Part.1
北斗还不够吗,PNT又是啥?
(资料图片仅供参考)
2020年7月31日,北斗全球卫星导航系统(即北斗三号)正式开通服务,标志着我国已建成具有完全自主可控能力的时空基准设施。
北斗卫星导航系统虽然功能强大,但与其他卫星导航系统(如美国的GPS)一样,北斗也不可避免地存在无线电信号落地功率微弱、在室内及水下空间不适用等问题,这就不能完全满足各类用户对时空信息的需求,做不到全方位覆盖提供时空信息服务,因此PNT(导航、定位、授时)体系的理念应运而生。
PNT是定位(positing)、导航(navigating)、授时(timing)体系的简称,是一个涉及陆海空天一体化的庞大体系工程,全球卫星导航系统是其主要组成部分,PNT体系同时也是全球卫星导航系统的进一步完善与深化。
PNT是一个多技术手段融合的体系工程,其概念在2004年美国颁布的《美国国家天基定位、导航与授时政策》报告中首次提出,该报告详细描述了时空基准服务的重要性,分析了GPS存在的问题,并且该报告将PNT上升至国家战略的地位。至此,在美国官方中PNT的概念就取代了GPS。
根据相关报道,我国当前也在加快推进以北斗系统为核心的国家综合PNT体系建设工作。我国的目标是提供一个安全可靠、性能更优、无处不在、无时不有的时空基础设施,PNT体系的建设能显著提升国家时空信息服务能力,为全球用户提供更为优质的服务,真正做到“中国的北斗,世界的北斗”。
图1 美国PNT体系结构设计
(图片来源:美国PNT发展报告)
图2 美国PNT体系结构范围
(图片来源:作者自制)
Part.2
PNT体系的360°无死角守护
北斗卫星导航系统建成以来,几乎每天都在给大众提供时空信息服务。事实上,人类的生产生活几乎每天都在与时间和空间的信息打交道。相关研究统计表明,人类的信息交互有近八成是与PNT(导航、定位、授时)相关。
例如,我们日常生活中使用的某些地图APP,其中的导航功能就是卫星导航系统(北斗或GPS)提供的服务;微信开启位置共享用到了卫星导航系统的定位服务;共享单车停靠也用到了定位的服务功能;电力行业、金融行业要求全网系统时间同步,用到了北斗的精密授时功能。
除了柴米油盐的日常生活以外,人类追寻星辰大海的脚步也不曾停歇。未来人类的活动范围也许不仅限于陆地,蔚蓝的深海、浩瀚的深空都是人类探寻的目标。同时,随着应用的多样化,用户在各种复杂环境下对时空信息的精度和可靠性要求也越来越高,卫星导航系统的短板就开始显现,针对卫星导航系统不能完成的任务,需要大力开展相关探索,这也是PNT体系研究的出发点。
横向无缝覆盖室内、纵向拓展到水下及深空,且能在复杂环境下提供高精度、连续稳定的时空信息服务就是PNT体系最大的特色。
PNT体系综合了天基、空基、陆基以及其他各类导航资源,形成了陆、空、天、水下、室内外一体全域覆盖的高精度时空统一服务体系。PNT体系依靠多种信息技术为支撑,担负起国家时空基准建立、维持、传递;时空信息播发与获取;定位、导航、授时服务任务的国家信息基础设施,更是一项国之重器!
图3 PNT总体架构示意图
(图片来源:作者自制)
Part.3
未来已来,巡天遁地入海不是梦
今天的中国已经取得了神舟载人飞天、嫦娥探月、蛟龙潜海的辉煌成就。无论是上天还是入海,我国都期望对未知的探索走得更深、更远、更稳健。知道目的地,更能知道来时的路,PNT能够为我们一路指引方向。
我国已经开始提出建设下一代国家综合PNT体系的战略构想,并开展了国家综合PNT体系论证工作。
那么,PNT体系涉及哪些关键技术呢?
首先,北斗卫星导航系统作为国家自主建设的全球系统,无疑是我国PNT体系的基石和主体。同时,还需发展诸如脉冲星导航在内的深空导航技术、低轨卫星增强技术、室内定位技术、地基/空基增强技术。水下部分还需声呐、重力匹配、惯导等技术的加持。有了以上技术的支撑,以组合、融合、网络化的方法就能构建满足地面、水下,甚至深空的导航定位授时服务。
图4 北斗卫星导航系统
(图片来源:北斗卫星导航系统官网)
如今,我国的北斗系统已经解决了室外导航定位服务问题,未来构建综合PNT体系,将无缝覆盖室内外导航定位服务,真正实现陆海空天地一体化的时空信息服务,上天入海,皆有PNT为您保驾护航。
参考文献:
[1]谢军, 刘庆军, 边朗. 基于北斗系统的国家综合定位导航授时(PNT)体系发展设想[J]. 空间电子技术, 2017, 14(5):6.
[2]杨元喜. 综合PNT体系及其关键技术[J]. 测绘学报, 2016(5):6.
[3]追求极致 专访北斗卫星导航系统工程副总设计师冉承其 中国纪检监查报 2020.8.1
出品:科普中国
作者:陈威屹
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本文首发于中国科普博览(kepubolan)
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