通信网络PNT大变革时代到来了

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中国科学院院士、北斗系统副总设计师杨袁熙在北斗年会上表示，如果没有pnt系统的三维空间和工具,“物联网”的一切都有可能成为“中国的空城堡”。这是一个应该引起重视并采取行动的观点。

Pnt系统是由定位、导航和计时组成的时间空系统，是我们在众多信息中准确描述时间和空的关键技术。以大数据为例，其挖掘和利用依赖于定位、导航和定时来发现线索、发现规则和提供决策，否则就是一堆“混沌数据”和“杂数据”。

目前，公共pnt信息由全球卫星导航系统提供。然而，无论是美国的gps，欧洲的伽利略，俄国的GLONASS，还是中国的北斗，都有一个天然的“弱点”，即“信号弱，穿透力差，容易被欺骗和干扰”。

因此，有必要通过多种手段在时间空领域建立一个全面的pnt系统。北斗透露，未来中国计划加快建设以北斗系统为核心的国家综合pnt系统，力争在2030年前后建成基准统一、覆盖无缝、安全可靠、高效便捷的国家综合pnt系统。

在杨元熙看来，pnt可能的信息源包括地基无线电、重力匹配导航、磁匹配导航、天文导航，甚至量子导航等。，除了包括北斗系统在内的高、低轨道天基无线电。

pnt的发展有四个方向

综合pnt系统的建设将迎来2020年的关键时刻。

当时，中国北斗系统的35颗卫星已经全部发射，北斗二号进入全球范围的全面运行。北斗三号将开始考虑，美国gp3也将投入使用；中国5g通信网已进入全面建设和运营阶段；互联网加、大数据和物联网已经进入蓬勃发展时期。基于这些基本条件，中国将迎来一个以互联网为代表的智能制造、以自主驾驶为特征的汽车网络化和以大数据为代表的智能服务等大量应用的新时代。这些应用需求将有力地推动网络pnt系统的快速升级和发展。

根据应用需求，以北斗系统为核心的网络pnt系统建设将有四大方向:

一是提高时钟精度。人类活动离不开对时间信号的依赖。随着对信息和距离需求的增加，时间信号的准确度也在提高。未来，当我们进入物联网时代，因为事物没有智慧，我们对时间信号会有更高的要求。

卫星信号传输是时间信号的主要手段。熟悉全球定位系统的人都知道，卫星导航实际上是通过测量卫星和地面站之间的距离以及确定它们之间的时钟关系来确定卫星的位置信息。地面用户在知道卫星的位置和时间信息后，可以在同时接收到四颗卫星的导航信号后计算出自己的位置，这就是卫星导航定位的原理。

对于导航卫星本身来说，极高精度的时间系统是其核心和最关键的设备之一。一旦失去精确计时的能力，卫星就不能提供可靠的定位服务――相反，它会把问题搞得一团糟。为了解决计时精度的问题，导航卫星上通常装有高精度但重量和体积可接受的原子钟。

原子钟的概念是由美国科学家、诺贝尔奖获得者拉比于1944年首次提出的。由于早期购买外国原子钟，中国在原子钟技术和产品的研发方面落后；有了外国的技术保护，我们的产品和服务总是落后于外国，情况令人担忧。

近年来，中国改变了战略，加强了自主开发和研究。目前，星载原子钟技术取得重大突破，研制出高性能铷原子钟，使铷原子钟的稳定性从1×10-13/天提高到国际先进水平2-3×10-14/天。目前，原子钟已被选为中国第二代系统的核心部件。

第二，增加卫星数量。到2020年，中国的北斗卫星数量将达到35颗，确保在世界任何地方都能接收到4个以上的卫星信号，同时亚太地区将有意识地加强和接收更多的信号；同时，接收的卫星越多，精度越高。

第三，增加导航频率。北斗卫星将使用三个工作频率b1、b2和b3，通过接收机的相位差算法，无线电波传播变化引起的误差将进一步减小，时间和定位精度将得到提高。

四是从基础上加强制度建设。地面无线系统的建立，通过固定cors站的长期固定观测，可以减少气候变化的随机误差，进一步提高精度。建立的站点越多，区域划分越小，精度越高。

今天，随着北斗的全球导航，一些研究人员提出了一种新的区域位置编码系统，它支持识别陆地、海洋、空、天空和地下空.之间的“区域”卫星导航的本质是定位，能否提供高精度的时间空参考服务是检验其成败的标准。所谓的“北斗网格码”，也就是空大数据容器，是由北斗系统专门开发的全球区域位置识别码。

移动通信运营网络需要进一步完善和升级

为了实现综合pnt系统的发展，移动通信运营网络的同步升级是必不可少的。未来，移动通信运营网络仍需关注以下几个方面:

一是升级基站的时钟系统。基站的时钟板升级为具有b1、b2、l1和l2四频接收，并具有计算相位差的能力。时钟精度至少提高一两个数量级(接近1×10-12/天)，位置精度可达毫米级(1-10毫米)。

匹配卫星接收天线应采用多星多频测量级天线、第一代简易gps单频天线、北斗单频天线或双天线叠加的双频天线。由于其窄带特性和太大的相位中心误差，时钟和定位计算误差太大，不能满足需要，需要更换。

二是增加cors功能模块。提高多星多频综合分析运算和定点统计分析能力。cors站的精度为1-10毫米，终端离cors站越远，沉降精度越差。由于目前建设的cors站太少，沉降精度只能达到分米级。如果基站增加cors功能，终端离基站很近，定位精度可以达到厘米级。

三是在基站和终端之间建立纠错因子的释放机制。终端增加了在基站所在区域发布电波传播误差因子/校正因子的功能，使得终端能够及时获得结算所需的本地电波传播参数，终端的结算精度达到厘米级(1-10厘米)。

这些任务完成后，真正的物联网、车联网和高速数据传输就可以进入实用阶段，丰富多彩的应用也将随之产生。例如，在这些升级之后，基站位置的自定位测量可以达到毫米级；车载终端的位置达到厘米级。现在gps单频定位精度是10-40米(民用)和1-10米(军用)；北斗单频是一样的；如果采用多频差分沉降，定位精度为1-10m(民用)，1-5m(军用)。

如果车载终端的定位精度达到10厘米，通过将车辆图像输入接收器并匹配电子地图，将更容易自动驾驶。

拓展中国发展的机遇空厅

受科技和经济实力的限制，世界上只有少数发达国家将pnt系统的建设作为国家战略提出来。中国加快建设以北斗系统为核心的网络pnt系统，这将有效拓展中国的发展机遇。

今年年初，洛克希德？马丁航天系统公司(简称洛克希德·马丁航天系统公司)宣布，美国/美国/陆军的下一代导航、定位和定时卫星gps-3卫星，经历了长时间的延迟，已经通过了关键测试，并成功完成了“雷真/美国/R”

洛克希德·马丁航天系统公司是gps-3项目的主要承包商，计划建造8颗gps-3卫星。此外，还可以选择建造多达4颗卫星。美国空陆军已经向美国国会表示，它预计将至少再制造两颗卫星。

美国空陆军目前正处于竞标下一批gps-3卫星合同的早期阶段。第11颗gps-3卫星是这批卫星中的第一颗。美国/美国/陆军预计不会在2017年前发射第一颗gps-3卫星。

美国已经从gps1.0升级到gps2.0。目前，还不知道如何处理和操作各代之间的兼容性。对普通用户的影响是可以接受的；武器系统、通信系统和动力系统等重要系统的影响需要进一步观察和评估。

2020年后，中国应尽快采取以北斗为主、gps为辅的安全战略，以有效规避gps可能带来的战略风险。

这涉及到北斗和全球定位系统在同一舞台上的竞争。众所周知，全球定位系统大致提供三类服务:美国本身；美国的盟友；其他国家。中国属于其他国家，只能享受三等服务。

在不友好的环境下，全球定位系统会降低某些地区的数据精度，干扰某些地区的全球定位系统信号，产生盲点，关闭某些功能，从而瘫痪第二类和第三类用户的一些战略设备、重要设施或网络，为国家战略服务。

2020年后，随着我国综合pnt系统的建设，我国不应再担心gps应用于军事、电力、通信等重要国家战略安全产业的安全问题，有效解除gps对我国的战略遏制和欺诈，极大提升国家危机应对能力和国家战略生存能力。

此外，由于形成了独立的ptn系统，对国外pnt低等级服务的限制将会解除，中国战略性产业的装备能力也将会大大提高。在5g通信、物联网、大数据、海洋导航等诸多领域，更便于进行高端创新，实现产业升级和超越，从跟风走向平等竞争，甚至在全球高科技产业中超越和领先。

(作者是Xi安盛嘉和科技有限公司总工程师)