如今，沒有 GPS 的生活幾乎是不可想象的。因為這項技術被廣泛應用于個人導航、商業航空、軍事行動、作物和野生動物監測等等。但是我們把所有的雞蛋放在一個籃子里是不是有點魯莽？

　　今天，除了原有的GPS外，還有歐洲的伽利略、中國的北斗等多種衛星導航系統，但它們都以相似的方式運行，具有相似的優點和缺點。如果這些系統被黑客入侵、堵塞或以其他方式出現故障，則沒有備份選項。如此多的關鍵操作中斷將是災難性的，這將造成一些國家每天損失超過 10 億美元。

　　“迫切需要找到一種替代 GPS 的強大而準確的導航系統，”加州大學歐文分校副教授兼美國部交通運輸中心多模式 AssurEd 導航 （CARMEN） 自動駕駛汽車研究中心主任 Zak Kassas 說……“我們過度依賴這些系統，盡管它們有已知的局限性。”

　　幸運的是，Kassas 和他的同事設計了一種新穎的 GPS 替代品。他的團隊并沒有依賴在地球高軌道上盤旋的少數 GPS 衛星，而是著眼于地球低軌道上數量更多、距離更近的衛星，例如 Starlink “艦隊”。

　　與 GPS 衛星相比，這些衛星具有許多優勢。“它們比 GPS 衛星離地球近 20 倍左右，這意味著我們接收它們的信號的功率比 GPS 高得多。這使得它們更難被干擾或欺騙，并使它們在沒有 GPS 信號的環境中可靠，”Kassas 解釋道。

　　他還指出，Starlink 衛星以及地球低軌道上的其他類似衛星一旦完全部署，將“覆蓋”地球，同時傳輸多個高帶寬信號，從而產生更準確的定位結果。

　　然而，Starlink 衛星的寬帶信號被認為是知識產權，不為公眾所知，這意味著Kassas 和他的同事不能直接將這些信號用于跟蹤目的。這促使他們設計了一種替代解決方案，該解決方案利用地面接收器跟蹤衛星發射的底層載波的相位。他們開發了一種算法，可以根據載波相位測量值計算地面接收器相對于上面看不見的衛星的位置、速度和時間。

　　研究人員說，他們在大學大樓的車庫屋頂上花了“無數個小時”，用不同的硬件配置測試算法。2021 年春天，他們成功地使用六顆 Starlink 衛星在僅 7.7 米的范圍內準確跟蹤了他們的位置。結果在所描述的研究9月20日發表的關于航空與電子系統自動化，并首次通過報道Ars Technica的。

　　值得注意的是，研究人員必須等待 800 秒才能讓所有六顆 Starlink 衛星通過它們，以便在第一次試運行期間獲得計算所需的載波相位測量值。然而，Kassas 指出，在不久的將來還會發射數千顆額外的衛星，這可能會大大提高實時數據的可用性和定位精度。此后，他的團隊還通過開發一種模型來改進他們的技術，該模型可以更好地檢測衛星的載波信號，并使用來自低軌道衛星的載波信號的多普勒效應估計用戶的位置。

　　現在的一個主要問題是這種新方法與 GPS 相比如何。GPS 系統與稱為慣性導航系統 （INS） 的東西相結合。如果 GPS 信號丟失，該輔助系統會根據預期軌跡估計用戶的位置。Kassas 和他的同事將類似的 INS 方法與他們的低軌道衛星跟蹤方法相結合，稱為同步跟蹤和導航 （STAN）。接下來，他們在奧蘭治縣的高速公路上兜風，用高端 GPS-INS 測試 STAN。

　　在 7 公里的車程中，他們切斷了最后 2 公里的 GPS 信號，并比較了兩種導航系統。GPS-INS 系統在沒有 GPS 信號的情況下累積誤差為 202 米，而 STAN 累積誤差僅為 38 米，同時使用三顆低軌道衛星（Starlink、Orbcomm 和 Iridium）來估計汽車的位置。這些結果表明，當 GPS 信號出現故障時，STAN 如何產生更準確的定位結果。

　　Kassas 強調說：“我們在幾乎不知道 Starlink 衛星傳輸的內容和相對便宜的硬件的情況下實現了這一壯舉。”

　　他說，該集團已經申請了多項國家和國際專利，并且正在與幾家公司討論將該方法商業化。“我們目前的結果只是揭示了什么是可能的，”Kassas 說。“這僅僅是開始。”