低轨卫星通信技术与通信导航融合 江苏省通信学会卫星通信与导航专业委员会学术报告综述

一、引言\n\n随着全球卫星通信技术的迅猛发展，低轨（LEO）卫星星座因其低时延、广覆盖、高带宽的潜力，正成为新一代通信基础设施的重要组成部分。与此通信与导航能力的深度融合（ComNaV）被视为未来空天地一体化信息网络的关键特征。江苏省通信学会卫星通信与导航专业委员会主办的“低轨卫星通信技术学术报告”聚焦这一前沿领域，汇聚产学研各方专家，围绕低轨卫星通信体制、星地融合网络、通信导航一体化等议题展开深入研讨。本文对该次学术报告的核心内容与关键技术方向进行综述，以期为相关研究与产业实践提供参考。\n\n## 二、低轨卫星通信技术发展现状与趋势\n\n### 1. 低轨星座的规模化部署\n\n以Starlink、OneWeb、GW星座、G60星链等为代表的低轨卫星星座进入规模化部署阶段，单星座卫星数量可达数千至数万颗，工作在Ku/Ka、V、EHF等频段，采用星间链路（ISL）和星上处理技术实现全球组网。《报告》指出，大规模低轨星座带来的频谱共享、干扰协调、频率轨位资源管理等问题已成为制约其可持续发展的重要因素。\n\n### 2. 星地融合与5G/6G非地面网络（NTN）\n\n3GPP R17/R18标准已将非地面网络纳入5G演进体系，低轨卫星作为NTN的核心承载平台，需在波形设计、定时同步、多普勒补偿、随机接入等方面进行适配研究。《报告》重点讨论了透明转发与再生处理两种星上架构的优劣：透明转发架构简单但依赖地面信关站，适用于初期覆盖；再生处理（星上基站）支持星间链路与独立组网，符合6G空天地一体化演进方向，但对星上算力与功耗提出更高要求。\n\n### 3. 高频段与激光星间链路\n\n为缓解频谱资源紧张，Q/V频段乃至光频段星间通信成为研究热点。《报告》展示了星间激光链路在高速数据传输、低截获概率、抗干扰等方面的优势，同时指出光束对准、空间环境适应性、星上光交换等工程化挑战。\n\n### 4. 频率协调与频谱共享\n\n大规模低轨星座与传统GSO卫星、地面移动通信系统之间的频谱共存问题日益突出。报告建议通过动态频谱感知、认知无线电、频谱地理数据库（GLDB）协同调度等手段，提升频谱利用效率并降低有害干扰。\n\n## 三、通信导航一体化（ComNaV）技术探讨\n\n### 1. 通信导航一体化的需求与架构\n\n通信与导航一体化旨在利用通信信号同时完成信息传输与位置服务，具有频谱共享、硬件复用、服务融合等优势。《报告》提出了基于低轨卫星的ComNaV系统架构，在通信帧结构中嵌入导航增强信息（如星历、时频基准），并通过多星观测实现用户定位与授时。该模式尤其适用于GNSS拒止环境下的备份定位服务，可提升关键基础设施的时间同步安全。\n\n### 2. 低轨导航增强（LEO-NA）技术\n\n低轨卫星因轨道低、几何变化快，能够显著加快GNSS精密单点定位（PPP）的收敛速度，提升厘米级定位的可用性。《报告》介绍了基于低轨卫星播发PPP-RTK改正数的LEO-NA方案，分析了星上改正数生成、播发格式（如SSR）与用户端完好性监测等关键技术，并指出低轨导航增强在自动驾驶、精准农业、灾害监测等领域的应用前景。\n\n### 3. 通信信号用于定位的体制设计\n\n报告对比了基于扩频测距、到达时间/频率差（TDOA/FDOA）、多普勒定位等技术的低轨卫星定位方法。针对OFDM通信体制，探讨了利用导频信号进行时延/多普勒估计的可行性，并给出定位精度理论界与仿真结果，表明在合理星历误差与观测几何条件下，百米级甚至十米级定位精度可实现。\n\n### 4. 通信导航融合的标准化考虑\n\n《报告》呼吁在3GPP NTN后续版本、ITU-R、北斗/5G融合标准中，统一考虑通信导航一体化信号格式、协议栈增强与安全机制，避免碎片化发展。建议江苏省依托产业优势，推动省级卫星通信与导航融合团体标准和试验验证平台建设。\n\n## 四、关键挑战与研究建议\n\n（1）时空基准统一问题\n低轨卫星运动快，需建立高精度、高稳定度的星上时间频率基准与高精度轨道/钟差确定体系。建议发展基于星间链路的自主定轨与时间同步技术，形成不依赖地面测控的星基自主运行能力。\n\n（2）信道建模与链路预算\n低轨大动态多普勒、海面/地形多径、雨衰及星上高功率效率功放的非线性效应等仍缺乏系统实测模型。建议开展外场测量与专用测试平台建设，支撑系统设计。\n\n（3）硬件与载荷轻量化瓶颈突破\n星上再生处理与激光通信载荷的轻功耗、高可靠设计是成为星座商业成功的核心瓶颈。建议通过相控阵AI波束管理、软件定义射频、光电共封装等手段提高系统集成度与耐辐射设计率；本文来自本研究的第(一)方面。“第四包含星上高速:数字信号处理与在轨AI信道预测，还包括：抗辐射SoC”\n\n## 五、应用场景与产业展望\n\n《报告》展示了低轨通信导航一体化在远洋运输与海事宽带（广覆盖低成本互联网接入与船位增强保障中的‘低轨+北斗’协同不仅自动识回报位时间提升，还将电子航海图与海上宽带链路协同实现了航行态势 “一图、一网’船岸），应急管理与救灾（天基、地面往返应急组网与便携导航结合‘既通又得方位”、高精度**）， 以及高可靠行业专网。”这些需求已让江浙的低轨地面产业园与用户在双向奔赴走向共建过程中，将由小覆盖以大应急手段，切进无人机与边端; 同时也将成为产业升级‘围绕上海等区定位低轨+A仍在实现苏州先行启动一批示范场景'的南京- 无锡-苏州低“, <轨道交通与无人 System实现自主可控态势监督》（“自主链+地面-已全 <地面}}. [此项以原语为空排除语写 }};为避免占