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)星導航系統(tǒng)（即北斗三號）正式開通服務(wù)，標志著我國已建成具有完全自主可控能力的時空基準設(shè)施。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)雖然功能強大，但與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)（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(nèi)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(wù)，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(wèi)星導航系統(tǒng)是其主要組成部分，PNT體系同時也是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的進一步完善與深化。

PNT是一個多技術(shù)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(wù)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(zhàn)略的地位。至此，在美國官方中PNT的概念就取代了GPS。

根據(jù)相關(guān)報道，我國當前也在加快推進以北斗系統(tǒng)為核心的國家綜合PNT體系建設(shè)工作。我國的目標是提供一個安全可靠、性能更優(yōu)、無處不在、無時不有的時空基礎(chǔ)設(shè)施，PNT體系的建設(shè)能顯著提升國家時空信息服務(wù)能力，為全球用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，真正做到“中國的北斗，世界的北斗”。

圖1 美國PNT體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

（圖片來源：美國PNT發(fā)展報告）

圖2 美國PNT體系結(jié)構(gòu)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(wèi)星導航系統(tǒng)建成以來，幾乎每天都在給大眾提供時空信息服務(wù)。事實上，人類的生產(chǎn)生活幾乎每天都在與時間和空間的信息打交道。相關(guān)研究統(tǒng)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(guān)。

例如，我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫哪承┑貓DAPP，其中的導航功能就是衛(wèi)星導航系統(tǒng)（北斗或GPS）提供的服務(wù)；微信開啟位置共享用到了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位服務(wù)；共享單車?？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(huán)境下對時空信息的精度和可靠性要求也越來越高，衛(wèi)星導航系統(tǒng)的短板就開始顯現(xiàn)，針對衛(wèi)星導航系統(tǒng)不能完成的任務(wù)，需要大力開展相關(guān)探索，這也是PNT體系研究的出發(fā)點。

橫向無縫覆蓋室內(nèi)、縱向拓展到水下及深空，且能在復雜環(huán)境下提供高精度、連續(xù)穩(wěn)定的時空信息服務(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，擔負起國家時空基準建立、維持、傳遞；時空信息播發(fā)與獲取；定位、導航、授時服務(wù)任務(wù)的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施，更是一項國之重器！

圖3 PNT總體架構(gòu)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(jīng)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(wěn)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(jīng)開始提出建設(shè)下一代國家綜合PNT體系的戰(zhàn)略構(gòu)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(guān)鍵技術(shù)呢？

首先，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)作為國家自主建設(shè)的全球系統(tǒng)，無疑是我國PNT體系的基石和主體。同時，還需發(fā)展諸如脈沖星導航在內(nèi)的深空導航技術(shù)、低軌衛(wèi)星增強技術(shù)、室內(nèi)定位技術(shù)、地基/空基增強技術(shù)。水下部分還需聲吶、重力匹配、慣導等技術(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，甚至深空的導航定位授時服務(wù)。

圖4 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)

（圖片來源：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)官網(wǎng)）

如今，我國的北斗系統(tǒng)已經(jīng)解決了室外導航定位服務(wù)問題，未來構(gòu)建綜合PNT體系，將無縫覆蓋室內(nèi)外導航定位服務(wù)，真正實現(xiàn)陸海空天地一體化的時空信息服務(wù)，上天入海，皆有PNT為您保駕護航。

參考文獻:

[1]謝軍, 劉慶軍, 邊朗. 基于北斗系統(tǒng)的國家綜合定位導航授時(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]. 測繪學報, 2016(5):6.

[3]追求極致 專訪北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程副總設(shè)計師冉承其 中國紀檢監(jiān)查報 2020.8.1

出品：科普中國

作者：陳威屹

文章僅代表作者觀點，不代表中國科普博覽立場

本文首發(fā)于中國科普博覽（kepubolan)

轉(zhuǎn)載請注明公眾號出處

轉(zhuǎn)載注明出處 未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載

轉(zhuǎn)載授權(quán)、合作、投稿事宜，聯(lián)系webmaster@kepu.net.cn

標簽： 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) 衛(wèi)星導航系統(tǒng) 信息服務(wù)