系统可以无缝升级其能力，而无需新硬件。Xona在2022年发射的第一颗技术探路者卫星验证了这一假设。虽然探路者任务支持了区域导航卫星系统（RNSS）频段内已有的两个卫星频率——一个接近L波段E6，另一个在尚未使用的5 GHz附近的C波段——但事实证明，接收机公司愿意为L波段信号开发硬件，并且利用其现有硬件迅速完成了开发。而C波段信号在全球范围内的采用则遇到了阻力，时间线也更长。

作为回应，Xona 将生产信号切换到了双 L 波段系统，该系统已拥有近十家商业接收器合作伙伴，正在追踪最近发射的生产卫星——其中一些合作伙伴在发射后几周内就开始了追踪。挑战在于选择一种波形，使其接近现有的全球导航卫星系统（GNSS）频段，在形式、功能和数字信号处理技术上与当前已部署的系统相似，并且不会对轨道上现有的 GNSS 服务造成有害干扰。最终的设计如图 2 右侧所示。关键创新在于选择了带宽效率高的正交相移键控（QPSK）形式，其能量集中在主瓣且衰减速度比传统二进制相移键控（BPSK）信号更快，图2左侧显示了传统BPSK信号用于对比。结果是信号强度提高了100倍，且不会对现有全球导航卫星系统（GNSS）信号造成有害干扰，同时通过更高的信号功率提供了更强的抗干扰能力。这一选择过程是迭代式的，参考了接收机社区的反馈。

图2.（左）基于GPS BPSK的信号波形，以及（右）基于脉冲星QPSK的信号波形。

除了兼容性和易于集成外，精度和韧性也是关键的设计驱动因素。例如，农民依靠其装备的定位精度来高效地播撒种子、化肥和水，从而减少浪费并提高作物产量。定位精度还能实现年复一年的精准、可重复的田间作业，节省时间、燃料和资金，同时保护土壤。由于GNSS通常提供米级定位，如今许多农民通过GNSS校正服务购买定位精度，以获得厘米级定位。Xona架构利用了精密单点定位（PPP）中的这些技术，直接从空间段提供精密星历，并结合低地球轨道（LEO）卫星的快速运动（与中地球轨道卫星相比），将定位解算收敛时间从约10分钟缩短至近乎即时（参见Mah和O’Keefe，2025）。这种几何结构也有助于扩大覆盖范围，因为如今的校正服务通常依赖地球静止卫星，无法覆盖高纬度地区，而这些地区对于关键矿产开采和极地导航等任务而言至关重要。

连接性依赖于强健的授时。通过网络传输更多数据意味着要高效地以同步方式交织数据包。电信和数据中心需要这种连接性才能正常运行。我们的通信系统需要认证，而民用GNSS信号在很大程度上无法提供这种认证。在GNSS欺骗被用于《精灵宝可梦GO》等游戏作弊，如今更频繁地被用于恶意目的的时代，认证对于现代系统而言变得至关重要（Anderson, 2025, 以及 Xona, 2025a）。为了抵御欺骗，Xona 不仅纳入了数据认证，还纳入了距离认证，从而使用户最终能够认证其位置。

国防应用需要具备抗干扰能力。全球冲突，特别是在乌克兰和中东地区，凸显了在广泛存在的GNSS干扰器面前，GNSS系统的脆弱性。然而，这个问题已不再仅仅是国防问题。2025年，仅在1月至4月期间，欧洲就有近123,000架次商业航班因GNSS干扰而中断 (GPS World（2025年）。为了抵抗干扰，一种方法是提高功率。由于近地轨道（LEO）卫星距离地球比中地球轨道（MEO）卫星近20倍，因此在卫星端发射相同功率的情况下，近地轨道卫星能提供近10倍的功率增益。Xona的目标是将终端用户的接收功率提高100倍，近期的实地试验表明，这能将干扰器的有效干扰范围缩小六倍以上。这种发射功率意味着受影响区域将减少97%以上，迫使对手不得不使用更大、更不切实际的平台，即从手持设备升级为背包式甚至卡车大小的干扰器。

更强的信号功率也对室内定位具有重要意义。物联网（IoT）设备，如资产追踪器，在运输过程中通常会受到信号遮挡和衰减的影响，尤其是在室内环境、城市峡谷、植被覆盖区域，或被车辆和货物遮挡时。仓库、集装箱及其他限制条件会制约定位的可实现范围。即使只是粗略的室内定位，也能为资产管理提供运营智能支持。

4. 启动LEO PNT

图3. 脉冲星星座卫星发射阶段。

如图3所示，脉冲星（Pulsar）的设计是分阶段发射的，这将分阶段解锁能力，逐步增加功能数量，最终扩大用户群。虽然脉冲星在部署16颗工作卫星后将实现主要市场的持续覆盖，但时间转移领域的早期客户将能更早地从脉冲星中获得价值，因为它可以作为具有保持时钟设备的独立时间同步源。在16颗卫星时，脉冲星将实现持续的“可见一颗卫星”服务，为静止用户（包括室内用户）解锁精确时间转移和粗略定位功能。脉冲星还提供用于流式传输GNSS修正数据的链路，这是建立在与Trimble合作伙伴关系基础上的。具备GPS级卫星可见度的完全弹性定位功能将在后续上线。首先是在中纬度地区，部署192颗卫星；然后通过向极地轨道额外部署66颗卫星实现全球覆盖，使工作卫星总数达到258颗。

图4. Xona的首颗量产卫星Pulsar-0。

Xona 于 2025 年 6 月发射了其在轨验证阶段的卫星 Pulsar-0，这是第一颗代表规模化能力的量产级卫星，在信号调制、功率和功能方面均具备规模化能力。Pulsar-0 使整个系统的性能得以验证，不仅验证了太空中的有效载荷，还验证了地面用户获得的实际益处。作为规模参考，图 4 展示了这颗 150 公斤级卫星的发射前状态，包括其与猎鹰 9 号运载火箭的集成情况。发射成本已变得更加可及，使商业实体能够发射更大的航天器，从而对地面产生更大的积极影响。

图5. Pulsar-0测距信号与标称GPS的SISRE估计值比较。

5. LEO PNT在轨

自发射以来的近6个月里，脉冲星-0已在超过6个国家被追踪，涉及12款第三方接收机原型，并已达成多项性能里程碑，预示着当整个星座投入运行时，脉冲星将为全球用户带来突破性的能力。早期性能测试旨在真实场景中展示对商业用户而言最重要的价值与功能。

精度。图5展示了43毫米的星基用户测距误差（SISRE）——大约相当于一个高尔夫球的直径。这一性能相比GPS报告的精度提高了十倍以上。这意味着具备了无需额外数据链路或修正层即可进行厘米级精密单点定位（PPP）的能力。

安全。Xona 是首个从轨道展示伪距认证的组织，这一成就是在发射后几周内通过 Pulsar-0 卫星完成的（Anderson，2025）。Pulsar 从设计之初就以安全为核心，将导航数据和卫星测距信号的加密认证与快速信号验证相结合，目标是将认证时间控制在约四秒。这种分层安全机制显著提高了潜在伪造者在技术和资金方面的门槛。一个持续伪造单颗卫星的伪造者，平均每130年才能成功欺骗 Pulsar 接收器的测距信号一秒（Xona，2025a）。

干扰。脉冲星-0信号测试已在多个干扰活动中，在实空干扰条件下进行，包括干扰测试2025在挪威。这些测试证实，与GPS L5相比，使用Pulsar X5信号可将干扰器的有效半径缩小6.3倍——换句话说，受影响的区域不到GPS的3%。针对GPS和Pulsar的干扰测试采用了相同的功率、带宽和干扰波形类型，包括中心频率。作为背景，图6展示了在旧金山1瓦干扰器场景下的影响，以及半径缩小6.3倍带来的减少效果。

室内数据在多个地点（包括室内）进行了每日多次的导航采集。这些地点包括位于加利福尼亚州伯灵格姆的Xona总部及其位于加拿大蒙特利尔的办公室。最具挑战性的室内环境是蒙特利尔，该地点位于一栋工业建筑的三楼，该建筑主要由混凝土构成，且上方还有两层楼。图7展示了Pulsar-0在典型采集过程中的功率曲线，其峰值出现在卫星位于天空最高点时。这种结构是本次任务中所使用天线增益模式的产物。为了部署后续卫星而设计的更高轨道，与距离约500公里的脉冲星-0相比，未来在约1100公里高度发射的卫星将呈现出更各向同性的分布模式。在近顶点区域，信号能够穿透室内，这一短程信号足以满足静止用户的室内定位需求。利用基于多普勒效应并结合伪距的技术，初步结果显示其在室内外的定位精度均能达到10米以内。

图6. 基于Jammerfest 2025测试结果，旧金山1瓦干扰器对Pulsar X5和GPS L5的有效干扰区域。

图7. Xona蒙特利尔办公室屋顶与室内的脉冲星和GPS信号强度对比。

6. 进化演变

未来几年的重点将是积累运营经验值，并扩大星座规模，近期目标是部署首批16颗卫星。Pulsar-0已验证了其价值主张：在性能方面实现了包括精度、安全性和抗干扰能力在内的多项重大里程碑，但更重要的是在用户装备集成方面取得了进展。明年，随着Xona迈向早期运营服务部署，将与特定行业和应用场景的客户展开合作。LEO PNT的未来一片光明。理论已演变为预测，如今正逐步变为现实。早期成果似乎预示着一个令人振奋的PNT未来，LEO PNT将从安全、抗干扰和系统可用性等方面扩展GNSS革命，为众多现有和新兴应用及用户提供室内外服务。