以北斗系统为核心的定位导航授时PNT体系,你了解多少

今日北斗 2021-02-04 10:48:33

PNT是我们日常生活当中的基础要素,日常生活当中80%的信息和PNT有关联。PNT信息公路支撑着一带一路的建设发展,互联网+也需要PNT的支持。此外,如智慧城市、大数据、云平台等等都需要PNT的支持与参与。

可以说,随着人类文明的发展,对位置和时间的信息需求日益增长,定位导航授时PNT技术的重要性越发重要。定位导航授时PNT技术水平的高低,成为综合国力考量的重要战略标志。以北斗系统为核心的定位导航授时PNT体系已经上升为国家战略,预计在2035年前后,构建国家综合PNT体系,为全球用户提供更为优质的服务。

01什么是PNT体系?

定位导航授时PNT体系即定位(Positioning)、导航(Navigation)、授时(Timing)组成的时空体系,是我们得以在纷繁信息中准确描述时间和空间的关键技术。

02PNT体系的组成:基本框架与三大服务

基本框架:

三大系统:

服务提供系统:北斗卫星导航系统、天基增强系统、地基增强系统、广域备份系统、室内及遮挡区域导航系统、水下导航系统、深空导航系统;基础支持系统:时空基准维持与传递系统、全球基准数据获取与服务系统、系统监测/评估/预警服务网络;用户自主导航手段:惯性导航、原子钟、地磁/重力导航、图像/地形匹配导航等。

我们常见的PNT体系,是GNSS系统(北斗系统、GPS、GLOMASS、Galileo)提供的,但是PNT的范畴比GNSS要更广。而我们正在建设的PNT体系是一个综合PNT体系,它是基于不同原理,多种信息源,经过云平台控制、多传感器高度集成和多源数据的融合,生成时空基准统一的、且具有抗干扰、防欺骗、稳健、可用、连续、可靠的全空间PNT服务体系。

03北斗系统与PNT

北斗卫星导航系统的关键作用是提供时间、空间参考以及各种与位置相关的实时动态PNT 信息,是国家信息化基础设施。

北斗系统是高精度、全天时、全天候、陆海空天一体的PNT 最佳手段;是经济安全、国防安全、国土安全和公共安全的重大技术平台和战略威慑基础资源;是建设和谐社会、服务人民大众、提升生活质量的重要工具。

可以说北斗系统是国家PNT体系的核心,可以提升PNT系统的服务范围和服务性能,保证PNT服务的可用性、连续性和可靠性;

04北斗系统的PNT应用

定位方面,测量测绘、精细农业、灾害监测都对高精度定位有着天然的高需求,具体场景包括渔业的寻找作业渔场、解决海事灾难和纠纷、船舶指挥调度;交通运输的火车运行调度等等;

导航方面,车辆导航、航空导航、航海导航、武器制导等领域需要高精度的导航来帮忙。目前最常见的单频单系统10米左右的定位精度会对一些应用场景造成困扰,比如找不到共享单车、驾驶导航车道出错等等。

而北斗的导航精度,根据中国卫星导航系统管理办公室去年12月公开发布的《北斗卫星导航系统发展报告(4.0版)》,在全球范围内,北斗的定位精度达到水平10米、高程10米;测速精度为0.2米每秒。亚太地区,定位精度水平5米、高程5米(以上均为95%置信度)。而精密单点定位服务,更是可以为中国及周边地区提供动态分米级,静态厘米级的高精度定位服务,满足国土测绘、精准农业、自动驾驶等领域用户高精度服务需求。

授时则能提供全球性、全天候、快速、高精度的标准时间信息,高精度授时的应用领域有电网同步(作为电力系统的同步时钟系统)、移动通信(CDMA通信系统的时间同步)、金融网络(银行计算机时间同步)、国防领域(单个装备、武器系统时间同步,协同作战),智能交通智能城市(同步摄像头信号灯的时间)等方方面面。

从通信、电网到股市,授时影响着我们的生活方方面面。万物互联势不可挡,高精度导航定位的下一步更在于建立物与物之间的联系,通过将定位导航的信息和时间融入到所有的终端中,并与周边的智能终端共享和交互自身的位置及其他相关标签,赋予万物精准的时空信息,以期得到更好的语境感知和协同处理能力。

05综合PNT体系建设的四大方向

提高时钟精度。最新的被动型星载氢原子钟,实现星载原子钟技术的重大突破,研制出高性能的氢原子钟,稳定度更高、误差小;

增加卫星数量。2020年中国北斗卫星数量将达到35颗,保证在全球任何地方收到4颗以上卫星信号,亚太地区会刻意加强,可同时接收到更多;同时接收到卫星数量越多,解算精度越高;

增加导航频率。北斗卫星将采用B1、B2、B3三个工作频率,通过接收机的相位差分算法,进一步减小由于电波传播变化引起的误差,提高时间和定位精度;

通过地基增强系统。建立地面无线系统,通过固定CORS站的长期固定观测,减少气候变化的随机性误差,进一步提高精度。建立站点越多,地域分区越小,精度越高。

06综合PNT体系发展规划

北斗系统应用中一个重要的领域就是PNT系统应用,国家综合PNT体系第一批项目,包括深空、远程地基、水下定位、导航授时、技术路线图等9个研究专题,目前已启动研究任务。

在核心技术方面,需要解决多源信息的同化和归一化问题,超稳芯片级原子钟技术,超稳惯导器件和自主导航传感器,多源传感器的芯片化集成,量子导航系统及组合导航理论与装备等的技术问题。

2035年前后,我国将建成基准统一、覆盖无缝、安全可信、高效便捷的国家综合PNT体系,提升我国的时空信息服务能力。北斗卫星导航系统将承担提供时间/空间参考以及各种与位置相关的实时动态PNT信息的关键基础服务,成为我国经济安全、国防安全、国土安全和公共安全的重大技术平台和战略威慑资源。

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