全球导航卫星系统（GNSS）领域还有哪些未解决的问题（Open problem）?
全球导航卫星系统（GNSS）的发展早已不是初出茅庐的新鲜事物，它已经深度渗透到我们生活的方方面面，从指引我们迷失方向的汽车导航，到精准对接的航空管制，再到高精度的科学测量，GNSS的身影无处不在。然而，即便已经如此成熟，我们依然面临着一些亟待解决的挑战，这些挑战并非一两个简单的技术难题，而是涉及GNSS系统自身能力、与周边环境的互动以及如何在日益复杂的世界中更好地服务于人类的系统性问题。
其中一个核心的困境在于信号的脆弱性与易受干扰性。GNSS信号，本质上是一种微弱的无线电波，从遥远的太空传来，穿过厚厚的大气层，其强度在到达地面时已经非常微弱。这种先天不足使得它极易受到各种干扰源的影响。其中最常见也最棘手的莫过于多径效应。想象一下，你在城市里开车，GNSS信号在到达你的手机之前，会从高楼大厦的墙壁、地面反弹多次，这些“绕道”而来的信号会与直接到达的信号叠加，产生相位模糊和信号延迟，极大地降低了定位精度。尤其是在峡谷地带、高楼林立的城市中心，这种效应更是愈演愈烈，让原本可以达到米级甚至亚米级的定位精度，瞬间衰减到几十米，甚至失去可靠性。如何有效识别和抑制这些虚假信号，从众多干扰中提取出最真实、最纯净的原始信号，仍然是研究人员绞尽脑汁的难题。
与多径效应紧密相连的，是信号丢失与弱信号区域的覆盖问题。 GNSS信号在室内、地下、隧道、茂密的森林冠层下，都会显著衰减，甚至完全丢失。这意味着一旦我们离开了开阔的天空，GNSS的指引能力就会大打折扣。虽然我们已经有一些辅助定位技术，比如惯性导航系统（INS）、WiFi定位、基站定位等，但它们要么精度不足，要么需要额外的基础设施，要么容易受到环境变化的影响。如何让GNSS在这些“信号黑洞”中重新焕发生机，或者发展出更强健、更普适的室内外无缝定位解决方案，依然是重中之重。这不仅关乎用户体验，更在自动驾驶、机器人导航等对连续高精度定位有极高要求的领域，构成了巨大的技术瓶颈。
更进一步，GNSS系统还面临着抗欺骗与抗干扰能力的提升。虽然GNSS本身的设计考虑了抗干扰，但随着技术的进步，恶意干扰和欺骗行为也日益猖獗。一些不法分子可以通过伪造GNSS信号，人为地改变接收机的定位信息，从而达到欺骗的目的。这种“欺骗”行为在军事领域可能导致灾难性的后果，在民用领域也可能引发交通混乱、金融交易错误等问题。如何设计出更智能、更能抵御恶意攻击的GNSS接收机和系统，识别并剔除被欺骗的信号，保证定位信息的真实性和可靠性，是一个持续演进的挑战。这需要我们在信号处理、算法设计、甚至硬件层面进行更深层次的创新。
此外，多系统融合与协同也是一个值得深入探讨的领域。目前，我们拥有不止一个GNSS系统，例如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗系统，以及未来的QZSS、IRNSS等区域系统。每个系统都有其自身的优势和劣势，信号覆盖范围、轨道设计、频率等都存在差异。如何有效地整合这些来自不同“天空眼睛”的信息，充分发挥它们的互补性，实现更高精度、更广覆盖、更强鲁棒性的定位，是一个复杂的系统工程。这不仅仅是简单地将多个信号源的数据叠加，而是需要设计精巧的算法，在不同的信号质量、不同的系统特性之间找到最优的融合策略。尤其是在部分GNSS系统信号不可用的情况下，如何保证整体系统的可用性和性能，更是对融合技术的严峻考验。
最后，从更长远的视角来看，GNSS系统的可持续性与发展也面临着一些未解决的问题。例如，如何降低GNSS接收设备的功耗，使其在物联网设备、可穿戴设备等领域得到更广泛的应用；如何进一步提高GNSS的授时精度，满足日益增长的金融、通信等行业对高精度时间同步的需求；以及如何应对未来星地一体化网络的发展，让GNSS与其他通信、感知网络更好地协同工作，构建更强大、更智能的泛在连接能力。这些问题的解决，需要跨学科的合作，从材料科学、人工智能到通信工程，都需要新的思路和解决方案。
总而言之，GNSS领域并非一片坦途，而是充满了待探索的未知。从对抗无处不在的多径效应，到填补室内外信号的断点，再到筑牢抵御欺骗的防线，以及实现多系统间的无缝协作，这些挑战共同构成了GNSS领域持续创新的动力源泉，也指明了未来发展的方向。
其中一个核心的困境在于信号的脆弱性与易受干扰性。GNSS信号，本质上是一种微弱的无线电波，从遥远的太空传来，穿过厚厚的大气层，其强度在到达地面时已经非常微弱。这种先天不足使得它极易受到各种干扰源的影响。其中最常见也最棘手的莫过于多径效应。想象一下，你在城市里开车，GNSS信号在到达你的手机之前，会从高楼大厦的墙壁、地面反弹多次，这些“绕道”而来的信号会与直接到达的信号叠加，产生相位模糊和信号延迟，极大地降低了定位精度。尤其是在峡谷地带、高楼林立的城市中心，这种效应更是愈演愈烈，让原本可以达到米级甚至亚米级的定位精度，瞬间衰减到几十米，甚至失去可靠性。如何有效识别和抑制这些虚假信号，从众多干扰中提取出最真实、最纯净的原始信号，仍然是研究人员绞尽脑汁的难题。
与多径效应紧密相连的，是信号丢失与弱信号区域的覆盖问题。 GNSS信号在室内、地下、隧道、茂密的森林冠层下，都会显著衰减，甚至完全丢失。这意味着一旦我们离开了开阔的天空，GNSS的指引能力就会大打折扣。虽然我们已经有一些辅助定位技术，比如惯性导航系统（INS）、WiFi定位、基站定位等，但它们要么精度不足，要么需要额外的基础设施，要么容易受到环境变化的影响。如何让GNSS在这些“信号黑洞”中重新焕发生机，或者发展出更强健、更普适的室内外无缝定位解决方案，依然是重中之重。这不仅关乎用户体验，更在自动驾驶、机器人导航等对连续高精度定位有极高要求的领域，构成了巨大的技术瓶颈。
更进一步，GNSS系统还面临着抗欺骗与抗干扰能力的提升。虽然GNSS本身的设计考虑了抗干扰，但随着技术的进步，恶意干扰和欺骗行为也日益猖獗。一些不法分子可以通过伪造GNSS信号，人为地改变接收机的定位信息，从而达到欺骗的目的。这种“欺骗”行为在军事领域可能导致灾难性的后果，在民用领域也可能引发交通混乱、金融交易错误等问题。如何设计出更智能、更能抵御恶意攻击的GNSS接收机和系统，识别并剔除被欺骗的信号，保证定位信息的真实性和可靠性，是一个持续演进的挑战。这需要我们在信号处理、算法设计、甚至硬件层面进行更深层次的创新。
此外，多系统融合与协同也是一个值得深入探讨的领域。目前，我们拥有不止一个GNSS系统，例如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗系统，以及未来的QZSS、IRNSS等区域系统。每个系统都有其自身的优势和劣势，信号覆盖范围、轨道设计、频率等都存在差异。如何有效地整合这些来自不同“天空眼睛”的信息，充分发挥它们的互补性，实现更高精度、更广覆盖、更强鲁棒性的定位，是一个复杂的系统工程。这不仅仅是简单地将多个信号源的数据叠加，而是需要设计精巧的算法，在不同的信号质量、不同的系统特性之间找到最优的融合策略。尤其是在部分GNSS系统信号不可用的情况下，如何保证整体系统的可用性和性能，更是对融合技术的严峻考验。
最后，从更长远的视角来看，GNSS系统的可持续性与发展也面临着一些未解决的问题。例如，如何降低GNSS接收设备的功耗，使其在物联网设备、可穿戴设备等领域得到更广泛的应用；如何进一步提高GNSS的授时精度，满足日益增长的金融、通信等行业对高精度时间同步的需求；以及如何应对未来星地一体化网络的发展，让GNSS与其他通信、感知网络更好地协同工作，构建更强大、更智能的泛在连接能力。这些问题的解决，需要跨学科的合作，从材料科学、人工智能到通信工程，都需要新的思路和解决方案。
总而言之，GNSS领域并非一片坦途，而是充满了待探索的未知。从对抗无处不在的多径效应，到填补室内外信号的断点，再到筑牢抵御欺骗的防线，以及实现多系统间的无缝协作，这些挑战共同构成了GNSS领域持续创新的动力源泉，也指明了未来发展的方向。
网友意见
emmm....说几个MIT方鹏老师在做报告时提到的，我认为比较有意思的问题，也算是比较细枝末节的问题吧。
1 Antenna phase center and offset/antenna thrust
一般来说，卫星精密定轨是基于卫星质量中心的，而实际GNSS卫星信号的发射是基于卫星天线的相位中心，这就涉及了卫星天线相位中心与卫星质量中心的差异问题。这里面方鹏老师主要提及了卫星的质量中心本身就是个不确定的问题，由于卫星在其服役期间，需要每隔一段时间进行一次卫星机动，会造成卫星燃料消耗，其质心的位置也会发生变化。而我们现在的GNSS卫星精密定轨策略均使用了固定的卫星天线相位中心参数。
第二个antenna thrust是指天线推力，卫星在通过天线朝向地球发射信号时，会产生给卫星的反作用力，类似于太阳光压，地球反照辐射压等的作用力。
2 Satellite attitude
GNSS导航卫星对地球的信号发射角均不超过15°，细微的姿态变化对GNSS高精度数据处理的研究一直以来都是热点之一。
3 Reference frame
按方鹏老师的说法，坐标参考框架与卫星精密定轨是个相互迭代的过程。最初的子午系统定轨就是由天文测量粗略测算的地面站坐标为基础计算，再由确定的卫星轨道计算地面测站坐标，逐渐迭代达到现在cm级的卫星轨道精度。而坐标参考框架又与地球动力学直接相关，现行的ITRF14参考框架随着时间的推移，其误报误差也越来越大。
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