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【视野】NTS-3正在实打实地擘画PNT的未来
文|曹冲
据一名美国空军官员说，五角大楼用于定位、导航和授时的实验卫星（导航技术卫星-3（NTS-3））将在明年发射后，用于进行100多项实验。
这里说的是：4月6日，在科罗拉多州斯普林斯举行的第37届太空研讨会上，美国空军研究实验室（AFRL）指挥官希瑟·普林格尔少将告诉记者：“我们真的很高兴能在这个小型[NTS-3]航天器上推动100多个实验的最新进展，我们正在寻找在有争议的恶劣环境中解决作战人员所面临问题的方法”。
NTS-3将于2023年发射，旨在推动当今定位、导航和授时（PNT）技术的发展，为卫星导航技术的更灵活、更强健、更具弹性的体系结构铺平道路。
NTS-3是美国空军研究实验室（AFRL）和产业设计的一种产品，旨在测试先进的技术和工艺，以检测和减轻对PNT能力的干扰，并提高军事、民用和商业用户的系统弹性。与GPS中地球轨道卫星不同，NTS-3将在地球同步轨道上运行一年。最终，NTS-3将确定新GPS接收机的关键方面，这些接收机包含多个信号，并随时适应作战人员的需求。
NTS-3实验还将涉及地面设备和终端，如指挥控制站和软件无线电。地面部分的具体改进将使自动化“熄灯”操作、控制站故障切换、近实时环境感知、纠错和定制波形的生成成为可能。星载系统将监控时钟精度和轨道参数，以减少误差并通知用户。
NTS-3将测试一种新的数字信号发生器，该发生器可以在轨道上重新编程，使其能够广播新信号，通过避免和击败干扰来提高性能，并为反欺骗添加特征码。AFRL还将探索天线配置，以在多个频率和信号代码中提供地球覆盖和可控区域波束。NTS-3卫星将配备110根天线，以利于对抗GPS干扰。最终，NTS-3有望为用户提供增强的信号稳定性、可用性、完好性和精度。
L3哈里斯公司计划在今年晚些时候交付NTS-3。该公司正在佛罗里达州卡纳维拉尔角附近的棕榈湾工厂组装卫星。该工厂在2021扩大，以适应NTS-3计划。
NTS-3被指定为先锋项目，使其成为AFRL的最高科技优先事项，旨在为美国军方提供改变游戏规则的能力。这是GPS发展过程中的又一个里程碑。在GPS建设早期，也进行了NTS-1、NTS-2卫星试验，确保GPS系统的成功。GPS在1995年宣布投入完全工作以后，翌年又宣布GPS现代化计划，该计划预计还需要十多年完成。当前，美国军方、私营部门和普通公民所依赖的GPS卫星正面临被干扰被欺骗的风险之际，于是有NTS-3项目的出台。AFRL指挥官希瑟·普林格尔少将说：“我们知道战争的方式已经改变，我们在干扰方面会遇到困难，并且很难将我们的定位、导航和授时信号发送给我们的作战人员。因此，我们在这颗卫星上寻找解决这一问题的新方法，无论是点波束还是授时和导航以及所有的天线，对我们来说都是非常激动人心的”。据普林格介绍，该航天器预计将在轨道上停留约一年，并将被纳入太空部队的USSF106发射任务，该任务目前计划于2023年底完成。
NTS-3实验不仅涉及卫星，还涉及地面设备和终端。GPS卫星通常在中地球轨道（MEO）飞行，但NTS-3将在美国上空进入地球静止轨道（GEO）。项目副经理乔安娜·辛克斯（JoannaHinks）说：“NTS-3进入GEO后，我们能做的就是看看如何使用一个真正混合架构的星座”。“你可以使用来自传统[航天器]和MEO卫星的信号……以及你可以放在GEO卫星上的信号，你知道，在那里获得好处，并真正广播互补的东西”。
她指出，地球静止卫星系统的一个好处是，它们始终保持在地球的同一区域。“你不必担心……你只有一两颗卫星，它们将在几个小时内消失，你将无法看到它们”。空军研究实验室希望开始为卫星用户如何拥有一个不限于一个轨道的星座打下基础。辛克斯描述的概念被称为增强。她说：“多年来，人们对它进行了一些研究，我们正在努力将其推向下一步”。
可重编程信号将是实验的又一个重点。AFRL想研究“我们可以用这种功能播放哪些特定信号。而且，你知道，可重新编程性是什么样子的？”辛克斯说。用户设备必须能够处理它，她指出这些实验将着眼于：“你如何告诉你的用户设备，你将要广播一些新的东西，以便它可以随时接收？”她说。“在地面方面……如果我们正在研究可重新编程的能力，地面部分需要能够控制。因此，我们正在对地面部分进行一些实验，以了解这是什么样子”。
授时将是实验的另一个重点。她说：“我们正在考虑在轨道上进行自动异常检测和缓解，这只是增加了恢复能力，这样我们就不会出现中断，如果时钟出现异常，我们的地面操作员也不必处理”。
有效载荷到总线的集成正在完成。据AFRL称，哈里斯公司将使用诺斯罗普·格鲁曼公司的ESPAStar总线集成NTS-3，帕森斯公司已为实验开发了专用地面系统。辛克斯说：“然后，我们将在今年夏天对集成系统进行测试。然后，同时，开始在实地以有限的方式进行试验，以减少风险。获取初始基线数据，并为明年的黄金时间做好准备。”。
项目执行官将观察实验结果。空间系统司令部负责军事通信和PNT的项目执行官科德尔·德拉佩纳说，集成研究将着眼于采办官员如何将演示产生的能力插入正在进行的卫星通信系统生产中。普林格尔说：“采购方来这里是为了思考和学习如何将这项技术融入到自己的项目中”。“我们希望我们的员工在前进道路上的每一步都和我们在一起，这样他们就知道它在哪里，在哪里起作用”。
本文转载自“北斗西虹桥”，原标题《【视野】NTS-3正在实打实地擘画PNT的未来》，文：曹冲。
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