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商業用低軌道（LEO）衛星コンステレーションは既存の全地球ナビゲーション衛星システム（GNSS）を補完する新しいポジショニング・ナビゲーション・タイミング（PNT）信号を導入し、ナビゲーションユーザーに回復力、セキュリティ、高精度を提供する可能性を秘めています。地球周回軌道（MEO）に比べて20倍以上地球に近いLEOからより強い信号を提供することは、パスロスが少なく衛星の設置面積が小さいことから魅力的です。より高速な衛星運動はマルチパスなどの影響に対処するためのデコリレーションタイムを短縮し、精密点測位（PPP）を迅速に収束させます。新しい信号設計はサイバーセキュリティのための認証と暗号化をもたらします。これらは自動車の自律走行から重要なインフラ、マス・モバイルまで、様々な業界にとって魅力的な機能のほんの一部に過ぎません。
Xona Space Systemsはこれらの利点を証明するために2022年5月、最初のデモンストレーション用商業LEOナビゲーション衛星「Huginn」を打ち上げました。Xonaの商用展開の後続フェーズでは約30機の衛星の打ち上げを目標とし、中緯度の人口集中地区で1インビューのLEO GNSS強化サービスを提供します。最終的にXonaは約260基の衛星を搭載し、GPSレベルの衛星視認性とジオメトリを提供し、安全で弾力性のある精度を提供するフルポジショニング・サービスを目指します。これらの衛星は軌道上での柔軟性と高速リフレッシュサイクル（5年）を実現し、増え続けるPNT需要に対応できるように設計されています。
LEO PNTのテスト
現在、軌道上にあるXona実証衛星は1機のみであるためライブスカイ・テストは一度に数分、一日に数回の機会に限られています。これは衛星技術の中核を示すものですが最終的なコンステレーションの展開には時間がかかるため、無線周波数（RF）信号のシミュレーション機能が重要になります。
これがSpirent SimXonaに関する最新の発表が非常に重要である理由です。商用PNTを開発者の手にさらに近づけ、私たち全員が堅牢なLEO PNTユーザー機器の展開に一歩近づくことになります。GNSS信号シミュレータはGNSSを使用するシステムの開発とインテグレーションに非常に貴重なツールです。現在の実装でMEOとGSO（Geosynchronous）軌道の既存のGNSSからのほとんどの信号をシミュレートしています。Xonaは最近Spirentと緊密に連携し、Xonaのデモ衛星の信号を完全に生成できる初のGNSSシミュレータの認証を取得し、しかも260基近い衛星が完全に配置されたコンステレーション全体を疑似する規模です。
結果はハードウェアとソフトウェアの両方のレシーバーから得られており、レシーバーとアルゴリズムの開発に柔軟性を持たせています。これはすでにいくつかの重要な要素を示しています：
LEO衛星のダイナミクスは急速なジオメトリ変化とドップラープロファイルから示されている。
GPSと比較して高い受信信号パワー（～20dBまたは～100倍）。
コードと位相ノイズは高精度測位を実行する能力を示している。
シナリオとメカニクス
Xonaの最初の性能評価ではSpirent GSS7000シミュレーションプラットフォームを使用し、その機能はSpirentのGSS9000にも適用されます。シナリオの作成ではLEO衛星の軌道を所定のエポックにおけるケプラー要素または*.sp3ファイルによって定義することができます。PRNはナビゲーションデータがファイル経由で提供される各衛星に個別に割り当てることができます。面白いのはXonaのコンステレーションには99以上の衛星識別子があり、これは現在のsp3標準に未準拠であることです。これは実装を成功させるために乗り越えなければならない多くのハードルの1つです。
シナリオを定義した後、高性能コンピューティングプラットフォーム（C50r）はベースバンドの同相・直交（I/Q）コンポーネントを生成し、これをSpirent GSS7000またはGSS9000シミュレータプラットフォームにアップロードしてGNSSと一貫したXona RF信号を生成します。これによりI/Qレベルのソフトウェア受信機でも、完全なRFを活用するハードウェア受信機でも柔軟に対応することができます。
その威力は計り知れません。まず特定のレシーバーハードウェアと連携しながらXonaのLEO PNTサービスによる性能向上をエンドユーザーと一緒に早期に理解し定量化することができます。Spirentの複雑なシナリオのオブスキュレーション、マルチパス、干渉ソースを活用し、SimXonaと組み合わせることで特定のシナリオでXonaのサービスが提供する利点を紹介することができます。
この先の明るい未来
Xonaでは内部および外部向けのテストの両方でSpirentの最新のSimXonaから大きな恩恵を受けています。外部向けではコンステレーション全体がフィールド化される前に顧客やパートナーにXona LEO PNTシステムの可能性を示すことができます。私たちはユーザー機器の開発を支援し、特定の使用例で期待される性能の向上を示すために産業界からこの種のハードウェアシミュレーション機能を求める明確な声があることを認識しています。自動車から重機、重要なインフラまであらゆる分野のXonaパートナーからこのような機能への関心が表明されています。
内部向けにはSimXonaモジュールによってシステム設計が生産に向けて成熟し、その後進化を続ける中で新しいシステム要素を実験することができます。軌道、データメッセージ、その他のパラメータ変更は地上での評価と、制御されたラボ内の両環境における受信機ハードウェアへの影響を評価することができます。例えばXonaのデモミッションであるHuginnはSpaceX Tranporter-5に搭載されたライドシェアミッションで、現在高度520kmに位置していますが量産衛星は1,000km以上の高度を目標としています。さらにSimXonaは現在、Huginnからの代表的な信号をシミュレートしていますがこの最初の衛星から学んだ教訓に基づき、次の衛星生産時には進化が見られるでしょう。設計が成熟し実験的な機能がリリースされると、Spirent SimXonaテストベッドはコンステレーションそのものに変更を加える前にユーザーに重大な影響を与えるかどうかを確認するために使用される可能性があります。
おそらく最も重要なのは、SimXona のような機能がXona だけでなく受信機開発者自身による受信機認証の最初のステップとして利用できることです。このテストベッドは標準化されたアプローチとテストベクターを作成するツールを提供し、受信機開発を支援するだけでなく受信機メーカーが自己認証する手助けをできます。2024年に予定されている最初のXona量産型衛星の打ち上げでは、打ち上げ前にサードパーティーのユーザー機器を準備するための道筋が示されます。
SimXonaの詳細と、将来のPNT提供にどのようなメリットがあるかについてはSimXona
データシートをご覧ください。
