Het dagelijks leven wordt overspoeld door locatieafhankelijke apparaten. Ze nemen sneller dan ooit toe en hun vereisten overtreffen wat GPS kan ondersteunen. Innovatie op het gebied van satellieten in een lage baan om de aarde (LEO) heeft de afgelopen tien jaar een exponentiële groei doorgemaakt, waardoor nieuwe mogelijkheden zijn ontstaan om onze wereld verder te verbinden. In 2016 waren er in totaal ongeveer 1500 satellieten van commerciële en overheidsbedrijven in de ruimte actief. Dit aantal was decennialang stabiel gebleven, met een lineaire groei sinds de lancering van de Spoetnik in 1957. Vandaag de dag zijn er meer dan 8000 satellieten actief in de ruimte, waarbij bijna alle groei plaatsvindt in LEO.
Daar zijn meerdere redenen voor. De kosten voor toegang tot de ruimte zijn gedaald dankzij herbruikbare raketten en grotere concurrentie. De vraag naar connectiviteit heeft geleid tot de inzet van meerdere constellaties om internet vanuit de ruimte te leveren. Latentie is uiterst belangrijk voor communicatie en resolutie bij aardobservatie. Hoewel innovatie op het gebied van LEO-satellieten zich voornamelijk heeft gericht op connectiviteit en aardobservatie, is er een generatiekansen om te innoveren in de infrastructuur voor positie, navigatie en timing (PNT) die het moderne leven stilletjes aandrijft. Er zijn nu meer dan tien entiteiten die werken aan de inzet van speciale PNT-functies in LEO, wat neerkomt op meer dan 2500 satellieten als elke constellatie vandaag voltooid zou zijn. Zoals te zien is in de illustratie hieronder, hebben vijf van deze entiteiten samen al meer dan 50 satellieten gelanceerd. Dit marktsignaal is niet verrassend, aangezien de vraag naar grotere precisie, kracht en bescherming wordt vervuld door diversificatie in LEO.
Essentiële zaken
De medium Earth orbit (MEO) is altijd de traditionele keuze geweest voor satellietnavigatie voor wereldwijde systemen, waarbij GPS, Galileo, BeiDou en GLONASS allemaal in dit regime worden ingezet. Deze hoogte in de buitenste Van Allen-gordels is de meest extreme stralingsomgeving waaraan satellieten in een baan om de aarde worden blootgesteld en is een belangrijke factor in de kosten en complexiteit van de satellieten. Vanuit commercieel oogpunt is inzet in LEO aantrekkelijker, omdat de gunstigere stralingsomgeving het gebruik van meer commerciële kant-en-klare onderdelen (COTS) in satellietontwerpen mogelijk maakt, wat massaproductie vergemakkelijkt. Nu er rond LEO een gezond ecosysteem en een gezonde toeleveringsketen is ontwikkeld voor zowel satellieten als draagraketten, liggen de kansen voor commerciële PNT om een nieuwe norm te stellen op het gebied van prestaties en bescherming voor het grijpen.
De tijd voor innovatie op het gebied van PNT kan niet urgenter zijn. Innovators verleggen de grenzen van de technologie in elke sector en elke markt. Fysieke intelligentie verspreidt zich in de vorm van zelfrijdende auto's, humanoïde robotica, geautomatiseerde landbouw, onbemande vliegtuigen en nog veel meer. Nu deze systemen in de echte wereld naast elkaar beginnen te bestaan, lopen de tools waarop ze vertrouwen meer risico dan ooit tevoren. De commerciële luchtvaart wordt in Europa en het Midden-Oosten regelmatig verstoord door aanhoudende conflicten. En schepen op zee hebben moeite om zich aan te passen aan een omgeving waar spoofing schering en inslag is. De commerciële wereld stelt andere en steeds strengere eisen dan overheidssystemen zoals GPS. GPS is in de eerste plaats ontworpen voor militaire doeleinden en is een al lang bestaande infrastructuur die moeilijk te veranderen is vanwege het enorme aantal apparaten dat ervan afhankelijk is. Deze verantwoordelijkheid maakt GPS te groot om te falen, maar ook ongelooflijk moeilijk te veranderen.
GNSS-infrastructuur heeft zoveel mogelijkheden gecreëerd voor commerciële activiteiten. Er zijn nu meer apparaten die GNSS gebruiken dan het internet, en GPS is veruit de grootste gebruiker van de technologie (gebaseerd op bijna 7 miljard actieve GNSS-apparaten op aarde en ongeveer 6 miljard internetgebruikers). Commerciële gebruikers hebben echter beperkte invloed op de ontwikkeling van GNSS-constellaties, wat heeft geleid tot een groeiende kloof tussen technologie en behoeften, wat de huidige commerciële kansen biedt. Simpel gezegd: de commerciële innovatie van vandaag vereist een commerciële infrastructuur die in hetzelfde tempo meegaat om dit te ondersteunen.
Ontwerp van LEO PNT
Voor een LEO-satellietnavigatiesysteem kunnen veel ontwerpen worden overwogen, zoals blijkt uit onderstaande tabel, waarin de huidige openbare informatie over reeds aangekondigde systemen wordt weergegeven. Deze constellaties variëren van door de overheid ondersteunde systemen, die kunnen fungeren als uitbreidingen van reeds geïmplementeerde mondiale of regionale systemen, tot commerciële systemen die zich richten op potentieel unieke, onafhankelijke markten.
Deze constellaties hebben allemaal één ding gemeen: ze streven naar tussen de 200 en 300 LEO-satellieten. De reden hiervoor is simpel: aangezien LEO-satellieten een voetafdruk hebben van ongeveer 1/10e van die van satellieten in een middelhoge baan om de aarde (MEO) en er tussen de 20 en 30 MEO's nodig zijn voor wereldwijde PNT, zijn er ongeveer 10 keer meer LEO's nodig om een vergelijkbare dekking te verkrijgen. Een gevolg hiervan is dat in LEO de radio-energie wordt verspreid over 1/10 van het gebied in vergelijking met MEO, wat gevolgen heeft voor de stroombehoefte van de satelliet: 10 keer minder in LEO voor hetzelfde MEO-vermogen in dezelfde band. Er is nog een andere cruciale parameter waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van LEO PNT: spectrum. Bovenstaande tabel laat zien dat er veel benaderingen worden overwogen. De benadering van Xona met zijn Pulsar-constellatie was gericht op drie belangrijke gebieden van commerciële aantrekkingskracht: naadloze werking met bestaande apparaten, verhoogde native nauwkeurigheid en extra weerbaarheid tegen storingen en spoofing. Een belangrijke filosofie die al vroeg in de bedrijfscultuur werd aangenomen, was om van ontwikkeling geen wetenschappelijk project te maken, dat wil zeggen: het wiel niet opnieuw uitvinden, maar de motor upgraden. GPS was een revolutionaire technologie, en daarom wordt het zo veel gebruikt en levert het zoveel waarde op voor de wereld. Sta daarom op de schouders van deze reus om naar de toekomst te kijken.
Integratiegemak was de eerste overweging, aangezien dit het belangrijkste aspect is bij het versnellen van de acceptatie van elk nieuw systeem. En spectrum is essentieel voor integratie. Door een nieuw systeem te lanceren dat gebruikmaakt van de bestaande L-bandsignalen, kan het GNSS-ecosysteem, dat jaarlijks ongeveer een miljard nieuwe eenheden produceert, zijn capaciteit naadloos upgraden zonder nieuwe hardware. De eerste technologische pathfinder-satelliet van Xona in 2022 bevestigde deze hypothese. Hoewel de pathfinder-missie twee satellietfrequenties ondersteunde die al in de regionale navigatiesatellietsysteembanden (RNSS) aanwezig waren, één in de buurt van L-band E6 en de andere in de nog ongebruikte C-band in de buurt van 5 GHz – werd het duidelijk dat ontvangerbedrijven bereid waren om hardware voor het L-bandsignaal te ontwikkelen, en dat deden ze snel met hun bestaande hardware. Er was weerstand en het duurde langer voordat C-bandsignalen wereldwijd werden geaccepteerd.
Als reactie hierop heeft Xona de productiesignalen verschoven naar een dubbel L-bandsysteem, dat al bijna een dozijn commerciële ontvangstpartners heeft die de onlangs gelanceerde productiesatelliet volgen – sommige binnen enkele weken na de lancering. De uitdaging is om een golfvorm te kiezen die dicht bij bestaande GNSS-banden ligt, qua vorm en functie en digitale signaalverwerkingstechnieken vergelijkbaar is met wat vandaag de dag al in gebruik is, en geen schadelijke interferentie veroorzaakt met de bestaande GNSS-diensten in een baan om de aarde. Het resulterende ontwerp is te zien in onderstaande figuur rechts. De belangrijkste innovatie was de keuze voor een bandbreedte-efficiënte vorm van kwadratuurfasemodulatie (QPSK), die de energie in de centrale lob concentreert en snel afloopt in vergelijking met een traditioneel binair fasemodulatiesignaal (BPSK), dat ter vergelijking links in figuur 2 is weergegeven. Het resultaat is een 100 keer sterker signaal dat geen schadelijke interferentie veroorzaakt met bestaande GNSS-signalen, terwijl het tegelijkertijd veerkracht biedt door meer signaalvermogen. Dit selectieproces was iteratief, waarbij feedback van de ontvangersgemeenschap werd meegenomen.
Naast compatibiliteit en integratiegemak zijn nauwkeurigheid en veerkracht cruciale ontwerpfactoren. Boeren vertrouwen bijvoorbeeld op de positionele nauwkeurigheid van hun apparatuur om zaad, meststoffen en water efficiënt te verspreiden, waardoor verspilling wordt verminderd en de oogstopbrengst wordt verbeterd. Positionele nauwkeurigheid maakt ook nauwkeurige, herhaalbare veldwerkzaamheden jaar na jaar mogelijk, waardoor tijd, brandstof en geld worden bespaard en de bodem wordt beschermd. Omdat GNSS doorgaans positionering op meterniveau biedt, kopen veel boeren tegenwoordig positionele nauwkeurigheid via GNSS-correctiediensten om positionering op centimeterniveau te verkrijgen. De Xona-architectuur maakt gebruik van deze technieken in nauwkeurige puntpositionering (PPP), levert nauwkeurige efemeriden rechtstreeks vanuit het ruimtesegment en combineert deze met de snelle beweging van LEO-satellieten (in vergelijking met MEO's) om de convergentietijden van positiebepaling te verkorten van ~10 minuten tot bijna onmiddellijk (zie bijvoorbeeld Mah en O'Keefe, 2025). Deze geometrie vergroot ook de dekking, aangezien correctiediensten tegenwoordig doorgaans afhankelijk zijn van geostationaire satellieten en geen diensten verlenen op hoge breedtegraden, waar ze van nut zouden zijn voor missies zoals mijnbouwactiviteiten voor kritieke mineralen en polaire navigatie.
Connectiviteit is afhankelijk van veerkrachtige timing. Meer gegevens door een netwerk sturen betekent dat gegevenspakketten op een efficiënte en gesynchroniseerde manier moeten worden gekoppeld. Telecommunicatie en datacenters hebben dergelijke connectiviteit nodig om te kunnen functioneren. In onze communicatiesystemen wordt authenticatie verwacht, iets wat grotendeels ontbreekt in civiele GNSS-signalen. In een tijdperk waarin GNSS-spoofing wordt gebruikt om te valsspelen bij games als Pokémon Go en nu steeds vaker voor kwaadaardige doeleinden, wordt authenticatie essentieel voor een modern systeem (Anderson, 2025, en Xona, 2025a). Om weerbaar te zijn tegen spoofing heeft Xona niet alleen data-authenticatie opgenomen, maar ook bereik-authenticatie, zodat gebruikers uiteindelijk hun positie kunnen authenticeren.
Defensietoepassingen vereisen weerbaarheid tegen storingen. Wereldwijde conflicten, met name momenteel in Oekraïne en het Midden-Oosten, hebben de kwetsbaarheid van GNSS aangetoond in aanwezigheid van wijdverspreide GNSS-stoorzenders. Dit probleem is echter niet langer alleen een defensiekwestie. In 2025 werden alleen al tussen januari en april bijna 123.000 commerciële vluchten in Europa verstoord door GNSS-storing (GPS World, 2025). Een van de methoden om storingen te weerstaan, is meer vermogen. LEO ligt 20 keer dichter bij de aarde dan MEO en biedt bijna 10 keer meer vermogen voor hetzelfde vermogen dat door de satelliet wordt uitgezonden. Het doel van Xona was om 100 keer meer vermogen aan de eindgebruiker te leveren om het effectieve bereik van een stoorzender aanzienlijk te verminderen met meer dan zes keer, zoals blijkt uit recente veldproeven. Een dergelijk zendvermogen vertaalt zich in een vermindering van het getroffen gebied met meer dan 97% en betekent dat de dreiging verschuift naar grotere en minder praktische platforms voor tegenstanders, d.w.z. van handheld-apparaten naar rugzakken of zelfs stoorzenders ter grootte van een vrachtwagen. Meer signaalvermogen heeft ook gevolgen voor indoor positioning. Internet of Things (IoT)-apparaten, zoals asset trackers, worden vaak beïnvloed door signaalobstructie en -verzwakking tijdens het transport, met name in binnenomgevingen, stedelijke canyons, onder gebladerte of wanneer ze worden belemmerd door voertuigen en vracht. Magazijnen, zeecontainers en andere beperkingen beperken waar de positie kan worden bepaald. Zelfs grove indoorposities kunnen operationele intelligentie voor assetmanagement ondersteunen.
Lancering van LEO PNT
Pulsar is ontworpen om in fasen te worden gelanceerd, zoals weergegeven in onderstaande figuur, waardoor de mogelijkheden in tranches worden ontgrendeld, waardoor het aantal functies en uiteindelijk het gebruikersbestand wordt uitgebreid. Hoewel Pulsar bij de inzet van 16 operationele satellieten een permanente dekking in de belangrijkste markten zal realiseren, zullen de eerste klanten op het gebied van tijdsoverdracht veel eerder de waarde van Pulsar inzien als een onafhankelijke bron van tijdsynchronisatie voor apparaten met holdover-klokken. Met 16 satellieten zal Pulsar een permanente 1-satellite-in-view-dienst realiseren, waardoor nauwkeurige tijdsoverdracht en grove positionering voor stationaire gebruikers, ook binnenshuis, mogelijk wordt. Pulsar biedt ook een link om GNSS-correcties te streamen, voortbouwend op een samenwerking met Trimble. Volledig veerkrachtige positionering zal online komen met GPS-niveau satellietzichtbaarheid. Eerst in de middelste breedtegraden, met 192 satellieten, en vervolgens wereldwijd met de inzet van nog eens 66 satellieten in een polaire baan, waarmee het totaal op 258 operationele satellieten komt.
Xona lanceerde zijn in-orbit-validatiefase in juni 2025 met Pulsar-0, de eerste productiesatelliet die representatief is voor de geschaalde capaciteit op het gebied van signaalmodulatie, vermogen en functies. Pulsar-0, gebouwd door het Belgische Aerospacelab, maakte prestatievalidatie van het complete systeem mogelijk, niet alleen van de lading in de ruimte, maar ook van het tastbare voordeel voor gebruikers op de grond. Om een idee te geven van de schaalgrootte toont figuur 4 de satelliet van 150 kg vóór de lancering, inclusief de integratie op de Falcon 9-draagraket. De lanceringskosten zijn toegankelijker geworden, waardoor commerciële entiteiten grotere ruimtevaartuigen kunnen lanceren, wat een grotere positieve impact op de grond kan hebben.
LEO PNT in een baan om de aarde
In de bijna zes maanden sinds de lancering is Pulsar-0 gevolgd in meer dan zes landen en door twaalf prototypes van ontvangers van derden. Het heeft verschillende prestatiemijlpalen bereikt die wijzen op de baanbrekende mogelijkheden die Pulsar gebruikers overal ter wereld zal bieden wanneer de volledige constellatie operationeel is. De eerste prestatietests zijn bedoeld om de waarde en functies te demonstreren die voor commerciële gebruikers in realistische omstandigheden het belangrijkst zijn.
Nauwkeurigheid.
Onderstaande figuur illustreert een signaal-in-ruimte-gebruikersbereikfout (SISRE) van 43 mm, ongeveer de diameter van een golfbal. Deze prestatie vertegenwoordigt een meer dan tienvoudige toename in nauwkeurigheid in vergelijking met die gerapporteerd door GPS. De implicatie is een vermogen om PPP op centimeterniveau native uit te voeren, zonder een extra datalink of correctielaag.
Beveiliging
Xona is de eerste organisatie die pseudorange-authenticatie vanuit een baan om de aarde heeft getoond, wat binnen enkele weken na de lancering is gerealiseerd met behulp van de Pulsar-0-satelliet. Pulsar is vanaf de basis ontworpen om veilig te zijn en combineert cryptografische authenticatie van zowel navigatiegegevens als satellietbereiksignalen met snel geauthenticeerde signaalverificatie, met als doel een authenticatietijd van ongeveer vier seconden. Deze gelaagde beveiliging legt de technische en financiële lat voor potentiële spoofers aanzienlijk hoger. Een spoofer die continu één satelliet spoofed, zou eens in de 130 jaar één seconde van de afstandsmeting van een Pulsar-ontvanger moeten kunnen misleiden.
Jamming
Pulsar-0-signaaltests zijn uitgevoerd onder live-sky-stooromstandigheden tijdens verschillende storingsgebeurtenissen, waaronder Jammertest 2025 in Noorwegen. Deze campagnes hebben bevestigd dat het gebruik van het Pulsar X5-signaal de effectieve straal van een stoorzender met een factor 6,3 kan verminderen in vergelijking met GPS L5, met andere woorden, minder dan 3% van het getroffen gebied in vergelijking met GPS. Tegen GPS en Pulsar werd hetzelfde gerichte vermogen, dezelfde bandbreedte en hetzelfde type storingsgolfvorm gebruikt, inclusief de middenfrequentie. Ter illustratie toont figuur 6 de implicaties voor een scenario met een storingszender van 1 watt in San Francisco en de vermindering die wordt bereikt door een 6,3-voudige vermindering van de straal.
Binnenshuis
Er werden gegevens verzameld voor verschillende navigatiepassages per dag op meerdere locaties, waaronder binnenshuis. Deze omvatten passages bij het hoofdkantoor van Xona in Burlingame, Californië, en het kantoor in Montreal, Canada. De meest uitdagende binnenomgeving was Montreal, op de derde verdieping van een industrieel en voornamelijk betonnen gebouw met twee verdiepingen erboven. Figuur 7 toont het vermogensprofiel van Pulsar-0 tijdens een typische pass, met een piek op het hoogste punt in de lucht. Deze structuur is een artefact van het antenneversterkingspatroon dat in deze missie wordt gebruikt. Het patroon is ontworpen voor een grotere hoogte voor de inzet van latere satellieten en zal meer isotroop zijn bij toekomstige satellieten die op een hoogte van ongeveer 1100 km worden gelanceerd, in vergelijking met Pulsar-0, die dichter bij 500 km ligt. Nabij het hoogste punt dringt het signaal binnenshuis door, en dit korte segment blijkt voldoende te zijn voor indoor positionering voor stationaire gebruikers. Door gebruik te maken van technieken op basis van Doppler en inclusief pseudorange, wijzen de eerste resultaten op een nauwkeurigheid van minder dan 10 meter, zowel buitenshuis als binnenshuis.
Verdere evolutie
De komende jaren zullen in het teken staan van het opdoen van operationele ervaring en het opschalen van de constellatie, met een focus op korte termijn op de eerste batch van 16 satellieten. Pulsar-0 heeft zijn waardepropositie al bevestigd: het bereiken van belangrijke mijlpalen op het gebied van prestaties, waaronder nauwkeurigheid, veiligheid en storingsbestendigheid, maar misschien nog wel het belangrijkste: de integratie van gebruikersapparatuur. Het komende jaar staat in het teken van samenwerking met klanten in specifieke sectoren en gebruiksscenario's, terwijl Xona zich opmaakt voor de implementatie van de eerste operationele dienstverlening. De toekomst van LEO PNT ziet er rooskleurig uit. De theorie is geëvolueerd naar voorspellingen, die nu werkelijkheid worden. De eerste resultaten lijken te leiden tot een spannende PNT-toekomst, waarbij LEO PNT de GNSS-revolutie uitbreidt op het gebied van beveiliging, interferentiebeperking en systeembeschikbaarheid, zowel buiten als binnen, voor een groot aantal huidige en nieuwe toepassingen en gebruikers.
Bron: GPS World
