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GNSS和PNT的区别是什么?

2024-08-27 10:20:00  点击:
在谈论卫星定位与导航时,人们经常将GNSS与PNT互换使用——但其实这两个术语所代表的含义并不相同。随着基于位置的技术越来越深入地渗透到生活中,我们有必要了解两者之间的差异。

什么是GNSS?

首先来说说GNSS。GNSS是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)的英文缩写。在20世纪70年代,美国的全球定位系统(GPS)是唯一的全球导航卫星系统,当时的人们不需要使用任何总括性的术语对其功能进行描述。

但在多年之后的今天,地球轨道上运行的除了GPS系统以外还有其他其他三个GNSS系统:1985年投入运营的俄罗斯GLONASS系统、2014年投入运营的欧洲伽利略系统以及2018年投入运营的中国北斗三号系统。可能仍旧会有人将任何全球导航卫星系统简单称为“GPS”,但现在越来越多的人们已经开始认识到,如果想要提及这种类型的服务,GNSS才是正确的术语

不同GNSS系统的共性

虽然现存的四个GNSS系统之间存在着差异,但它们具有一些共同特征。

首先,它们所提供的基本服务是相同的。卫星广播的信号所包含的数据能够让接收器计算其位置、使其从一个航路点导航到另一个航路点以及以高精度(通常为+/-10纳秒)对事件进行时间戳记。

所有四个GNSS系统都提供免费的民用(消费者及商用)信号,同时也为政府授权的用户及敏感应用提供加密的高精度信号。无论是智能手机和健身APP还是汽车、火车、轮船、飞机和无人机,嵌入在各种设备中的接收器使用民用信号,而加密信号则用于协调国家行为并保护其关键功能领域。

变电站和手机信号塔等静态基础设施也利用GNSS信号来提供精确的定时数据,这对于跨能源网格与无线通信网络的同步操作非常重要。

每个GNSS都拥有一个由24颗以上的卫星所组成的星座,这一星座与其备用卫星都在地球中轨道(MEO)上运行,因此被称为中轨道卫星。所有这些卫星一起提供全球覆盖,从而使人们可以通过三边测量来计算位置。就中国的北斗三号而言,这些MEO卫星还得到地球静止轨道(GEO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的支持。

什么是PNT?PNT与GNSS有什么区别?

PNT是定位、导航与授时(Positioning, Navigation & Timing)的英文缩写。这一术语用于描述在所有相关应用中被设计用来实现定位、导航与授时功能的任何技术、服务或系统。

因此,GNSS只是PNT服务的其中一种——当然也可以说是最经典的PNT服务。然而,能够支持PNT的并不仅仅是GNSS系统。在当今许多PNT系统中,GNSS接收机只是一系列传感器和服务其中之一,而这些传感器和服务共同实现了自主驾驶车辆等设备所需的精密、准确、稳健并具弹性的定位服务。

非GNSS的PNT传感器与服务

能够补充并增强GNSS的PNT传感器和服务包括:

  • 星基增强系统(SBAS)、地基增强系统(GBAS)和区域导航系统:这是多种利用附加信号、数据与算法来提高GNSS定位准确度和精度的服务,其中包括印度的NavIC和欧洲的EGNOS等区域性卫星导航系统,还包括实时动态(RTK)与精密单点定位(PPP)等地面系统。
  • 惯性测量单元(IMU):别称为航位推算传感器,包括陀螺仪、加速度计和高度计等。它们提供相对定位服务,使PNT系统能够在与GNSS等全球定位系统的连接发生断开时继续计算位置。然而,这些测量单元会发生漂移,这也就意味着它们需要定期通过精确的全球定位系统进行校准。
  • 振荡器:晶体振荡器是嵌入式计时组件,可以在一定时间内保持精确时间,但如果无法定期与GNSS等精确时间源进行同步,就会发生漂移。
  • 摄像头:自主驾驶车辆使用摄像头来检测障碍物,而PNT系统会把这些数据与其他传感器的输入数据相关联,从而计算其相对于车辆的位置。
  • 激光雷达(LiDAR):与摄像头类似,LiDAR传感器可以检测车辆附近的物体,这些数据可用于计算车辆与物体之间的距离以及物体相对于车辆的位置 。
  • Wi-Fi与蜂窝网络:来自已知Wi-Fi接入点和4G/5G蜂窝网络塔的无线电信号可用于确定具备一定精度的位置。在GNSS的微弱信号通常无法穿透的室内环境中,Wi-Fi定位服务的作用尤为突出。