生死轮回决作为重要的时空信息基础设施，全球导航卫星系统（GNSS）在国民经济、社会发展与生态建设、国防建设方面发挥着十分重要的作用，广泛应用于导航、定位和授时的众多领域。

　　如何提升卫星导航系统的服务性能，一直是卫星导航技术发展的主要驱动力。近年来，随着美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗卫星导航系统和欧洲Galileo等四大卫星导航系统提供全球服务，世界卫星导航步入新时代。各主要卫星导航国家瞄准更高服务精度、更加多样功能、更加可靠服务，正在着手开展新一代系统建设和新一轮竞技。

　　随着5G、物联网、人工智能和无人驾驶等技术的发展，社会生产和生活对精准时空信息的需求达到了前所未有的高度，已经从粗略、事后、静态和区域，发展到精准、实时、动态和全球。

　　譬如无人驾驶汽车的研制，不仅需要实时车道级的导航精度，更需要全路况的连续可用。但是，目前卫星导航系统自身还无法实现高精度的室内外无缝连续可用。GNSS基本导航服务能提供的定位精度，通常只有10厘米左右，无法满足高精度用户的需求。比较微弱的GNSS信号，不足以穿透物理遮蔽，无法在室内、森林和城市峡谷等信号遮蔽区域提供可靠连续的导航定位服务。

　　此外，GNSS信号功率很低，容易受到干扰和欺骗，存在一定的安全隐患。为了克服GNSS存在的这些脆弱性和局限性，近年来，国内外学者提出通过建立低轨导航星座，利用低轨卫星播发导航信号，以增强GNSS的低轨导航增强的构想，并且付诸科学实验和商业应用。

　　2015年以来，一些国际知名企业先后宣布发射和部署各自的商用低轨星座，卫星数量由数十颗至上万颗不等，全面探索其扩展成为导航增强星座的可能性，试验和应用结果令人振奋。目前，低轨卫星成为卫星导航产业链的创新环节，低轨星座建设进入蓬勃发展时期。

　　我国低轨导航星座建设进展显著。航天科技“鸿雁”星座和航天科工“虹云”工程等均搭载导航增强有效载荷，既能为北斗导航卫星系统提供增强改正数和完好性信息，又能够自主地播发导航测距信号，增强PNT服务性能。

　　中国科学院光电研究院开展低轨卫星导航信号增强在轨试验，验证通信与导航增强在信号层面深度融合新体制的功能和性能，探索基于低轨卫星导航信号增强的应用模式。

　　武汉大学研制的“珞珈一号”科学实验卫星01星成功发射，能够联合现有的GNSS增强实时导航服务，是我国开展低轨夜光遥感、导航增强卫星研究以及集成化空间信息系统建设的有益探索。

　　“微厘空间低轨卫星导航增强系统”S5/S6试验卫星成功发射，在轨验证低轨卫星导航增强系统，为低轨卫星导航增强系统组网建设奠定基础。

　　根据卫星运行高度的不同，低轨卫星的轨道高度通常为300千米～2000千米。低轨星座系统架构包括星座几何图形条件、空间信号测距误差、星载原子钟性能和定轨方法等方面。与中高轨卫星相比，低轨卫星具有距离地面近、运行速度快、受摄动影响大的特点。

　　其技术优势首先在于，轨道越低，克服重力势能做功到达指定高度所需的发射速度和能量越小，需要的燃料越少，运载火箭越易于小型化。轻型化的低轨小卫星批量制造成本低，易于携带，可采用一箭多星技术减少发射次数，大大降低了卫星发射成本。低轨卫星有利于高速卫星通信、宽带互联网接入和数据传输；有利于对地观测技术的发展，可以获取高分辨率遥感影像、大气监测信息等。

　　其次，低轨卫星运行速度快，多普勒频移现象明显，有利于提高测速的精度和基于多普勒观测值的载波相位周跳探测效果，实现快速精密定位。

　　再次，低轨卫星轨道低，对重力场敏感度高，有利于反演更高阶数的地球重力场模型。

　　与传统的中高轨导航卫星相比，低轨卫星导航增强采用了低轨道，增强信息播发时延小、传输数据量大；增强信号功率强，抗干扰、防欺骗性能好，能够增强室内等遮蔽区域服务性能；增强信号也能显著加快精密定位模糊度收敛，为联合定轨和空间天气监测等提供更多的有效数据源。

　　在覆盖性方面，虽然低轨卫星单星覆盖面小，但多颗卫星构成的星座，能够提供包括两极地区在内的全球性信息和信号增强。低轨星座具有地面接收信号强、几何图形变化快的优势，能够与中高轨GNSS星座形成互补，有望实现对导航系统精度、完好性、连续性和可用性的全面增强。

　　低轨卫星导航系统地面接收信号强度高、几何图形变化快，能够在全范围内对GNSS形成信息增强和信号增强，全面提升卫星导航系统的精度、完好性、连续性和可用性，为高中低联合精密定轨、快速精密定位、空间天气监测和室内定位等实际应用和科学研究带来新的发展机遇，有望解决当前增强系统在全球覆盖、低落地功率和广域精密定位初始化时间长、可靠性偏低等方面的问题，为电网、银行、证券、军事等高价值安全用户和以自动驾驶、无人机为代表的实时精密定位用户提供高质量的服务。

　　为了满足智能时代对于精准时空信息的需求，还有许多关键技术有待研究和突破。在星基与地基增强一体化、“通导”“通导遥”一体化的基础上，突破卫星导航与惯性、激光雷达、视觉等多源传感器自适应融合导航的关键性技术，是卫星导航领域新的探索、发展方向。

　　展望未来，随着5G/6G技术的发展，空、天、地、海泛在移动通信网络的建立，智能手机等移动终端处理能力的提升，低轨导航增强将成为我国综合PNT体系的重要组成部分，低轨卫星导航增强有望走进千家万户，实现大众应用。

　　当前，低轨空间是全球航天发展的焦点，低轨卫星星座的批量部署迈入高峰期，基于低轨卫星系统的技术研究和终端应用成为了热点。对于测绘地理信息行业而言，低轨卫星导航增强技术体制和应用的关注度越来越高，无论是国家主管部门、科研机构，还是商业企业，都在积极布局和着力推动，这意味着低轨新定位导航时代的到来。

　　2016年，航天科技集团509所启动精致试验卫星的研制项目，规划打造精致微纳卫星平台，把具有自主完整知识产权的算法和软硬件的载荷发射上天，在全球范围内首次实现基于低轨卫星星座系统的导航增强技术体制。

　　2018年，航天科技集团的“鸿雁”系统、航天科工集团的“虹云”系统、未来导航公司的“微厘空间”系统、武汉大学的“珞珈一号”等相继启动建设；2019年，天地一体化信息网络系统的首发实验星“网通一号”成功发射，这些低轨卫星星座都规划了导航增强功能，能为北斗导航卫星系统提供增强改正数和完好性信息，虽然还是处于试验星或规划论证阶段，但都获得了大量实测数据，为后续大规模部署提供了丰富的验证信息。

　　2021年成立的中国卫星网络集团将统筹国内低轨通信卫星的发展，建设我国自主的卫星互联网系统，构建卫星互联网产业生态，加快建设技术先进的空间信息基础设施。这是国家层面正式将低轨卫星发展纳入国家战略，更多更先进的来自中国的低轨卫星星座将部署于太空，低轨空间的技术设施建设和应用价值会得到持续提升。

　　低轨卫星以其星座和信号的独特优势，很早就受到全球卫星导航领域的关注，尤其近年来，随着规模化建设推进和应用需求的增加，成为了新一代卫星导航系统发展的增量。低轨卫星可以增强卫星导航信号，能够实现对导航系统精度、完好性、连续性和可用性的全面增强，可作为全球卫星导航系统（GNSS）的增强与补充，也可以通过通信系统和导航系统融合，播发独立测距信号，形成备份的独立定位导航能力。

　　卫星导航系统的核心技术是卫星定位，卫星定位的难点是定位精度，低轨卫星导航增强技术可以实现便捷的实时高精度定位，大规模商用价值凸显，例如自动驾驶、灾害监测、无人机、精准农业、精准物流、精准监控、智能社区等，甚至让高精度定位技术走向大众化应用成为现实。

　　我国要在2035年前建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时（PNT）体系，为未来智能化、数字化发展提供核心支撑，要持续推进北斗卫星导航系统升级换代，融合新一代通信、低轨增强等新兴技术，构建覆盖天空地海、基准统一、高精度、高智能、高安全、高效益的时空信息服务基础设施，构建从室内到室外、从深海到深空的立体服务覆盖，构建更强大、更安全、更可靠的系统。专家指出，低轨星群（6G通信时代）+国家综合PNT体系，是新一代数字信息基础设施，也是定位导航的系列性能增强，将推动技术和应用变革，大幅提升时空智能化水平。

　　高精度、低成本、高可靠、全覆盖、全实时、高便捷，低轨卫星导航增强技术带给我们的应用价值不可限量，让我们走进新定位导航时代！