类型b：学术综述报告

作者及机构
本文由Haibo Ge、Bofeng Li、Song Jia、Liangwei Nie、Tianhao Wu、Zhe Yang、Jingzhe Shang、Yanning Zheng和Maorong Ge共同完成。作者团队主要来自同济大学测绘与地理信息学院（College of Surveying and Geo-informatics, Tongji University）以及德国地学研究中心（GFZ）的大地测量学部门（Department of Geodesy）。论文发表于《Geo-Spatial Information Science》期刊2022年第25卷第1期，并于2021年10月22日在线发布。

主题与背景
本文题为《LEO Enhanced Global Navigation Satellite System (LEGNSS): Progress, Opportunities, and Challenges》，是一篇系统性综述，探讨了低地球轨道（Low Earth Orbit, LEO）卫星增强全球导航卫星系统（GNSS）的研究进展、机遇与挑战。随着中国北斗系统（BDS）等全球导航卫星系统的完善，如何通过LEO卫星提升GNSS性能（如轨道确定、精密单点定位收敛时间等）成为研究热点。本文旨在填补该领域系统性综述的空白，分析LEO增强GNSS（LEGNSS）在轨道与钟差确定、快速定位、地球自转参数估计、全球电离层建模等关键技术中的潜力与难点。

主要观点与论据

1. LEGNSS的发展现状与概念
   文章回顾了LEGNSS的历史脉络，从美国早期的Transit导航系统到现代商业LEO星座（如SpaceX的Starlink、OneWeb）。LEGNSS的核心是通过LEO卫星快速几何构型变化，解决传统GNSS的局限性（如PPP收敛时间长）。作者提出LEGNSS的运行机制（图1）：LEO与MEO卫星联合播发信号，地面站数据实时上传至分析中心，生成并上传轨道与钟差产品，最终为用户提供定位服务。

2. LEO星座设计的优化与矛盾
   由于LEO卫星覆盖范围小，需大量卫星（如240颗）才能实现全球均匀服务。作者团队通过多目标优化（可见卫星数、可用性、几何精度因子GDOP、PPP收敛时间）提出混合倾角星座方案（表2）：极轨道（90°）确保高纬度覆盖，60°和35°倾角卫星改善中低纬度性能（图2）。但优化需平衡工程实际（发射成本、轨道机动性）与多功能需求（通信-导航一体化）。

3. 精密轨道与钟差确定的机遇与挑战

   • 机遇：LEO星载GNSS观测可大幅提升GNSS（尤其是BDS GEO/IGSO卫星）轨道精度（图3）。部分LEO卫星（如6颗）结合地面观测即可优化解算效率（图4）。
     
   • 挑战：实时应用中，LEO力模型复杂（需经验参数），钟差预测困难（难以长期稳定）。作者提出两种实时钟差方案：全球地面站联合解算或星载GNSS接收机自校准，但硬件延迟稳定性是关键瓶颈。
     

4. 快速PPP收敛的潜力与问题

   • 潜力：LEO的快速运动可使PPP收敛时间缩短至1分钟内（图5）。采样间隔1秒优于30秒，优化星座后低纬度收敛时间从>1.5分钟改善至40秒（图6）。
     
   • 挑战：实际应用中，LEO轨道/钟差误差、频繁卫星切换导致的周跳检测困难、电离层延迟快速变化等问题需进一步研究。
     

5. 全球电离层建模的革新
   LEO可填补海洋和极区观测空白，提升全球电离层地图（GIM）精度。此外，多高度LEO数据（如13颗卫星）支持全球顶部电离层模型（GTIM）构建，但需解决上下行观测融合与归一化误差问题。

6. 地球参考框架的增强
   联合处理LEO与地面GNSS数据可提升地球自转参数（ERP）精度约10%（图7），但需量化不同轨道高度/倾角卫星的贡献。

论文价值与意义
本文首次全面梳理了LEGNSS的研究框架，指出其核心优势（快速PPP、高精度时空分辨率）与关键技术瓶颈（实时轨道/钟差确定、星座设计矛盾）。为未来导航系统设计提供了理论依据，尤其对中国“鸿雁”“虹云”等LEO星座的导航增强应用具有指导意义。

亮点
- 创新性：提出混合倾角星座优化方法，兼顾全球覆盖与工程可行性。
- 系统性：涵盖从星座设计到终端定位的全链条技术分析，填补领域空白。
- 前瞻性：指出实时数据处理、多功能星座融合等未来研究方向。