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北斗組網后干個啥,PNT體系帶你上天入地又下海

中科院半導體所 ? 來源:中國科普博覽 ? 作者:陳威屹 ? 2022-10-17 10:20 ? 次閱讀

Part.1

北斗還不夠嗎,PNT又是啥?

2020年7月31日,北斗全球衛星導航系統(即北斗三號)正式開通服務,標志著我國已建成具有完全自主可控能力的時空基準設施。 北斗衛星導航系統雖然功能強大,但與其他衛星導航系統(如美國的GPS)一樣,北斗也不可避免地存在無線電信號落地功率微弱、在室內及水下空間不適用等問題,這就不能完全滿足各類用戶對時空信息的需求,做不到全方位覆蓋提供時空信息服務,因此PNT(導航、定位、授時)體系的理念應運而生。

PNT是定位(positing)、導航(navigating)、授時(timing)體系的簡稱,是一個涉及陸海空天一體化的龐大體系工程,全球衛星導航系統是其主要組成部分,PNT體系同時也是全球衛星導航系統的進一步完善與深化。

PNT是一個多技術手段融合的體系工程,其概念在2004年美國頒布的《美國國家天基定位、導航與授時政策》報告中首次提出,該報告詳細描述了時空基準服務的重要性,分析了GPS存在的問題,并且該報告將PNT上升至國家戰略的地位。至此,在美國官方中PNT的概念就取代了GPS。

根據相關報道,我國當前也在加快推進以北斗系統為核心的國家綜合PNT體系建設工作。我國的目標是提供一個安全可靠、性能更優、無處不在、無時不有的時空基礎設施,PNT體系的建設能顯著提升國家時空信息服務能力,為全球用戶提供更為優質的服務,真正做到“中國的北斗,世界的北斗”。

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圖1美國PNT體系結構設計 (圖片來源:美國PNT發展報告)

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圖2美國PNT體系結構范圍 (圖片來源:作者自制)

Part.2

PNT體系的360°無死角守護

北斗衛星導航系統建成以來,幾乎每天都在給大眾提供時空信息服務。事實上,人類的生產生活幾乎每天都在與時間和空間的信息打交道。相關研究統計表明,人類的信息交互有近八成是與PNT(導航、定位、授時)相關。 例如,我們日常生活中使用的某些地圖APP,其中的導航功能就是衛星導航系統(北斗或GPS)提供的服務;微信開啟位置共享用到了衛星導航系統的定位服務;共享單車停靠也用到了定位的服務功能;電力行業、金融行業要求全網系統時間同步,用到了北斗的精密授時功能。

除了柴米油鹽的日常生活以外,人類追尋星辰大海的腳步也不曾停歇。未來人類的活動范圍也許不僅限于陸地,蔚藍的深海、浩瀚的深空都是人類探尋的目標。同時,隨著應用的多樣化,用戶在各種復雜環境下對時空信息的精度和可靠性要求也越來越高,衛星導航系統的短板就開始顯現,針對衛星導航系統不能完成的任務,需要大力開展相關探索,這也是PNT體系研究的出發點。

橫向無縫覆蓋室內、縱向拓展到水下及深空,且能在復雜環境下提供高精度、連續穩定的時空信息服務就是PNT體系最大的特色。 PNT體系綜合了天基、空基、陸基以及其他各類導航資源,形成了陸、空、天、水下、室內外一體全域覆蓋的高精度時空統一服務體系。PNT體系依靠多種信息技術為支撐,擔負起國家時空基準建立、維持、傳遞;時空信息播發與獲取;定位、導航、授時服務任務的國家信息基礎設施,更是一項國之重器!

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圖3 PNT總體架構示意圖 (圖片來源:作者自制)

Part.3

未來已來,巡天遁地入海不是夢

今天的中國已經取得了神舟載人飛天、嫦娥探月、蛟龍潛海的輝煌成就。無論是上天還是入海,我國都期望對未知的探索走得更深、更遠、更穩健。知道目的地,更能知道來時的路,PNT能夠為我們一路指引方向。 我國已經開始提出建設下一代國家綜合PNT體系的戰略構想,并開展了國家綜合PNT體系論證工作。

那么,PNT體系涉及哪些關鍵技術呢? 首先,北斗衛星導航系統作為國家自主建設的全球系統,無疑是我國PNT體系的基石和主體。同時,還需發展諸如脈沖星導航在內的深空導航技術、低軌衛星增強技術、室內定位技術、地基/空基增強技術。水下部分還需聲吶、重力匹配、慣導等技術的加持。有了以上技術的支撐,以組合、融合、網絡化的方法就能構建滿足地面、水下,甚至深空的導航定位授時服務。

如今,我國的北斗系統已經解決了室外導航定位服務問題,未來構建綜合PNT體系,將無縫覆蓋室內外導航定位服務,真正實現陸??仗斓匾惑w化的時空信息服務,上天入海,皆有PNT為您保駕護航。




審核編輯:劉清

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