PNT是我們日常生活當中的基礎要素,日常生活當中80%的資訊和PNT有關聯。PNT資訊公路支撐著一帶一路的建設發展,網際網路+也需要PNT的支援。此外,如智慧城市、大資料、雲平臺等等都需要PNT的支援與參與。
可以說,隨著人類文明的發展,對位置和時間的資訊需求日益增長,定位導航授時PNT技術的重要性越發重要。定位導航授時PNT技術水平的高低,成為綜合國力考量的重要戰略標誌。以北斗系統為核心的定位導航授時PNT體系已經上升為國家戰略,預計在2035年前後,構建國家綜合PNT體系,為全球使用者提供更為優質的服務。
01 什麼是PNT體系?
定位導航授時PNT體系即定位(Positioning)、導航(Navigation)、授時(Timing)組成的時空體系,是我們得以在紛繁資訊中準確描述時間和空間的關鍵技術。
02 PNT體系的組成:基本框架與三大服務
基本框架:
三大系統:
服務提供系統:北斗衛星導航系統、天基增強系統、地基增強系統、廣域備份系統、室內及遮擋區域導航系統、水下導航系統、深空導航系統;基礎支援系統:時空基準維持與傳遞系統、全球基準資料獲取與服務系統、系統監測/評估/預警服務網路;使用者自主導航手段:慣性導航、原子鐘、地磁/重力導航、影象/地形匹配導航等。我們常見的PNT體系,是GNSS系統(北斗系統、GPS、GLOMASS、Galileo)提供的,但是PNT的範疇比GNSS要更廣。而我們正在建設的PNT體系是一個綜合PNT體系,它是基於不同原理,多種資訊源,經過雲平臺控制、多感測器高度整合和多源資料的融合,生成時空基準統一的、且具有抗干擾、防欺騙、穩健、可用、連續、可靠的全空間PNT服務體系。
03 北斗系統與PNT
北斗衛星導航系統的關鍵作用是提供時間、空間參考以及各種與位置相關的實時動態PNT 資訊,是國家資訊化基礎設施。
北斗系統是高精度、全天時、全天候、陸海空天一體的PNT 最佳手段;是經濟安全、國防安全、國土安全和公共安全的重大技術平臺和戰略威懾基礎資源;是建設和諧社會、服務人民大眾、提升生活質量的重要工具。可以說北斗系統是國家PNT體系的核心,可以提升PNT系統的服務範圍和服務效能,保證PNT服務的可用性、連續性和可靠性;
04 北斗系統的PNT應用
定位方面,測量測繪、精細農業、災害監測都對高精度定位有著天然的高需求,具體場景包括漁業的尋找作業漁場、解決海事災難和糾紛、船舶指揮排程;交通運輸的火車執行排程等等;
導航方面,車輛導航、航空導航、航海導航、武器制導等領域需要高精度的導航來幫忙。目前最常見的單頻單系統10米左右的定位精度會對一些應用場景造成困擾,比如找不到共享單車、駕駛導航車道出錯等等。
而北斗的導航精度,根據中國衛星導航系統管理辦公室去年12月公開發布的《北斗衛星導航系統發展報告(4.0版)》,在全球範圍內,北斗的定位精度達到水平10米、高程10米;測速精度為0.2米每秒。亞太地區,定位精度水平5米、高程5米(以上均為95%置信度)。而精密單點定位服務,更是可以為中國及周邊地區提供動態分米級,靜態釐米級的高精度定位服務,滿足國土測繪、精準農業、自動駕駛等領域使用者高精度服務需求。
授時則能提供全球性、全天候、快速、高精度的標準時間資訊,高精度授時的應用領域有電網同步(作為電力系統的同步時鐘系統)、行動通訊(CDMA通訊系統的時間同步)、金融網路(銀行計算機時間同步)、國防領域(單個裝備、武器系統時間同步,協同作戰),智慧交通智慧城市(同步攝像頭訊號燈的時間)等方方面面。
從通訊、電網到股市,授時影響著我們的生活方方面面。萬物互聯勢不可擋,高精度導航定位的下一步更在於建立物與物之間的聯絡,透過將定位導航的資訊和時間融入到所有的終端中,並與周邊的智慧終端共享和互動自身的位置及其他相關標籤,賦予萬物精準的時空資訊,以期得到更好的語境感知和協同處理能力。
05 綜合PNT體系建設的四大方向
提高時鐘精度。最新的被動型星載氫原子鐘,實現星載原子鐘技術的重大突破,研製出高效能的氫原子鐘,穩定度更高、誤差小;
增加衛星數量。2020年中國北斗衛星數量將達到35顆,保證在全球任何地方收到4顆以上衛星訊號,亞太地區會刻意加強,可同時接收到更多;同時接收到衛星數量越多,解算精度越高;
增加導航頻率。北斗衛星將採用B1、B2、B3三個工作頻率,透過接收機的相位差分演算法,進一步減小由於電波傳播變化引起的誤差,提高時間和定位精度;
透過地基增強系統。建立地面無線系統,透過固定CORS站的長期固定觀測,減少氣候變化的隨機性誤差,進一步提高精度。建立站點越多,地域分割槽越小,精度越高。
06 綜合PNT體系發展規劃
北斗系統應用中一個重要的領域就是PNT系統應用,國家綜合PNT體系第一批專案,包括深空、遠端地基、水下定位、導航授時、技術路線圖等9個研究專題,目前已啟動研究任務。
在核心技術方面,需要解決多源資訊的同化和歸一化問題,超穩晶片級原子鐘技術,超穩慣導器件和自主導航感測器,多源感測器的晶片化整合,量子導航系統及組合導航理論與裝備等的技術問題。
2035年前後,我國將建成基準統一、覆蓋無縫、安全可信、高效便捷的國家綜合PNT體系,提升我國的時空資訊服務能力。北斗衛星導航系統將承擔提供時間/空間參考以及各種與位置相關的實時動態PNT資訊的關鍵基礎服務,成為我國經濟安全、國防安全、國土安全和公共安全的重大技術平臺和戰略威懾資源。