卫星揭示GPS信号干扰的惊人规模：低轨卫星也面临“失明”危机

背景

全球定位系统（GPS）及其他全球导航卫星系统（GNSS，如欧洲的 Galileo 和中国的 Beidou）构成了现代文明的基础设施。这些系统提供的定位、导航和时间（PNT）信号支撑着从电网运行、金融交易到石油钻探等关键领域。然而，由于 GNSS 卫星通常运行在距离地球 12,000 英里（约 19,000 公里）的高空，其地面接收器接收到的信号非常微弱，极易受到干扰。

近年来，GNSS 干扰（通过噪声压制信号）和欺骗（用携带错误坐标的虚假信号覆盖原始信号）已成为全球性的紧急问题。例如，俄罗斯在其西部边境部署干扰器以应对乌克兰无人机袭击，每月影响数万架次航班；中东冲突各方也利用此类技术拦截无人机并隐藏非法船只位置。

在此背景下，总部位于加州的 Xona Space Systems 公司正在开发名为 Pulsar 的新型导航星座，旨在提供比现有 GNSS 更具韧性的服务。其实验性卫星 Pulsar-0 于去年发射，旨在测试技术并为今年晚些时候部署由 300 颗卫星组成的低地球轨道（LEO）星座做准备。

核心内容

Xona Space Systems 的实验性卫星 Pulsar-0 首次从太空绘制了欧洲和中东地区 GPS 干扰的全景图。这一数据令项目团队感到震惊，因为它揭示了不仅地面用户，就连在遥远轨道上运行的卫星本身也面临着严重的 PNT 信号退化问题。

信号强度的惊人衰减 当 Xona 团队在 Pulsar-0 发射数月后首次开启其 GPS 接收器时，他们发现卫星在飞越欧洲和部分中东地区上空时，信号质量出现了剧烈下降。

• 北美对比：联合创始人 Kaz Gunning 指出，当飞越北美时，信号始终完美无缺。
• 欧洲与中东现状：一旦进入欧洲上空，信号状况急剧恶化。在最受影响的区域，卫星高度处的 GPS 信号强度从常规的 40 分贝骤降至仅 10 分贝。
• 规模超出预期：Gunning 表示：“我们原本预计会看到一些干扰，但实际情况比我们预期的严重得多。”

低轨卫星并非“法外之地” Pulsar-0 运行在距离地球 310 英里（500 公里）的轨道上。数据显示，从西部的法国到东部的巴基斯坦边境，在繁忙的 LEO 轨道上运行的卫星都会遭受不同程度的 GPS 信号中断。这意味着地面干扰器并非无法触及低轨卫星，卫星依赖 GPS 进行时间同步、定位以及指向地面指令天线的能力在这些区域会完全丧失。

干扰对卫星操作的具体影响 失去 GPS 能力对卫星运营构成直接威胁：

1. 定位与高度测定失效：成像卫星无法确定自身位置以拍摄特定区域。
2. 姿态控制困难：无法准确指向地面的指令天线。
3. 碰撞风险增加：像 SpaceX 的 Starlink 这样依赖 GPS 避免与其他航天器碰撞的星座，其安全性也会受到波及。

自然与人为的双重挑战 除了人为干扰，严重的太阳风暴也会破坏 PNT 信号。例如，2024 年 5 月的 Gannon 超级太阳风暴导致美国部分地区的精准农业机械因信号失真而停摆数天。因此，技术专家正在竞相寻找在 GNSS 失效时传输 PNT 信号的备用方案。

Xona 的解决方案与前景 Xona 的 Pulsar 星座将使用强度比现有 GNSS 信号强 100 倍的信号，以抵御此类故意干扰。Gunning 预测，随着 Pulsar 星座的部署，现有干扰器的影响范围将缩小，受干扰区域的半径和完全锁定半径都会显著下降。

商业进展

• 融资与计划：Xona 今年 3 月完成了 1.7 亿美元的 C 轮融资，计划于 10 月发射一批六颗卫星，并随后扩大生产。
• 服务时间表：公司希望于 2027 年初开始提供基础服务。
• 早期客户：Xona 通讯主管 Max Eunice 表示，预计今年年底，计时领域的早期客户将开始使用 Pulsar 服务（尽管初期覆盖范围有限）。随着星座逐步完善，Pulsar 的能力将不断增强，为新客户群体解锁新优势。

关键要点

• 首次太空测绘：Pulsar-0 卫星首次从太空量化了欧洲和中东地区 GPS 干扰的规模，证实了低轨卫星同样深受其害。
• 信号退化严重：在受影响最严重的区域，卫星高度处的 GPS 信号强度从 40 分贝暴跌至 10 分贝，远超团队预期。
• 低轨卫星脆弱性：数据表明，从法国到巴基斯坦边境的 LEO 轨道卫星均面临信号中断风险，导致定位、时间同步和天线指向功能失效。
• 人为与自然灾害双重威胁：除了地缘政治冲突中的人为干扰（如俄罗斯边境、中东地区），太阳风暴（如 2024 年 5 月的 Gannon 事件）也是 PNT 信号的重大威胁。
• Xona 的技术优势：Xona 计划发射的信号强度是现有 GNSS 的 100 倍，预计可将现有干扰器的有效影响半径缩小至目前的 5%。
• 商业化进程：Xona 已完成 1.7 亿美元 C 轮融资，计划 10 月发射首批卫星，2027 年初提供基础服务，今年年底将向计时领域客户提供初步服务。

意义与影响

1. 重新定义卫星安全与韧性 这项发现打破了“低轨卫星远离地面干扰源”的固有认知。它表明，随着地面干扰技术的普及和功率提升，即使是 500 公里高度的 LEO 卫星也无法幸免。这对于依赖 GPS 进行精确轨道维持、碰撞规避和姿态控制的数千颗卫星（包括 Starlink 等大型星座）构成了系统性风险。卫星运营商必须重新评估其导航系统的冗余设计。

2. 推动下一代导航基础设施的紧迫性 GNSS 信号的脆弱性已不仅是军事或特定行业问题，而是关乎全球基础设施安全的普遍危机。电力网、金融系统和精准农业对 PNT 信号的依赖，使其成为潜在的攻击目标或故障点。Xona 等公司推出的高功率、高韧性导航星座，代表了从“依赖单一 GNSS 源”向“多元化、抗干扰导航网络”转型的关键一步。

3. 地缘政治对太空环境的溢出效应 文中提到的俄罗斯边境和中东地区的干扰活动，显示地面地缘政治冲突正在直接污染太空环境。这种“地面冲突太空化”的趋势意味着，未来的卫星运营不仅要考虑轨道力学，还要考虑复杂的政治地理因素。卫星导航服务的“可用性”将变得像“连通性”一样，具有强烈的地域政治属性。

4. 商业航天的新赛道：韧性即服务 Xona 的商业模式揭示了商业航天的一个新方向：不再仅仅追求发射成本降低或覆盖范围扩大，而是将“信号韧性”和“抗干扰能力”作为核心卖点。随着干扰手段的扩散，能够保证在 GNSS 失效或受干扰区域正常工作的导航服务，将成为高价值的关键基础设施服务。