导航技术的未来！欧空局NAVISP导航创新与支持计划2022年创新项目详解

欧盟为伽利略系统以及欧洲地球静止导航重叠服务（EGNOS）系统提供专项资金用于系统部署、运行和升级，当前则由“地平线2020”（H2020）计划为相关技术开发提供资金。然而，卫星导航面临的挑战超出了伽利略系统和GNSS的范围，需要考虑发展具有竞争力的行业导航能力、开发创新技术以适应未来竞争、将卫星导航与其他太空和地面应用领域相结合等，这将为相关导航技术的创新和研发提供了基础，于是导航创新与支持计划（NAVISP）应运而生。

图1 导航创新与支持计划（NAVISP）

NAVISP是整个欧洲全球导航卫星系统架构的重要组成部分，能够通过利用伽利略、EGNOS和其他导航方案获得专业知识以及现有行业基础，促进与成员国及其行业一起提出基于PNT的创新主张，更广泛地支持PNT技术和服务，并促进成员国加强其在该领域的国家目标和能力，主要目标如下：

2.1 要素1：卫星导航的创新

主要目标是在整个价值链中产生与PNT相关的创新概念、技术、技术和系统。主要关注PNT技术的深度融合，并产生应对未来的新技术、新概念、新能力和新文化，最终使PNT领域的不同利益相关者能够交叉发挥专业知识以创新卫星导航技术。具体的目标有：

2.2 要素2：竞争力

2.3 要素3：对会员国的支持

2022年的项目将集中于以下四个领域的工作：

具体8个项目如下：

3.1 基于RIS辅助的无线定位和测绘

本项目主要通过可重构智能表面（RIS）辅助进行线定位和测绘。RIS是一种通过部署可编程表面来构建无线电环境的新技术，其不能收发信号，只能反射来自外部天线的信号，并通过调节相位实现波束控制。本项目主要证明可以使用超导材料实现低资源多路径精密辅助定位，并有效抑制电磁环境的影响。其中主要关键技术是：信号和系统架构、RIS控制以及波形设计和定位算法。项目经费50万欧元，周期18个月。

图2 基于RIS辅助的无线定位和测绘

3.2 使用人工智能的优化GNSS频谱监测网络的区块盒

本项目基于接收机信号的脆弱性和隔离卫星信号弱的特性，开发基于人工智能优化GNSS频谱的用于检测网络的区块盒（Block-box），以增强任何商用货架GNSS接收机产品。本项目使用GNSS频谱采样器，利用人工智能和机器学习技术监测和清除信号，其具备调谐、监控和实时信号处理功能，并基于人工智能算法检测和分类信号，检测系统异常和干扰。项目经费45万欧元，周期18个月。

图3 使用人工智能的优化GNSS频谱监测网络的区块盒

3.3 基于手持设备的eLORAN天线

基于提供GNSS的备份定位和授时服务，并考虑手持设备的体积，开发基于手持设备的eLORAN天线，实现通过足够的功率，保证在室内和室外都能接收和处理eLORAN信号。基于PNT环境中甚低频和局域导航应用的发展和推广，具备小型化和鲁棒性的eLORAN天线可实现GNSS无法使用或性能下降时的局域定位授时服务。项目经费25万欧元，周期18个月。

图4 基于手持设备的eLORAN天线概念示意图

3.4 基于自动驾驶汽车的深耦合GNSS矢量跟踪的鲁棒性解决方案

本项目基于自动驾驶汽车应用，实现GNSS矢量信号跟踪（VTL）和PVT（位置、速度和时间）测量深度集成，构建从惯性传感器到GNSS信号跟踪的深度快速反馈架构并闭合信号跟踪环路，以用于城市峡谷环境GNSS受到干扰时提供较高的韧性能力，并同时验证解决方案的完好性监测能力。项目经费60万欧元，周期16个月。

图5 基于自动驾驶汽车的深耦合GNSS矢量跟踪的鲁棒性解决方案

3.5 精准农业——高精度坐标和线性转换

图6 精准农业——高精度坐标和线性转换

3.6 生物传感器与PNT集成

本项目基于物联网等前沿应用，将生物传感器与PNT能力集成，分析不同类别的生物传感器以及其与PNT的集成潜力，实现PNT技术在芯片和智能设备中的应用。项目经费20万欧元，周期18个月。

图7 生物传感器与PNT集成概念示意图

3.7 基于月球环境的高性能PNT服务

基于月球定位服务提供面向未来的用户设备，开发用于增强月球PNT服务的专用月球基础设施，以补充目前基于惯性传感器和光学摄像机的导航技术。用于月球PNT应用的传感器技术之间的协同被认为是本项目的一个优先研究领域，其可实现米级的绝对定位精度。重点是研究、开发和演示用于月球环境导航的创新PNT技术，评估高性能PNT解决方案的潜在好处。项目经费60万欧元，周期18个月。

图8 基于月球环境的高性能PNT服务概念示意图

3.8 高级中地轨道搜救系统（MEOSAR）测试信标

本项目旨在开发一种基于数字波束形成网络（DBFN）天线的解决方案，通过在每个卫星方向上以不同的频率/延迟发射信号，模拟任何类型的信标运动，可用于测试当前或未来的全球卫星搜救系统的MEOSAR服务，并可在慢速和快速移动情况下以及具有局部衰减和掩蔽的情况下使用。项目经费30万欧元，周期18个月。

图9 高级MEOSAR概念演示图

4.1 PNT创新应用呈现导航技术多样化发展趋势

4.2 先进计算和人工智能技术开始应用于PNT数据处理和融合

PNT技术是基础保障服务类技术，其中模型匹配、数据融合和坐标转换是常用的数据处理方式，应用先进的计算和人工智能技术将大大提高PNT设备的处理能力和效率，其将保障PNT能力的可靠和精准。

4.3 PNT技术与前沿科技的创新结合为未来发展提供方向

随着太空应用和前沿科技的发展，基于实现更安全和高效的PNT能力，相关前沿交叉技术的应用将有助于PNT实现在未来竞争环境或电磁环境中的正常使用，并有助于使PNT服务更加智能和可靠。

NAVISP是导航技术创新和竞争力的关键推动者，也是欧空局支持和发展其PNT架构的战略工具，我们可以从中看到PNT技术发展、创新、应用、推动的风向标，并获取相关技术发展经验，为未来持续推动导航技术提供了有效的技术参考。

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作者丨船の心

编辑丨郑实