天文导航

当GNSS遇上干扰：重新走进低空的天文导航，正在从实验室长出产业新赛道

2024年10月25日，中国科学院上海天文台发布的一则成果公告，让沉寂许久的天文导航重新走进产业界视野——这家国内顶尖的天体测量研究机构宣布，在天文导航核心技术上取得重大突破，直指当前全球导航体系最棘手的痛点：GNSS拒止环境下的连续高精度导航。

在低空经济迎来爆发式增长的今天，从eVTOL（电动垂直起降飞行器）到低空物流无人机，从通用航空作业到城市低空出行，导航系统的可靠性是决定整个产业能否商业化落地的生命线。当我们早已习惯卫星导航带来的全天候高精度定位服务时，越来越多行业研究者开始意识到，完全依赖GNSS的导航体系，正在面临越来越不可忽视的安全风险。而依托日月星辰建立的天文导航，正在从古老的航海技术，重新成长为低空领域不可或缺的自主导航备份，甚至核心方案。

GNSS的阴影下，自主导航刚需正在显现

作为当前应用最广泛的导航技术，全球导航卫星系统确实给各行各业带来了革命性的变化：公开数据显示，GNSS可以为民用领域提供米级甚至厘米级的定位授时精度，满足绝大多数低空飞行器的导航需求。但上海天文台在此次成果发布中明确点出了当前行业的核心矛盾：当前GNSS干扰技术已经呈现出大功率、密集化、欺骗化的发展趋势，完全依赖卫星导航，根本无法保障导航的持续有效性。

这种风险并非危言耸听。去年年初，国内某支线物流无人机在偏远山区作业时，就曾遭遇意外的GNSS信号干扰，导致飞机一度失去位置信息，最终依靠备用的惯性导航才迫降成功。而在城市低空环境中，部分楼宇的信号遮挡、故意的信号干扰甚至诈骗式干扰，都可能让依赖GNSS的飞行器陷入危险。对于eVTOL这类承载载人出行的低空装备来说，导航中断哪怕几秒钟，都可能造成灾难性的后果。

根据中国低空经济白皮书的预测，2030年我国低空经济规模将突破10万亿元，仅城市低空载人出行领域，就将有数十万架eVTOL投入运营。如此大规模的低空飞行器网络，必须拥有不依赖外部信号的自主导航能力作为兜底——这正是天文导航重新回到产业核心赛道的核心逻辑。

科普中国对天文导航的定义清晰点出了它的核心优势：日月星辰构成的惯性参考系，具有无可比拟的精确性和可靠性，将导航方法建立在恒星和行星参考系基础上，具有直接、自然、可靠、精确的特点。不同于GNSS需要依赖地面站和卫星信号的外部输入，天文导航是完全自主的导航体系，不需要向外发射任何信号，也不需要接收外部基站的信息，仅通过观测天体位置就可以解算出自身的定位定姿信息，天生抗干扰、抗欺骗，这恰恰击中了当前导航领域的刚需。

概念澄清背后，是产业化落地的必经之路

有意思的是，2026年2月科学网一篇科研随笔抛出了一个值得深思的问题：虽然“天文导航”一词在历史与工程实践中长期被广泛使用，但其内涵始终缺乏严格的物理定义。在多数语境下，该术语泛指任何利用天体观测信息辅助导航或定姿的方法，由此导致概念层级混乱，方向测量、姿态确定与完整导航体系常被混为一谈。

这种概念混乱其实侧面反映了国内天文导航的发展现状：多数人只知道天文导航是利用天体导航，却很少有人能说清现代天文导航的技术框架，更不用说形成标准化的产业应用体系。上海天文台此次突破的价值，恰恰在于推动天文导航从零散的技术方法，走向完整的可落地的导航体系。

据业内人士透露，上海天文台此次突破主要集中在两个方向：一是小型化高精度星敏感器的成像与解算技术，将原来只能应用在卫星、大型船舶上的天文观测设备，缩小到可以适配轻小型低空飞行器的尺寸；二是建立了基于天体几何与轨道结构的完整解算体系，真正实现了仅依靠天体观测就可以输出连续定位导航结果，而不是仅仅作为惯性导航的姿态修正辅助。

放在低空场景下，这种技术进步的价值尤为明显。过去，天文导航更多是作为卫星导航和惯性导航的补充，主要用于航天和远洋航海领域——比如嫦娥探月工程中，天文导航就发挥了重要的姿态修正作用。但对于低空飞行的无人机、eVTOL来说，设备重量、成本都有极其严格的要求：一架吨级以下的eVTOL，留给导航设备的重量余量往往不到10公斤，成本不能超过10万元，传统的大型天文导航设备根本无法适配。

正是因为适配性不足，过去很长一段时间内，低空产业界对天文导航的认知停留在“理论有用，但没法用”的阶段。但随着MEMS（微机电系统）、CMOS图像传感器和天体测量算法的进步，小型化天文导航设备的成本和重量已经降到了可接受的范围。上海天文台此次突破，进一步解决了复杂低空环境下的天体观测遮挡、动态解算速度等问题，让天文导航真正具备了在低空场景大规模应用的可能。

更重要的是，此次概念的澄清，也给产业协作打通了基础：按照严格定义，天文导航是“基于天体几何与轨道结构的自主导航体系”，这意味着它不再是辅助导航的附加技术，而是可以独立运行的完整导航方案，能够在GNSS完全失效的情况下，单独为低空飞行器提供连续的定位服务。这种定位的变化，直接让天文导航从“可选备份”变成了“必需配置”。

低空新赛道，天文导航的商业化窗口已经打开

从当前的产业进展来看，天文导航的商业化落地其实已经进入了快车道。除了上海天文台的基础技术突破，国内多家导航企业已经开始针对低空场景开发天文导航产品，部分产品已经进入试应用阶段。

从技术路线来看，当前天文导航在低空领域主要有两种应用模式：一种是作为核心备份，与GNSS、惯性导航组成组合导航系统，平时GNSS主导，一旦GNSS信号失效，立刻切换到天文导航自主工作，这种模式目前已经得到了行业的普遍认可。以上海天文台的技术指标来看，当前国产天文导航在低空环境下已经可以实现优于0.1度的定姿精度和50米以内的定位精度，完全满足低空飞行器的安全备档需求。

另一种模式是纯自主天文导航，针对一些对保密性要求极高的特殊低空作业场景，比如应急救援、巡检作业等，全程不依赖GNSS信号，完全依靠天文导航实现连续导航，这种模式目前已经在部分特殊领域得到应用，市场需求正在稳步增长。

对于低空经济来说，天文导航的成熟还有一个更重要的价值：它解决了自主可控的问题。当前主流的GNSS服务都掌握在其他国家手中，一旦出现特殊情况，信号存在不可用的风险，而天文导航的核心资源是天体参考系，核心技术完全可以实现自主可控，不需要依赖任何境外基础设施，这对于我国低空经济的安全发展来说，是极其重要的战略保障。

当然，我们也需要看到，天文导航当前仍然存在一些需要解决的问题：比如在极端阴雨天气、城市密集楼宇环境下，天体观测会被遮挡，无法连续输出导航信号。但产业界给出的解决方案也很清晰：天文导航不需要全天候单独工作，它只需要在GNSS失效的窗口期提供连续导航，或者和惯性导航、视觉导航等技术组合，就可以解决遮挡问题。目前主流的组合导航方案中，天文导航负责提供绝对位置修正，惯性导航负责连续输出，视觉导航负责近地避障，三者结合刚好可以形成完全不依赖GNSS的完整导航体系，可靠性远高于单一导航技术。

从行业发展趋势来看，随着我国低空开放的逐步推进，对导航系统安全性、自主性的要求会越来越高，天文导航的市场规模会快速增长。根据行业机构预测，到2030年，仅低空领域的天文导航相关设备和服务市场规模就会突破50亿元，带动相关芯片、传感器产业的增长超过100亿元。

回到2024年上海天文台的这次突破，它不仅仅是一项技术的进步，更是一个信号：在GNSS无处不在的今天，我们正在重新发现古老天文导航的现代价值。当低空经济的翅膀越飞越高，这份来自日月星辰的导航能力，终将成为支撑我国低空产业安全发展的坚实底座。毕竟，人类从大航海时代就依靠星辰辨别方向，到了低空经济的新时代，这份来自宇宙的可靠坐标，依然会守护我们每一次飞行。