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SpaceX的托德·汉弗莱斯(Todd Humphreys)的提议很简单。通过一些软件的调整,通过一些软件的调整,快速增长的星联星座可以很容易地提供精确的定位、导航和时间同步(PNT)。美国陆军资助了汉弗莱斯在得克萨斯大学奥斯汀分校的工作,希望为其脆弱的GPS系统提供一个备份。星链能否履行这一职责?
在过去两年里,他在加州大学无线电导航实验室的团队一直致力于对从数以千计的Starlink互联网卫星发送至低地球轨道的信号进行逆向工程。现在SpaceX声称已经解决了这个问题,定期的星座信标信号,旨在帮助接收器与卫星连接,可以构成一个有用的导航系统的基础。重要的是,这完全可以在没有SpaceX任何帮助的情况下完成。
汉弗莱斯声称,他提供了迄今为止最全面的星链信号特征。他说,这些信息是开发一种新的全球导航技术的第一步,这种技术将独立于GPS或其欧洲、俄罗斯和中国的同类技术工作。
汉弗莱斯说:星联系统的信号是一个被严密保护的秘密。即使在我们早期的讨论中,当SpaceX比较宽容的时候,他们也没有向我们透露任何信号结构。我们不得不从头开始,基本上是建立一个小型无线电望远镜来监听他们的信号。
为了启动该项目,加州大学奥斯汀分校(UT Austin)购买了一个Starlink终端,并使用它来播放来自YouTube的高清视频剪辑。这提供了一个持续的星链信号源,可以通过附近的单独天线收听。
汉弗莱斯很快意识到Starlink依赖于一种名为正交频分多路复用(OFDM)的技术。OFDM是一种数字传输编码技术,最初由贝尔实验室在20世纪60年代开发,目前用于Wi-Fi和5G。GPS专家马克·普西亚基(Mark Psiaki)说:OFDM现在很流行,这是一种将每秒最大比特数打包到给定带宽的方法。
加州大学奥斯汀分校的研究人员没有试图破解Starlink加密,也没有试图获取来自卫星的任何用户数据。相反,他们正在寻找计时序列--由轨道上的卫星传输的可预测的、重复的信号,以帮助接收器与它们协调。这些序列已经被发现,而且他们(有)比需要的更多的时间序列。
如果地面接收器对卫星的运动有很好的了解——SpaceX在线分享这些信息以减少轨道碰撞的风险——它可以利用序列的规律性来确定它们来自哪个卫星,然后计算到该卫星的距离。通过对多个卫星重复这个过程,接收器可以确定其位置,精度高达30米。
如果SpaceX以后决定合作,通过在其下行链路中添加更多关于每个卫星确切位置的数据,那么从理论上讲,这种精度可以提高到不到一米,使其能与GPS进行竞争。SpaceX对此请求没有予以回应置评。
其他研究人员也走同样的路。扎克·卡萨斯是美国交通部导航容错中心主任。去年,他的团队率先证明了Starlink信号可以用来确定位置,部分是使用机器学习的方法。卡萨斯的方法,被称为“认知机会主义导航”,在卫星经过头顶时分析其信号的周期和变化频率。接收器还使用计时序列,学习卫星的轨道并跟踪它。随着卫星反复从头顶掠过,接收器最终会计算出自己的位置。在最近的一次会议上,卡萨斯表示,他的系统现在使用Starlink达到了不到10米的精度。
加州大学奥斯汀分校的研究结果还强调了故意篡改Starlink本身的可能性。汉弗莱斯指出,虽然同步序列在导航方面有很大的前景,但它们是完全可预测的,并在整个星座中使用,这是一个安全漏洞。然而,请记住,任何使用开源序列运行的导航系统肯定可以被篡改,因为任何人都会知道如何检测这些信号并创建虚假信号。
链接:http://vestnik-glonass.ru/~H2SL5
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