卫星模拟gps信号：新研究称星链信号可作为GPS的一种替代

卫星模拟gps信号：新研究称星链信号可作为GPS的一种替代目前这篇《针对星链 Ku-Band 下行链路信号结构分析》的研究论文正在等待发表前的同行评审，可知来自几颗卫星的精确遥测、亦可用于计算终端用户的确切位置。研究配图 3 - 周期性自相关函数的解析研究配图 2 - 周期图解该信号的确切参数暂不得而知，但为了确保数据包能够完好无损地按序传输，它也需要非常精确的定时和其它遥测数据、以便收发器能够保持同步。通过仔细分析来自单个卫星的传入信号，并将该数据与已知的卫星确切位置、纳秒级的时间等信息相结合，Todd Humphreys 团队得以在一定程度上对传输进行解码。

德克萨斯大学奥斯汀分校的 Todd Humphreys 表示，其所在研究团队深入了解了星链（Starlink）下行链路的“信号结构”，最终认定它可作为美国主导的“全球定位系统”（GPS）的一个替代方案。据悉，目前 SpaceX 有约 3000 颗星链卫星在轨。即使该公司没有披露多少内部信息，但研究人员还是找到了大量有用的数据。

研究配图 1 - 星链信号 捕获处理图解

研究人员指出：卫星必须在某个时候，将信号传输至地面，而 Starlink 几乎有恒定的信号流动。

尽管这部意味着任何人都可接入 —— 毕竟信号本身采用了专有的结构化编码 —— 但他们还是推测 SpaceX 找到了其轨道带宽的最佳提供方式。

研究配图 2 - 周期图解

该信号的确切参数暂不得而知，但为了确保数据包能够完好无损地按序传输，它也需要非常精确的定时和其它遥测数据、以便收发器能够保持同步。

通过仔细分析来自单个卫星的传入信号，并将该数据与已知的卫星确切位置、纳秒级的时间等信息相结合，Todd Humphreys 团队得以在一定程度上对传输进行解码。

研究配图 3 - 周期性自相关函数的解析

目前这篇《针对星链 Ku-Band 下行链路信号结构分析》的研究论文正在等待发表前的同行评审，可知来自几颗卫星的精确遥测、亦可用于计算终端用户的确切位置。

当然，这一想法其实并不新鲜。早在几年前，德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们就已提出过这种可能，只是 SpaceX 选择了专注于消费级应用。

研究配图 4 - 星链信号调制的实验理解

最终 UT Austin 研究人员决定在没有 SpaceX 帮助的情况下，自行开展独立的摸索。

正如他们在论文中介绍的那样 —— 此处提供的信号表征，包括了嵌入在信号中的同步序列的精确值、并可用于伪距测量。

研究配图 5 - Ku 波段下行信道排布

这种理解有助于将星链信号用于定位、导航和授时的双重用途，即便 Starlink 卫星最初是为偏远地区的宽带互联网覆盖而设计的。

需要指出的是，研究期间，科学家并未访问星链的用户数据 —— 同步序列只是机器用来保持联系的时间字符串等数据，且它们是完全独立于有效载荷数据的。

研究配图 6 - 下行链路沿时间-频率维度的帧排布

由于这项信号研究针对的是星链用户终端，所以定位精度暂时也只有 30 米左右、远逊于 GPS 。但若 SpaceX 有意支持该项目，研究团队有望实现更快、更准确的定位。

研究配图 7 - 本地数据 / 接收到的星链数据的相关性

研究人员表示：若通过一个软件更新来稍微调整卫星的信号发送方式、并适当校正时钟差异数据，他们便有把握将星链定位精度提升到一米内。