全球快報(bào):北斗組網(wǎng)后干個(gè)啥，PNT體系帶你上天入地又下海

Part.1

北斗還不夠嗎，PNT又是啥？

(資料圖片僅供參考)

2020年7月31日，北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（即北斗三號(hào)）正式開(kāi)通服務(wù)，標(biāo)志著我國(guó)已建成具有完全自主可控能力的時(shí)空基準(zhǔn)設(shè)施。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)雖然功能強(qiáng)大，但與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（如美國(guó)的GPS）一樣，北斗也不可避免地存在無(wú)線電信號(hào)落地功率微弱、在室內(nèi)及水下空間不適用等問(wèn)題，這就不能完全滿足各類用戶對(duì)時(shí)空信息的需求，做不到全方位覆蓋提供時(shí)空信息服務(wù)，因此PNT（導(dǎo)航、定位、授時(shí)）體系的理念應(yīng)運(yùn)而生。

PNT是定位（positing）、導(dǎo)航(navigating)、授時(shí)(timing)體系的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)涉及陸?？仗煲惑w化的龐大體系工程，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是其主要組成部分，PNT體系同時(shí)也是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)一步完善與深化。

PNT是一個(gè)多技術(shù)手段融合的體系工程，其概念在2004年美國(guó)頒布的《美國(guó)國(guó)家天基定位、導(dǎo)航與授時(shí)政策》報(bào)告中首次提出，該報(bào)告詳細(xì)描述了時(shí)空基準(zhǔn)服務(wù)的重要性，分析了GPS存在的問(wèn)題，并且該報(bào)告將PNT上升至國(guó)家戰(zhàn)略的地位。至此，在美國(guó)官方中PNT的概念就取代了GPS。

根據(jù)相關(guān)報(bào)道，我國(guó)當(dāng)前也在加快推進(jìn)以北斗系統(tǒng)為核心的國(guó)家綜合PNT體系建設(shè)工作。我國(guó)的目標(biāo)是提供一個(gè)安全可靠、性能更優(yōu)、無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不有的時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，PNT體系的建設(shè)能顯著提升國(guó)家時(shí)空信息服務(wù)能力，為全球用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，真正做到“中國(guó)的北斗，世界的北斗”。

圖1 美國(guó)PNT體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（圖片來(lái)源：美國(guó)PNT發(fā)展報(bào)告）

圖2 美國(guó)PNT體系結(jié)構(gòu)范圍

（圖片來(lái)源：作者自制）

Part.2

PNT體系的360°無(wú)死角守護(hù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成以來(lái)，幾乎每天都在給大眾提供時(shí)空信息服務(wù)。事實(shí)上，人類的生產(chǎn)生活幾乎每天都在與時(shí)間和空間的信息打交道。相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)表明，人類的信息交互有近八成是與PNT（導(dǎo)航、定位、授時(shí)）相關(guān)。

例如，我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫哪承┑貓DAPP，其中的導(dǎo)航功能就是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（北斗或GPS）提供的服務(wù)；微信開(kāi)啟位置共享用到了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位服務(wù)；共享單車(chē)?？恳灿玫搅硕ㄎ坏姆?wù)功能；電力行業(yè)、金融行業(yè)要求全網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)間同步，用到了北斗的精密授時(shí)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(lái)人類的活動(dòng)范圍也許不僅限于陸地，蔚藍(lán)的深海、浩瀚的深空都是人類探尋的目標(biāo)。同時(shí)，隨著應(yīng)用的多樣化，用戶在各種復(fù)雜環(huán)境下對(duì)時(shí)空信息的精度和可靠性要求也越來(lái)越高，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的短板就開(kāi)始顯現(xiàn)，針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不能完成的任務(wù)，需要大力開(kāi)展相關(guān)探索，這也是PNT體系研究的出發(fā)點(diǎn)。

橫向無(wú)縫覆蓋室內(nèi)、縱向拓展到水下及深空，且能在復(fù)雜環(huán)境下提供高精度、連續(xù)穩(wěn)定的時(shí)空信息服務(wù)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(dǎo)航資源，形成了陸、空、天、水下、室內(nèi)外一體全域覆蓋的高精度時(shí)空統(tǒng)一服務(wù)體系。PNT體系依靠多種信息技術(shù)為支撐，擔(dān)負(fù)起國(guó)家時(shí)空基準(zhǔn)建立、維持、傳遞；時(shí)空信息播發(fā)與獲取；定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)任務(wù)的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施，更是一項(xiàng)國(guó)之重器！

圖3 PNT總體架構(gòu)示意圖

（圖片來(lái)源：作者自制）

Part.3

未來(lái)已來(lái)，巡天遁地入海不是夢(mèng)

今天的中國(guó)已經(jīng)取得了神舟載人飛天、嫦娥探月、蛟龍潛海的輝煌成就。無(wú)論是上天還是入海，我國(guó)都期望對(duì)未知的探索走得更深、更遠(yuǎn)、更穩(wěn)健。知道目的地，更能知道來(lái)時(shí)的路，PNT能夠?yàn)槲覀円宦分敢较颉?/p>

我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始提出建設(shè)下一代國(guó)家綜合PNT體系的戰(zhàn)略構(gòu)想，并開(kāi)展了國(guó)家綜合PNT體系論證工作。

那么，PNT體系涉及哪些關(guān)鍵技術(shù)呢？

首先，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為國(guó)家自主建設(shè)的全球系統(tǒng)，無(wú)疑是我國(guó)PNT體系的基石和主體。同時(shí)，還需發(fā)展諸如脈沖星導(dǎo)航在內(nèi)的深空導(dǎo)航技術(shù)、低軌衛(wèi)星增強(qiáng)技術(shù)、室內(nèi)定位技術(shù)、地基/空基增強(qiáng)技術(shù)。水下部分還需聲吶、重力匹配、慣導(dǎo)等技術(shù)的加持。有了以上技術(shù)的支撐，以組合、融合、網(wǎng)絡(luò)化的方法就能構(gòu)建滿足地面、水下，甚至深空的導(dǎo)航定位授時(shí)服務(wù)。

圖4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

（圖片來(lái)源：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)官網(wǎng)）

如今，我國(guó)的北斗系統(tǒng)已經(jīng)解決了室外導(dǎo)航定位服務(wù)問(wèn)題，未來(lái)構(gòu)建綜合PNT體系，將無(wú)縫覆蓋室內(nèi)外導(dǎo)航定位服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)陸海空天地一體化的時(shí)空信息服務(wù)，上天入海，皆有PNT為您保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn):

[1]謝軍, 劉慶軍, 邊朗. 基于北斗系統(tǒng)的國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)(PNT)體系發(fā)展設(shè)想[J]. 空間電子技術(shù), 2017, 14(5):6.

[2]楊元喜. 綜合PNT體系及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào), 2016(5):6.

[3]追求極致 專訪北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程副總設(shè)計(jì)師冉承其 中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)查報(bào) 2020.8.1

出品：科普中國(guó)

作者：陳威屹

文章僅代表作者觀點(diǎn)，不代表中國(guó)科普博覽立場(chǎng)

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