PNT智能服务

定位导航定时(PNT)发展的重要方向是智能PNT服务.智能PNT服务必须首先感知用户PNT服务需求,以及用户所处的相关环境,进而实现多源PNT信息智能集成、观测模型智能优化及多源PNT信息智能融合,最终实现PNT信息的智能推送.本文从PNT智能感知、智能模型、智能数据融合到智能服务各个环节论述"智能PNT"的关键技术,并分析其内涵;提出PNT信息智能集成的"可用性准则",PNT观测函数模型智能优化的"可靠性准则",PNT多源观测随机模型优化依据的"不确定性准则",多源PNT信息融合的"精确性准则",PNT服务的"高效性准则"及高动态用户的"连续性准则".分析认为,综合PNT是弹性PNT的基础,弹性PNT是智能PNT的基础,智能PNT是PNT服务的重点发展方向.     

综合PNT应用服务体系：概念框架、技术路线与应用展望

综合定位、导航与授时(positioning, navigation and timing, PNT)体系是我国数字化经济社会运行发展的重要支撑，以北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)为核心的综合PNT应用服务是我国未来时空信息领域技术与产业的发展重点.本文首先定义了“按需弹性可伸缩综合PNT应用服务体系”概念，提出了“一体白盒(软件定义节点)+统一网络(弹性可伸缩系统)+网信场图(智能运管服务)+智能博弈(复杂任务决策)”的应用服务框架，设计了“固基、强网、增效”的综合PNT应用服务技术路线，给出了“公网+专网+机动网”的综合PNT应用服务模式，并对应用前景进行了展望.未来以“北斗+低轨+5G+伪卫星+位置大数据”为核心的综合时空应用服务体系将为多层次、多领域用户提供北斗室内外泛在空间云端协同的精准位置服务，助力全社会数字化转型.     

综合PNT体系及其关键技术

综合定位、导航与授时(PNT)的核心是不过分依赖GNNS,采用一切可以应用的PNT信息源实施全空域目标定位、导航与授时服务。本文分析了综合PNT需求,论述了综合PNT的基本定义和基本概念,分析了综合PNT所涉及的信息源,论述了综合PNT关联的核心技术,包括多源PNT传感器集成技术、多源PNT的数据融合技术。强调指出,综合PNT体系的信息源必须是"基于不同物理原理的多源信息";综合PNT的运控系统应该基于云平台,实现用户志愿者共同测控;用户终端或传感器必须"深度集成、低功耗";PNT服务信息必须是"智能融合或自适应融合"。综合PNT系统应该在统一时空基准下,满足服务的可用性、精确性、可靠性、连续性和稳健性。     

微PNT与综合PNT

综合定位导航授时是后GNSS(全球卫星导航系统)发展的必然趋势。本文侧重梳理微PNT发展需求和发展现状,分析与之关联的核心关键技术,论述综合PNT与微PNT的关系。强调综合PNT需要大量基础设施投入与建设,而微PNT侧重高技术传感器的集成应用。与现有文献思路不同的是,我们认为,为了实现各类传感器PNT输出结果的坐标基准统一和时间尺度一致,微PNT应包含多模GNSS和芯片级惯性导航和芯片级原子钟等定位定时组件,微PNT强调小型化、个性化、组合化服务终端;微PNT除各PNT组件的小型化外,还包括各组件的深度集成,各类数据的自适应融合和各组件的自主标校;当然,微PNT也强调各传感器信息的时空基准的统一。     

弹性PNT基本框架

描述了弹性定位、导航授时（PNT）的基本概念,给出了弹性PNT的基本定义,以及弹性PNT与综合PNT或多源PNT的关系,指出综合PNT是弹性PNT的基础;并将弹性PNT分解成弹性终端集成、弹性函数模型和弹性随机模型;讨论了弹性PNT终端集成策略与基本准则,强调多传感器的弹性集成必须依据优化设计准则,必须确保多信息源及多传感器的兼容与互操作;给出了弹性函数模型的概念模型,论述了相应弹性函数模型调整途径;阐述了几种可能的弹性随机模型优化策略,同时指出多源PNT信息弹性随机模型的改进与优化必须参照统一的方差因子;最后给出了基于弹性函数模型和弹性随机模型的状态参数估计方式。     

综合PNT场景增强系统研究进展及发展趋势

定位导航授时（positioning navigation and timing,PNT）是国家重要战略基础设施,目前中国已经建立了完善的北斗天基增强系统、地基增强系统、低轨增强系统,室内外定位技术蓬勃发展,但声光电磁等多种定位技术手段在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）拒止环境受到诸多限制,在深空、深地、深海三深空间综合PNT依然面临许多困难。近年来,数字孪生、实景三维等战略逐渐落地,三维场景为提高综合PNT的完好性、连续性、可用性提供了新的机遇。对综合PNT场景增强国内外技术现状进行了系统梳理,总结了综合PNT场景增强系统面临的挑战,阐述了综合PNT场景增强系统建设主体、服务层次、系统架构等基本框架,展望未来中国的综合PNT体系是以北斗PNT为核心,天基增强、地基增强、低轨增强、场景增强多源信息集成的服务于全空间的综合PNT智能服务体系。     

美国国家天基PNT概况

简要介绍美国国家天基PNT推出背景、管理机构、相关政策和PNT体系结构及对GPS系统的影响和GPS的改进活动,并从PNT政策和GPS系统的安全两个角度分析了PNT的安全。     

美国PNT信息源建设进展及启示

对美国定位、导航和授时(positioning, navigation and timing, PNT)领域的相关政策和整体目标进行了梳理，重点对GPS现代化改造、GPS与低轨通信卫星融合、建设eLoran系统和自主导航项目等重要PNT信息源的建设进展、服务能力和融合应用做了具体分析和总结，表明美国已经理清了PNT体系发展脉络，相关建设已进入实质阶段，同时对我国PNT信息源未来的发展、融合和建设提出了具体建议.     

雾定位及其应用研究

全球卫星导航系统（GNSS）的发展促进了基于位置服务(LBS)的迅速普及,人们对高可靠、高可信、高精度定位、导航、授时（PNT）服务需求日益迫切．PNT是一个融合多类技术、包括多级系统的体系架构．围绕PNT服务体系优化,国内外学者相继提出了全源导航定位(All source positioning and navigation)、弹性PNT(Resilient PNT)、云定位(Cloud Positioning)等新的架构和技术体系．本文提出以具备通信、计算、存储、定位、感知等能力的异构定位资源为基础设施,通过智能管理与调度分布在不同地理位置的异构定位资源实现用户高可靠、高可信、高精度的PNT信息服务．并由此给出了雾定位(Fog Positioning)与泛源导航定位(Omnipresent Positioning and Navigation)的定义,指出雾定位的定义由分布式计算架构演化而来,强调构成PNT服务体系的架构;而泛源导航定位的概念是从定位技术的发展演化而来,强调利用可获取的泛在导航定位数据源进行协同融合处理,实现泛在定位的能力．在此基础上,通过与云定位比较,指出雾定位是云定位向用户端的延伸,是定位资源的泛在化实现,同时雾是一种动态的、弹性的云,因此雾定位是一种具备“弹性”性能的PNT架构．而泛在定位是PNT信息服务发展重要目标,雾定位给出了实现这一目标的潜在手段,即泛源导航定位．最后,结合城市环境、室内环境等复杂场景,研究了雾定位／泛源导航定位的基本服务模式．      

智能时代泛在测绘的再思考

本文首先给出泛在测绘的定义和内涵,然后将传统测绘与泛在测绘进行了比较分析,指出由于互联网实现了人与人的信息便捷交互,互联网时代的泛在测绘最显著的推动力就是为满足人与社会及人与环境的多种需求,人本身也成为了测绘的对象。同时,对环境变化的动态感知,对人与环境关系的感知、认知和相应服务成了泛在测绘的重点特色要素。本文还指出互联网因其位置的虚拟性和网络时间标准过低,无法满足对物理世界协同感知和远程广域协同管控的需求,因此互联网、物联网必须向具有精准时空位置感知能力的泛在网演进。文章论述了“泛在网”随着互联网和物联网的演进,是具有“无时不有,无所不在”时空特性的感知网络,并且随着需求的扩展,正演进出“无所不包,无所不能”的智能化需求态势。目前,只有包括北斗在内的全球卫星导航系统,即GNSS技术,能够赋予泛在网在广域和全球范围内具有时空位置感知和管控的能力。在泛在网的支持下,泛在测绘正在发展以实时精准时空感控为特征,以实现陆海天空网一体化、室内外一体化,并实现人与物理世界及虚拟网络世界交互的感知、探测、认知和调控。由此,泛在网也成为智能时代的关键信息基础设施。为了理解智能时代泛在测绘的需求,文章从自然智能及时空位置观出发,对于智能、智慧和人工智能的定义做了新的梳理。针对智能时代人工智能中跨界融合、人机协同、群智开放和自主操控4个热点研究方向及其在军事、工程、实时高精地图及地震预警等的应用,论述了泛在测绘在其中所发挥的基础性、关键性和协同性作用。本文最后还展望了网络虚拟世界的泛在测绘、数字孪生虚拟人的构建及国家安全“制时空权”等智能时代泛在测绘的新领域发展趋势。     

片上时空系统及综合时空网管发展分析

针对面向泛在导航与位置服务的综合时空体系建设,各国都在探讨各类导航定位方式对卫星导航的补充和丰富,片上时空器件是其中一个重要的发展方向.通过分析万物互联时代的技术和应用发展趋势,提出了片上时空系统的概念,分析了其作为实现泛在时空服务的重要手段,将会随着大规模集成电路的不断发展在功能和集成度上快速提升,并且由于与物联网芯片天然的良好集成能力,拥有很大的市场需求,提出了发展综合时空体系网管系统支持片上时空系统信号融合集成以实现高性能,并提出了今后工作建议:应当加紧对微机电系统(MEMS)与高精度惯导融合、定位网络综合管理系统支持、多信号片上融合的研发,早日实现市场供给.     

PNT体系结构之 PN T与通信的融合研究

针对当前导航与通信的发展状况,介绍了美国 PN T 架构体系实现策略中的“PN T与通信的融合”向量的含义及结构体系转型计划中关于此向量的实施计划,详细分析了当前的多种PN T与通信融合技术的发展现状以及未来的发展趋势。     

北斗与高分融合的数字孪生地球

本文阐述了数字孪生地球的起源、概念、构建和发展,重点探讨了北斗、高分、数字孪生与数字地球的融合. 基于通信和计算机等共性信息基础设施,将数字孪生地球的构建分为6个步骤:全链可信时空、全息精准映射、实时泛在感知、多模数据融合、单体时空智慧和全域共智共治. 针对时空大数据从采集到应用都具有分布式特点,提出了利用“北斗+区块链”技术解决业务协作中的信任问题. 指出了高分实现虚实地球间的全息镜像,北斗作为高分产品传递时空基准,实现了虚实地球间的精准映射;另外,北斗和高分也是实现时空态势感知的主要技术. 针对海量时空大数据对数据操作和融合带来的挑战,指出了北斗网格位置码是更有效的数据组织模式. 介绍了利用时空大数据驱动人工智能(AI)和模拟仿真,可为规划、设计和决策提供最优方案. 分析了单体智慧的存在重复建设和资源浪费等问题,指出了数字孪生地球是跨界融合各种异构单体智慧,实现全域共智共治的时空底座.      

自然资源时空信息的技术内涵与研究方向

用时空信息说话,在三维空间研判,凭科学事实决策,既是提升自然资源管理水平、建设现代化治理体系的主要举措,也是测绘科技界面临的一项艰巨挑战。为此,应加强时空信息的技术创新,促进其与自然资源业务的深度融合,构建新一代的自然资源时空信息技术体系,提供高质量的时空信息、开展高层次时空分析和实施高水平的时空赋能。本文分析了自然资源管理对时空信息的主体技术需求,讨论了自然资源时空信息的技术内涵,提出了以“全面动态感知、系统精准认知、全域智慧管控”为主线的总体发展思路,展望了今后的研究方向。     

通导遥一体化深远海PNT基准及服务网络构想

从海底控制网设计、布设、测量、数据处理和海洋声速场构建几个方面介绍了海底控制网建设的现状。结合国家海洋战略需求和海洋大地测量技术发展,分析了现阶段海底控制网建设面临的问题:认为目前的海底网规模小,缺乏信息共享,功能单一;设计与布设原则未与控制网等级关联,多为定性描述,缺乏操作性;声速场精度和分辨率偏低;测量和数据处理仅考虑了海底控制点的定位问题,难以满足大区域、高精度海洋PNT（positioning, navigation, and timing）基准网建设需求。据此,利用海洋声道的远程通讯和测距定位能力,提出了建设联合北斗/GNSS（global navigation satellite system）定位和通信导航功能的通导遥一体化深远海PNT基准及服务网络的构想,针对该网络的功能和布放设计、高精度、高分辨率海洋声速场模型的构建、各类PNT基准点的测量和整体网平差处理、海底PNT基准点的自校准和自维护、覆盖水域的位置增强服务、目标和环境的遥测和感知服务等几个关键技术问题,提出了实施方法和设想,以期解决当前海洋控制网大区域建设面临的缺乏通讯、布网原则和测量方法不完善、功能单一等问题,为新一代高性能海洋大地测量及PNT导航定位服务网络的建设提供支撑。认为随着长距离布网优化设计、增强位置服务、精确授时和时间同步、远程通讯及网络功能的拓展和应用服务等难题的突破,所构想的网络体系必将引起海洋PNT建设的一次变革。