北斗组网后干个啥，PNT体系带你上天入地又下海

来源:中科院半导体所发布时间:2022-10-1614浏览

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原文作者：陈威屹

Part.1

北斗还不够吗，PNT又是啥？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。