GNSS旁瓣信号导航（GNSS Sidelobe Signal Navigation）
本文作者：天疆说
定义
GNSS旁瓣信号导航（GNSS Sidelobe Signal Navigation）是指运行在地球同步轨道（GEO）以上、月球轨道乃至地月平动点空间区域的高轨航天器，利用星载超高灵敏度导航接收机，越过地球遮挡边缘捕获并跟踪地球中高轨导航卫星群（如 GPS、北斗、Galileo 等）发射天线波束主瓣外侧旁瓣（Sidelobe）微弱射频辐射信号，从而解算自身绝对三维位置、速度及星载时钟偏差的深空自主导航技术。
物理机制与工程价值
常规 GNSS 卫星的天线主瓣主要指向地球表面及低地球轨道（高度小于 3000-6000 km），其半主瓣角一般在 20 度以内。当航天器运行至地球同步轨道乃至地月空间（距地球数万至数十万公里）时，地球遮挡了大部分对侧主瓣信号[31]。
GNSS旁瓣信号导航的物理特征与工程价值包括：
- 信号特征与高灵敏度捕获：旁瓣信号发射增益通常比主瓣低 10-20 dB，且跨越 40 万公里自由空间衰减后，到达地月空间的信号载噪比极低（ 可低至 15-20 dB-Hz）。需依赖星载高增益天线、弱信号长相干积分及开环矢量跟踪解调技术；
- 多星非对称几何构型：在月球距离处，所有可见 GNSS 卫星均集中在地球边缘张角极小的狭窄视场内，单点定位几何精度因子（GDOP）严重退化，必须结合高精度轨道动力学滤波（如扩展卡尔曼滤波或无迹卡尔曼滤波）进行长时间轨道状态平滑；
- 低成本全自主支撑：该技术无需在月球轨道重新部署高成本专用导航星座，已在我国嫦娥五号轨道器、美国 MMS 编队任务及深空门户（Gateway）前期论证中验证了地月转移段数十米至数百米级的自主定轨能力。
该技术是现阶段地月空间航天器实现轻量化、低成本自主定轨与微秒级自主授时的关键支撑手段。
相关概念
- 地月空间卫星导航系统（Cislunar Space Satellite Navigation System）
- 深空导航星座（Deep-Space Navigation Constellation）
- 无迹卡尔曼滤波（UKF）
- 双向对发星间测距（Bidirectional Inter-Satellite Ranging）
参考文献
- 丛佃伟, 郑晋生, 高为广, 等. 地月空间航天器自主导航技术及研究进展. 宇航学报, 2025, 46(1): 16-30.
- Moreau, M. C., Davis, E. P., Carpenter, J. R., et al. Results from the GPS navigation experiment on the High Energy Transient Explorer (HETE-2) satellite. Proceedings of the ION GPS, 2002: 12-24.