太空中的定位燈塔與高速信使：GNSS 與 LEO 衛星全面解析 (原理、差異、應用與未來)
- Amiee
- 4月27日
- 讀畢需時 19 分鐘
太空中的兩大「基礎設施」 - GNSS 與 LEO 是什麼？
無所不在的衛星服務：從地圖導航到偏鄉網路
現代生活中，衛星科技已無聲地融入每個角落；當您使用手機地圖導航時，依賴的是來自太空的精準定位訊號；當您聽聞 SpaceX 的 Starlink 計畫為偏遠地區帶來高速網路時，感受到的則是衛星通訊的變革力量；然而，您是否意識到，這兩種廣泛應用的背後，其實是兩種截然不同的衛星系統在運作呢；它們如同太空中的兩大基礎設施，各自承擔著不同的關鍵任務。
GNSS 解密：高懸天際的「全球定位燈塔」
首先是我們更為熟悉的全球導航衛星系統 (Global Navigation Satellite System, GNSS)；它更像是太空中恆久運行的「燈塔群」；最著名的代表就是美國的 GPS (Global Positioning System)，此外還有歐洲的 Galileo、俄羅斯的 GLONASS 和中國的 BeiDou (北斗)；這些系統的核心使命是提供 PNT 服務，也就是定位 (Positioning)、導航 (Navigation) 和授時 (Timing)；它們的衛星部署在距離地球非常遙遠的中地球軌道 (MEO)，以確保少數幾十顆衛星就能持續覆蓋全球，為地面、海洋和空中的用戶提供無處不在的基準位置和時間資訊。
LEO 衛星速覽：近地軌道的「多面手」
與 GNSS 的「高高在上」形成鮮明對比的，是低地球軌道 (Low Earth Orbit, LEO) 衛星；它們如同在近地空間快速穿梭的「信使」或「觀察員」；近年來聲名鵲起的 Starlink、OneWeb 等衛星網路星座就屬於 LEO 衛星；它們的軌道高度低得多 (通常在 160 至 2000 公里之間)，圍繞地球運行的速度極快；除了提供低延遲的寬頻通訊服務外，大量的 LEO 衛星還承擔著地球觀測的任務 (例如 Planet Labs 的衛星群拍攝高解析度地表影像)、物聯網連接 (如 Iridium) 等；可以說，LEO 衛星是太空應用領域的「多面手」，應用範圍廣泛且持續擴展。
為何需要區分？核心差異決定應用
既然都是衛星，為何要特別區分 GNSS 和 LEO 呢；因為它們之間的核心差異，特別是軌道特性的巨大不同，從根本上決定了它們的設計目標、技術實現、性能特點和主要應用場景；GNSS 的高軌道、少衛星數設計是為了實現穩定、廣域的 PNT 覆蓋；而 LEO 的低軌道、多衛星數設計則優先考慮低延遲通訊或高頻率觀測；混淆兩者不僅會造成理解上的偏差，也無法準確把握當前太空科技的發展脈絡；本文旨在從基礎原理出發，深入剖析 GNSS 與 LEO 衛星的關鍵差異，比較其優劣勢，探討技術挑戰與應用前景，並展望兩者融合共生的未來；無論您是想弄清 GPS 和星鏈到底有何不同的科技愛好者，還是尋求 GNSS 與 LEO 技術細節比較及未來發展分析的專業人士，本文都將為您提供清晰、深入的解答。
軌道特性：決定性的第一道分野
衛星的軌道是理解其功能的鑰匙；GNSS 和 LEO 最根本的差異就源於它們運行的「天路」不同：
GNSS 的「高處不勝寒」：中地球軌道 (MEO) 特性
GNSS 衛星普遍運行在中地球軌道 (Medium Earth Orbit, MEO)；這條軌道的高度大約在距離地表 19,000 至 23,500 公里之間 (例如 GPS 約 20,200 公里，Galileo 約 23,222 公里)；在這個高度上，衛星圍繞地球運行的週期約為 11 到 14 小時 (例如 GPS 約 11 小時 58 分鐘，正好是半個恆星日，確保衛星每天在同一時間出現在天空同一位置)；這意味著衛星相對地面移動較慢，且單顆衛星的訊號可以覆蓋非常廣闊的區域 (地球表面的三分之一以上)；正是這種「高瞻遠矚」的特性，使得僅需 24 到 30 餘顆在軌運行衛星組成的星座，就能確保在地球上任何時間、任何地點，使用者至少能接收到 4 顆衛星的訊號，滿足全球連續定位的基本要求；可以說，MEO 軌道是實現全球導航覆蓋的理想選擇。
LEO 的「貼地飛行」：低地球軌道特性
相比之下，LEO 衛星則進行著「貼地飛行」；它們的軌道高度通常在 160 公里到 2,000 公里之間，遠低於 MEO (例如 Starlink 主要部署在約 550 公里高度，Iridium 約 780 公里，部分地球觀測衛星可能更低)；在這個高度範圍內，衛星受到地球引力更大，運行速度極快 (約 7-8 公里/秒)，繞地一圈僅需約 90 到 120 分鐘 (例如在 550 公里高度，週期約 95 分鐘)；快速移動和較低的高度導致單顆 LEO 衛星的地面覆蓋範圍 (Footprint) 相對較小，且對於地面固定點來說，一顆衛星的可見時間非常短暫 (通常只有幾分鐘)；為了實現連續的區域性甚至全球性覆蓋，LEO 系統必須部署數量龐大的衛星，形成所謂的「星座」(Constellation)；像 Starlink 這樣的巨型星座，規劃的衛星總數可達數萬顆。
軌道差異的直接影響：訊號延遲、衛星數量需求、大氣阻力與衛星壽命
軌道的差異直接帶來了幾個關鍵影響：
首先是訊號延遲 (Latency)；由於 LEO 衛星離地面更近，訊號往返所需時間極短，單向延遲通常在幾毫秒到幾十毫秒之間 (例如 Starlink 在其主要服務區的目標延遲在 20-40 毫秒，物理傳播延遲更低，約 1.8 毫秒 @550km 最短距離)，這對於需要即時互動的應用 (如線上遊戲、視訊會議、高頻交易) 極為有利；而 GNSS 衛星距離遙遠，僅訊號從衛星到地面的單向傳播時間就達到約 65 到 80 毫秒 (取決於衛星高度和使用者仰角)，雖然這對於定位計算本身影響不大 (因為主要依賴時間差的精確測量)，但若用於雙向通訊則延遲顯著。
其次是衛星數量需求；如前所述，實現全球覆蓋，GNSS 只需要幾十顆衛星，而 LEO 系統則需要數百甚至數萬顆，這直接關係到系統的建設成本、發射需求和管理的複雜度；
最後是大氣阻力與衛星壽命；LEO 軌道雖然仍在地球大氣層極其稀薄的邊緣 (稱為外逸層)，但殘餘的空氣阻力依然存在且隨高度降低而顯著增加；這種阻力會導致衛星軌道高度逐漸衰減，需要定期進行軌道維持 (Station-keeping) 消耗燃料來抵抗，或者在燃料耗盡後最終受控或不受控地再入大氣層燒毀；因此，LEO 衛星的設計壽命通常較短，大約在 5 到 7 年左右 (依具體軌道高度和設計而定)；而 MEO 軌道幾乎是真空環境，衛星受到的非引力攝動 (主要是太陽光壓) 影響更顯著但遠小於 LEO 的大氣阻力，設計壽命可以長達 10 到 15 年甚至更久 (例如 GPS 最新 Block III 衛星設計壽命為 15 年)。
核心功能與技術原理深入解析
軌道特性決定了基礎框架，而具體的技術原理則賦予了衛星系統不同的核心能力；
GNSS：時間即距離的精準定位藝術
GNSS 的核心魔法在於將「時間」精確地轉化為「距離」：
其基本原理是三邊測量法 (Trilateration)；地面接收器通過接收至少四顆已知位置的 GNSS 衛星發出的訊號，每個訊號都包含了衛星的精確位置資訊 (星曆 Ephemeris) 和訊號發送的時刻 (基於衛星原子鐘)；接收器測量訊號從每顆衛星傳播到接收器所需的時間 (通過比較訊號中的時間戳與接收器自身時鐘)，將這個時間差乘以光速 (約 3×108 公尺/秒)，就可以得到接收器到每顆衛星的「偽距」(Pseudorange)；稱之為偽距，是因為接收器的內部時鐘通常是廉價的石英鐘，不夠精確，與衛星上高度精確的原子鐘之間存在一個未知的時間偏差；通過接收第四顆 (或更多) 衛星的訊號，接收器就能夠建立並求解一組方程，解算出這個時間偏差以及接收器的三維空間座標 (經度、緯度、高度)；(資料來源：基礎 GNSS 原理教科書，如 "Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration" by Mohinder S. Grewal et al.)
這一切的基礎是極致的時間同步；每顆 GNSS 衛星都搭載了高穩定性的原子鐘 (如銣原子鐘、被動型氫原子鐘)，其長期穩定度極高 (如 10−14 或更好)；整個 GNSS 系統的時間由地面主控站維持的一個統一的時間基準 (如 GPS Time, Galileo System Time) 進行精密同步，並通過導航電文廣播給用戶；系統對時間精度的要求達到了奈秒 (nanosecond, 10−9 秒) 級別，因為 1 奈秒的時間測量誤差就會導致約 0.3 公尺的測距誤差。
GNSS 衛星發射的導航訊號通常採用了碼分多址 (Code Division Multiple Access, CDMA) 技術 (GPS, Galileo, BeiDou 均採用，GLONASS 早期用 FDMA，現代化中也引入 CDMA)；每顆衛星使用獨特的偽隨機噪聲碼 (Pseudo-Random Noise, PRN Code) 來調製其導航訊號；接收器可以利用這些唯一的 PRN 碼，通過相關運算來區分來自不同衛星的訊號，即使它們可能在相同的中心頻率上廣播；同時，這種擴頻技術也使得 GNSS 訊號具有一定的抗干擾能力，並且能將訊號功率擴散到較寬的頻帶內，使其功率譜密度低於背景噪聲，不易被非合作方探測；然而，正是因為訊號功率需要擴散到全球覆蓋，且傳播距離遙遠 (自由空間損耗 Ls ∝(4πd/λ)2，距離 d 極大)，到達地面的 GNSS 訊號功率非常微弱 (通常在 -120 dBm 至 -130 dBm 範圍，遠低於熱噪聲)，這使得它容易受到建築物、茂密樹葉等的遮擋 (Multipath 多路徑效應也是主要誤差源之一)，以及來自其他無線電訊號的意外或故意干擾 (Jamming) 或欺騙 (Spoofing)；這也是 GNSS 定位在城市峽谷、室內環境效果不佳或完全失效的主要原因。
目前全球主要有四大 GNSS 系統並存且持續現代化：美國的 GPS、俄羅斯的 GLONASS、歐盟的 Galileo 和中國的 BeiDou (北斗)；現代的接收器通常能同時接收來自多個系統的訊號 (Multi-GNSS)，這能增加可見衛星的數量，改善衛星的幾何分佈 (Geometric Dilution of Precision, GDOP)，從而顯著提高定位的可用性、精度和可靠性。
LEO：低延遲通訊與高解析度觀測
LEO 衛星的核心優勢在於其「近」，這為通訊和觀測帶來了獨特的好處；
在通訊應用方面，以 Starlink、OneWeb 等為代表的 LEO 寬頻星座，最大的賣點就是低延遲；數十毫秒的端到端延遲遠優於傳統的地球同步軌道 (Geostationary Orbit, GEO) 通訊衛星 (延遲可達 600 毫秒以上)，為衛星網路提供了媲美地面光纖的互動體驗；為了實現高通量數據傳輸，這些星座採用了先進的技術，如利用相控陣天線 (Phased Array Antennas) 在衛星和用戶終端上產生可控的、窄而密集的點波束 (Spot Beams) 來精確覆蓋服務區域並實現空間上的頻率複用；同時，許多 LEO 星座 (如 Starlink 第二代, Iridium NEXT, Telesat Lightspeed 規劃中) 還部署了衛星之間的雷射星間鏈路 (Optical Inter-Satellite Links, OISLs)；星間鏈路允許數據在太空中直接從一顆衛星轉發到另一顆衛星，由於光在真空中傳播速度比在光纖中快約 40-50%，這可以減少數據回傳到地面關口站再上行的次數和距離，從而進一步降低長距離通信的端到端延遲，並能將服務擴展到地面站覆蓋不到的廣闊區域 (如海洋、極地)。
在地球觀測 (Earth Observation, EO) 方面，LEO 軌道同樣優勢明顯；低軌道使得衛星搭載的光學相機或合成孔徑雷達 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 能夠獲得高空間解析度的地表影像；例如，一些商業遙感衛星公司 (如 Maxar, Planet Labs, Capella Space) 可以提供亞米級甚至分米級解析度的光學影像，或不受雲層影響、能穿透部分地物的全天候雷達圖像；同時，由於 LEO 衛星繞地速度快，且星座中可以包含大量衛星 (如 Planet Labs 的數百顆 Dove 衛星)，因此可以實現對同一地點的快速重訪 (High Revisit Rate)，觀測頻率可能從數天縮短到每天多次；這對於需要高時效性監測的應用，如災害應變 (評估災情、指導救援)、精準農業 (監測作物長勢、預測產量)、金融市場情報 (監測港口活動、石油儲量變化)、國防安全偵察等至關重要。
近年來，一個備受關注的新興領域是利用 LEO 衛星進行 PNT (LEO PNT)；理論上，由於距離近，LEO 衛星的訊號到達地面時強度遠高於 GNSS 訊號 (可能強 20-30 dB，即數百至一千倍)，這使得它們有可能在 GNSS 訊號被嚴重遮擋或干擾的環境 (如深層城市峽谷、輕度室內) 中提供定位服務，或者更快地完成初始定位 (Time-To-First-Fix, TTFF)；然而，實現高精度的 LEO PNT 面臨巨大挑戰；首先，LEO 衛星的軌道受大氣阻力、地球非球形引力場等因素影響顯著，要實現高精度的軌道測定和預報 (Precise Orbit Determination, POD) 比 MEO 軌道的 GNSS 困難得多，而軌道誤差是定位誤差的主要來源；其次，為了控制成本和功耗，許多 LEO (尤其是通訊) 衛星搭載的是穩定性遠不如原子鐘的晶體振盪器 (如 OCXO - Oven Controlled Crystal Oscillator)，如何實現或估計精確的時間同步也是一個難題；此外，由於衛星相對於地面用戶快速移動，星座的幾何結構 (Geometry) 變化非常快，這給接收機端的定位解算演算法帶來了額外的複雜性 (如處理更大的多普勒頻移)；目前，業界正在積極研究利用現有 LEO 通訊星座的下行訊號 (機會訊號 PNT，如利用 Starlink 信標) 或設計專用的 LEO PNT 衛星 (如美國太空軍 NTS-3 實驗衛星探索相關技術) 來克服這些挑戰，目標是將 LEO PNT 作為對 GNSS 的一種補充、增強或在 GNSS 失效時的備份手段。
GNSS vs. LEO 關鍵特性比較
為了更直觀地展示兩者的差異，下表總結了 GNSS 和 LEO 衛星的關鍵特性：
特性 | GNSS (以 GPS/Galileo 為例) | LEO (以 Starlink/遙感衛星為例) |
主要軌道類型 | MEO (中地球軌道) | LEO (低地球軌道) |
典型軌道高度 (km) | 約 19,000 - 23,500 | 約 160 - 2,000 (常用 500-800) |
典型軌道週期 | 約 11 - 14 小時 | 約 90 - 120 分鐘 |
單星地面覆蓋範圍 | 極廣闊 (地球表面約 1/3) | 相對較小 |
全球/主要區域覆蓋所需衛星數量級 | 數十顆 (24-30+ 在軌運行) | 數百至數萬顆 (星座規模) |
單向訊號傳播延遲 (概略值) | 約 65 - 80 毫秒 | 幾毫秒至數十毫秒 (取決於高度和ISL) |
主要設計功能 | 定位、導航、授時 (PNT) | 通訊、地球觀測、IoT |
主要應用場景 | 大眾導航、測繪、授時、精準農業、交通 | 寬頻網路、物聯網、遙感監測、特定通訊 |
代表性系統/星座 | GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou | Starlink, OneWeb, Iridium, Planet Labs, Maxar |
衛星設計壽命 (概略值) | 較長 (10-15 年+) | 較短 (約 5-7 年，依軌高和設計) |
主要技術挑戰 | 訊號弱、易受遮蔽/干擾、抗干擾能力提升 | 星座部署/維護成本、太空碎片、頻譜/軌道協調 |
訊號強度 (到達地面相對值) | 弱 (-120 dBm 以下) | 強 (比 GNSS 強 20-30 dB+) |
對地面基礎設施依賴度 | 中等 (全球監控站、控制中心) | 高 (需大量地面關口站/用戶終端) |
製造、部署與營運挑戰
儘管兩類衛星系統都取得了巨大成功，但它們各自面臨著不小的挑戰，且這些挑戰隨著技術發展和太空環境的變化而演變；
GNSS 的挑戰
對於成熟的 GNSS 系統而言，挑戰主要在於持續的現代化升級與維護；為了應對日益增長的精度、可靠性、可用性和韌性需求，以及不斷變化的電磁環境，各大 GNSS 系統都在不斷發射新一代衛星 (如 GPS III/IIIF, Galileo Second Generation)，引入新的訊號頻段 (如 GPS L1C/L2C/L5, Galileo E1/E5/E6) 和更複雜、更抗干擾的訊號結構 (如採用 BOC - Binary Offset Carrier 調製)；提供更高精度的服務 (如 Galileo High Accuracy Service, HAS；日本 QZSS 的 CLAS) 也是發展方向；提升抗干擾 (Anti-Jamming, AJ) 和反欺騙 (Anti-Spoofing, AS) 能力是重中之重，特別是對於國防安全和關鍵基礎設施應用 (如航空、金融、電網)，需要不斷發展新的加密技術 (如 GPS M碼, Galileo OSNMA/PRS) 和認證機制；此外，維持一個龐大、精密且地理分佈的地面運控系統 (包括監控站、上行注入站、主控中心) 的穩定運行，確保衛星星曆和時鐘參數的準確性，本身就是一項耗資巨大且技術複雜的長期任務。
LEO 的挑戰
LEO 衛星系統，尤其是計劃規模達數千甚至數萬顆的巨型星座 (Mega-constellations)，面臨的挑戰則更為多元和緊迫；首當其衝的是發射與部署成本及效率；雖然可重複使用火箭 (如 SpaceX 的 Falcon 9) 大幅降低了單次發射成本 (每公斤入軌成本下降顯著)，但將數千上萬顆衛星送入特定的多個軌道平面並完成星座構建，仍然需要極高的發射頻率和巨大的總體資金投入；其次，由於 LEO 衛星壽命相對較短，需要持續不斷地製造、發射和替換衛星，以維持星座的完整性和性能，這對衛星的批量生產能力 (流水線式生產)、在軌維護與星座管理 (自動化運控) 提出了極高要求；太空碎片風險管理與碰撞規避 (Collision Avoidance, CA) 是 LEO 空間日益嚴峻的問題；密集的衛星極大增加了相互碰撞或與現有太空碎片碰撞的風險 (即所謂的凱斯勒綜合症擔憂)，需要精確的空間態勢感知 (Space Situational Awareness, SSA) 能力和可靠的自主規避機動策略 (許多 LEO 衛星已配備自動碰撞規避系統)；同時，LEO 衛星星座反射陽光對地面天文觀測造成的影響 (光污染) 也引起了天文學界的廣泛擔憂和持續的緩解措施討論；頻譜資源與軌道資源的國際協調也充滿挑戰，各國和各公司都需要通過國際電信聯盟 (ITU) 等機構申請和協調有限的頻率使用權 (特別是 Ku, Ka, V 頻段) 和避免軌道位置衝突；最後，大多數 LEO 通訊系統需要建設龐大的地面站網路 (關口站或稱 Gateway) 來連接衛星星座與地面互聯網骨幹，用戶也需要特定的終端設備 (如 Starlink 的碟形天線)，這都構成了系統成本和部署複雜性的一部分。
LEO PNT 的額外挑戰
若要將 LEO 衛星可靠地用於 PNT，還需克服更多特定的技術難題；如前所述，實現高精度軌道測定與預報 (POD) 對於不穩定且快速變化的 LEO 軌道是一大挑戰，需要更頻繁的地面跟蹤測量、更精確的力學模型 (考慮大氣阻力、太陽光壓、地球引力場精細結構等) 或星上自主定軌技術；衛星時鐘的穩定性與同步精度也需要達到接近或設法補償到 GNSS 的水平，這對於成本和功耗敏感的 LEO 衛星可能是個難點 (例如使用 Chip Scale Atomic Clocks - CSAC，或發展基於雙向時間傳遞的同步方案)；確保 LEO PNT 系統能與現有的 GNSS 在訊號結構、時間基準和坐標框架上實現互操作性 (Interoperability)，讓接收機能夠無縫融合多源訊號，也是一個重要的技術和標準化問題；這些都意味著支持 LEO PNT 的接收機演算法會更加複雜，需要處理多普勒效應更強、幾何變化更快的訊號，並可能需要新的定位解算方法。
應用場景：各擅勝場與融合的未來
基於各自的特性，GNSS 和 LEO 衛星在應用領域上既有明確的分工，也展現出日益增強的融合潛力：
GNSS 的核心應用領域
GNSS 作為全球性的 PNT 基礎設施，其應用已深度滲透到現代社會的各個層面；最廣為人知的是大眾消費市場的定位與導航(車載導航、智能手機定位服務 LBS、可穿戴設備運動追蹤)；在專業測繪與地理資訊領域，結合差分技術 (DGPS) 或實時動態載波相位差分技術 (RTK)，GNSS 可實現厘米級甚至毫米級的靜態或動態定位精度，廣泛用於土地測量、地形繪製、工程建設放樣、地理信息系統 (GIS) 數據採集等；精準農業利用 GNSS 引導拖拉機、播種機、收割機等進行自動駕駛和精確作業 (如分區變量施肥、灌溉)，顯著提高資源利用率和作物產量；全球金融交易系統 (如股票交易所)、通信網路 (如 5G 基站同步)、電力網格 (相量測量單元 PMU) 等關鍵基礎設施依賴 GNSS 提供的高精度、高穩定性的時間同步基準 (通常溯源至 UTC)；交通運輸管理 (航空 - 要求高完整性；航海；鐵路；公路智能交通系統 ITS) 也深度依賴 GNSS 進行導航、監控、調度和安全管理 (如飛機的 ADS-B 系統)；此外，GNSS 在科學研究(如大地測量學、電離層與對流層研究、板塊構造監測、地球自轉參數測定、重力場測繪) 中也扮演著不可或缺的角色。
LEO 的主要應用領域
LEO 衛星則憑藉其獨特優勢，在不同的維度上創造價值；衛星寬頻網路接入是近年來的焦點，特別是為傳統地面網路 (光纖、蜂窩) 難以覆蓋或成本過高的地區 (偏遠山區、農村、海島、沙漠) 以及移動平台 (船舶、飛機、火車、房車) 提供高速、低延遲的互聯網服務，有望彌合數位鴻溝，並為物聯網、邊緣計算等提供連接基礎；物聯網 (IoT) 連接也是 LEO 的一個重要應用方向，利用其廣域覆蓋能力，可以為全球範圍內的低功耗、低數據速率的固定或移動資產 (如貨運集裝箱追蹤、環境感測器數據回傳、農牧業監測、應急信標) 提供連接服務，尤其適用於地面網路覆蓋不足的區域 (如 NB-IoT NTN 標準)；高頻、高解析度的地球觀測為政府和商業用戶提供了強大的決策支持能力，應用於國土資源調查、環境監測 (如森林砍伐、水體污染、碳排放監測)、災害應急響應與評估、城市規劃與管理、農業保險定損、基礎設施形變監測、金融市場情報、國防情報收集等；此外，一些 LEO 星座 (如 Iridium) 也提供特定的窄帶語音和數據通訊服務，例如衛星電話、海事搜救通信 (GMDSS)、航空安全通信 (ACARS) 等。
融合帶來新機遇
未來，GNSS 和 LEO 的結合，而非相互取代，將催生更多創新應用和服務模式；LEO 增強 GNSS (LEO-Enhanced GNSS) 是一個重要的發展方向；利用 LEO 衛星更強的訊號和不同的空間幾何位置，有望改善 GNSS 在具有挑戰性的環境 (如高樓林立的城市峽谷、隧道出入口、甚至淺層室內) 中的定位精度、可用性和首次定位速度 (TTFF)；例如，更強的 LEO 訊號可能穿透部分遮擋物，或者提供更多的可用衛星來改善幾何精度因子 (DOP)；發展混合 PNT 解決方案 (Hybrid PNT)，通過算法層面融合來自 GNSS、LEO 衛星、地面蜂窩網路定位 (如 5G NR 定位)、Wi-Fi 定位、慣性測量單元 (IMU) 感測器數據、地圖匹配等多種來源的資訊，可以顯著提高定位的韌性 (Resilience) (即在部分訊號源受干擾或失效時仍能提供服務的能力) 和連續性 (Continuity)，並在不同場景下優化精度 (Accuracy)；在應急響應和災難管理中，結合 LEO 的可靠通訊能力 (即使地面設施損毀) 和 GNSS/混合 PNT 的精確定位能力，可以為偏遠地區的救援隊伍提供關鍵的態勢感知和指揮調度資訊；未來甚至可能出現整合通訊與定位服務 (Integrated Communication and Positioning, ICAP) 的 LEO 星座或平台，在提供網路連接的同時，也能夠提供達到一定精度的定位服務，實現資源共享和功能協同。
未來發展趨勢與展望
展望未來，GNSS 和 LEO 衛星系統都將在技術和應用層面持續演進，並呈現出更深度的協同與融合趨勢：
GNSS：持續現代化、提高韌性、與其他感測器融合
GNSS 系統將繼續其現代化進程，部署性能更優的衛星，提供更多樣化、更強健、更安全的訊號；提高系統韌性以應對日益複雜的自然或人為干擾 (包括太空天氣影響和電子戰威脅) 將是持續的重點，可能涉及更強的訊號加密認證 (如 OSNMA 的普及)、地面監測網路的增強、以及發展備份或替代 PNT 技術 (如 eLoran, LEO PNT)；與其他感測器 (如 IMU、視覺里程計、雷射雷達、氣壓計等) 的深度融合將成為標配，通過多感測器融合演算法 (如緊耦合或深耦合 Kalman 濾波) 在各種環境下 (包括 GNSS 完全失效的環境如室內或地下) 提供連續、可靠的導航定位解決方案。
LEO：星座規模擴大、技術成熟、成本下降、PNT 角色增強
LEO 領域將見證星座規模的持續擴大和密度的增加，尤其是在寬頻通訊領域，競爭將推動技術進步和服務創新 (如 Direct-to-Cell 手機直連衛星)；星間鏈路技術 (特別是光鏈路) 將更加成熟和普及，有望構建起覆蓋全球、時延更低的太空骨幹網路；隨著發射成本的不斷降低 (得益于可重複使用火箭技術的成熟和競爭加劇) 和衛星製造的工業化、規模化，LEO 系統的部署和運營成本有望逐步下降，從而推動更廣泛的商業應用和更低的服務價格；LEO PNT 作為 GNSS 補充或獨立備份系統的角色將日益受到重視和探索，相關的技術驗證、標準化和商業模式將逐步發展，雖然要達到 GNSS 的全球普適性和高精度仍有長路要走，但在特定場景下的價值會逐漸顯現。
整合趨勢：多元化、分層化、功能整合
未來的太空 PNT 網路很可能是一個多元化、分層化 (Multi-Layered) 的體系，由高軌的 GEO 衛星增強系統 (如 SBAS - WAAS, EGNOS)、中軌的 GNSS 星座、低軌的 LEO PNT 潛力系統，甚至地面 PNT 信號源 (如 5G, Wi-Fi, eLoran) 共同組成一個更具韌性、精度和可用性的 PNT 生態系統；通訊、定位、遙感等多種功能在單一衛星平台或星座上的整合也可能成為一個發展趨勢，以提高衛星資源的利用效率和服務的多樣性 (例如，通訊衛星順帶提供 PNT 功能，或者遙感衛星利用星間鏈路傳輸數據並輔助定軌)。
太空可持續性議題的重要性日益增加
最後，隨著 LEO 空間日益擁擠和商業化活動的激增，太空可持續性 (Space Sustainability) 問題，包括太空碎片減緩與清除 (Active Debris Removal - ADR)、負責任的軌道使用 (如發射前的軌道規劃協調、衛星壽命結束後的主動離軌處理 - PMD)、頻譜資源的公平有效利用、減少對天文觀測的影響等，將變得至關重要；這需要全球範圍內的合作，制定並遵守相關的國際規則 (如聯合國外空條約框架下的指導方針)、國家法規、行業標準和最佳實踐，以確保太空環境能夠長期、安全、可持續地服務於人類。
結論
GNSS 與 LEO 衛星，這兩大太空基礎設施，如同高懸的定位燈塔與近地飛馳的高速信使，各自在不同的軌道上，以不同的方式服務於地球；GNSS 以其穩定、廣覆蓋的特性，構建了全球 PNT 的基礎設施；而 LEO 衛星則以其低延遲、高通量、高解析度、高重訪率等優勢，在通訊和地球觀測領域開疆拓土，並開始向 PNT 領域滲透；它們之間並非簡單的替代關係，而是各有專長，且越來越多地展現出互補與協同的潛力；從精準導航到全球互聯，從環境監測到應急響應，這個由不同軌道、不同功能的衛星共同編織的天基網絡，正變得日益複雜、強大和不可或缺，深刻地影響著我們的現在，並塑造著我們的未來。
如果您對特定的 GNSS 系統或 LEO 星座感興趣，可以訪問相關官方網站 (例如：美國 GPS 官網 https://www.gps.gov/ Galileo 官網 https://www.usegalileo.eu/，SpaceX Starlink 官網 https://www.starlink.com/) 以獲取更詳細的資訊。
