北斗はネットワーク化後何をするのでしょうか? PNTシステムはあなたを空、地面、そして海へ連れて行きます

パート1

北斗だけで十分ではないですか？ PNTとは何ですか?

2020年7月31日、北斗全地球測位衛星システム（BD-3）が正式に打ち上げられ、我が国は完全に自律的かつ制御可能な機能を備えた時空参照施設を構築したことになります。

北斗衛星ナビゲーションシステムは強力ではあるが、他の衛星ナビゲーションシステム（米国のGPSなど）と同様に、無線信号の着陸力が弱い、屋内や水中空間には不向きなどの問題も避けられない。これでは、さまざまなユーザーの時空情報に対するニーズに十分対応できず、時空情報サービスを全面的にカバーすることはできません。そこで、PNT（ナビゲーション、ポジショニング、タイミング）システムの概念が生まれました。

PNT は、測位、ナビゲーション、タイミングシステムの略語です。陸・海・空・宇宙を統合した巨大システムプロジェクトです。全地球衛星航法システムがその主要構成要素です。 PNT システムは、全地球衛星ナビゲーションシステムのさらなる改良と深化でもあります。

PNT は、複数の技術手段を統合したシステムエンジニアリングプロジェクトです。その概念は、2004年に米国が発行した報告書「国家宇宙ベースの測位、ナビゲーションおよびタイミング政策」で初めて提案されました。この報告書では、時空参照サービスの重要性が詳細に説明され、GPSに存在する問題が分析され、PNTが国家戦略の地位にまで高められています。この時点で、PNT の概念は米国の公的機関では GPS に取って代わりました。

関連報道によると、わが国も北斗システムを中核とする国家総合PNTシステムの構築を加速している。我が国の目標は、安全で信頼性が高く、パフォーマンスに優れ、どこにでも存在する、遍在的な時空間インフラストラクチャを提供することです。 PNTシステムの構築により、国の時空情報サービス能力が大幅に向上し、世界中のユーザーに優れたサービスを提供し、真に「中国の北斗、世界の北斗」を実現することができます。

図1. 米国のPNTアーキテクチャの設計

（画像出典：米国PNT開発報告書）

図2 米国PNTアーキテクチャの範囲

（画像出典：著者自作）

パート2

PNTシステムの360°保護

北斗衛星ナビゲーションシステムは、設立以来、ほぼ毎日、一般の人々に時空情報サービスを提供してきました。実際、人間の生産や生活は、ほぼ毎日、時間と空間の情報を扱っています。関連する研究統計によると、人間の情報インタラクションの約 80% は PNT (ナビゲーション、ポジショニング、タイミング) に関連しています。

たとえば、私たちが日常生活で使用している一部の地図アプリのナビゲーション機能は、衛星ナビゲーションシステム（Beidou または GPS）によって提供されるサービスです。 WeChat は、位置情報の共有を可能にするために衛星ナビゲーションシステムの測位サービスを使用します。シェアサイクルもドッキングに位置情報サービス機能を使用します。電力業界や金融業界では、ネットワークシステム全体の時間の同期が必要であり、北斗の正確なタイミング機能を使用しています。

薪、米、油、塩といった日々の生活に加え、人類は星や海を追い求めることを決してやめませんでした。将来、人間の活動は陸上に限定されなくなるかもしれません。青い深海と広大な深宇宙が人類の探査のターゲットとなる。同時に、アプリケーションの多様化に伴い、さまざまな複雑な環境における時空間情報の正確性と信頼性に対するユーザーの要求はますます高まり、衛星ナビゲーションシステムの欠点が明らかになり始めています。衛星ナビゲーションシステムで完了できないタスクについては、関連する探査を積極的に実行する必要があります。これはPNTシステム研究の出発点でもあります。

PNT システムの最大の特徴は、屋内エリアのシームレスな水平カバレッジ、水中および深宇宙への垂直拡張、そして複雑な環境でも高精度で継続的かつ安定した時空間情報サービスを提供できることです。

PNT システムは、宇宙ベース、空中ベース、陸上ベースなどの各種ナビゲーションリソースを統合し、陸、空中、宇宙、水中、屋内、屋外全体をカバーする高精度の統合時空サービスシステムを形成します。 PNT システムは、それをサポートするさまざまな情報技術に依存しています。これは、国家の時空ベンチマークを確立、維持、および送信する責任を負う国家情報インフラストラクチャです。時空間情報の放送および取得。測位、ナビゲーション、タイミングのサービスを提供します。国家的にも重要なツールです！

図3 PNTアーキテクチャ全体の概略図

（画像出典：著者自作）

パート3

未来が到来した。空、大地、そして海を探検するのはもはや夢ではありません。

現在、中国は神舟有人宇宙飛行、嫦娥月探査、蛟龍深海潜水といった輝かしい成果を達成しました。我が国は、空に向かっても、海に向かっても、未知の世界への探究をより深く、より遠く、より着実に進めていきたいと考えています。目的地を知ることは、私たちが来た道を理解するのに役立つだけでなく、PNT が道中私たちを導くこともできます。

我が国は、次世代国家総合PNTシステムの構築という戦略概念を提案し始め、国家総合PNTシステムの実証作業を実施してきました。

では、PNT システムにはどのような主要技術が関係しているのでしょうか?

まず、北斗衛星ナビゲーションシステムは、我が国が独自に構築した世界規模のシステムであり、我が国のPNTシステムの礎であり主体であることは間違いありません。同時に、パルサー航法、低軌道衛星強化技術、屋内測位技術、地上・空中強化技術などの深宇宙航行技術の開発も必要です。水中部分には、ソナー、重力マッチング、慣性航法などの技術のサポートも必要です。上記のテクノロジーのサポートにより、組み合わせ、融合、ネットワーク化の方法を通じて、地上、水中、さらには深宇宙のニーズを満たすナビゲーション、測位、タイミングサービスを構築できます。

図4 北斗衛星ナビゲーションシステム

（画像出典：北斗衛星ナビゲーションシステム公式サイト）

現在、我が国の北斗システムは屋外ナビゲーションと測位サービスの問題を解決しました。将来的には、総合的なPNTシステムの構築により、屋内外のナビゲーションと測位サービスをシームレスにカバーし、陸海空の統合された時空情報サービスを真に実現します。空でも海でもPNTがあなたをエスコートします。

参考文献:

[1]謝軍、劉清軍、ビアン・ラン。北斗システムに基づく国家統合測位・航法・タイミング（PNT）システムの開発コンセプト[J]。宇宙電子技術、2017年、14(5):6。

[2] 楊元熙統合PNTシステムとその主要技術[J]。 Acta Geodaetica および Cartographica Sinica、2016(5):6。

[3] 北斗衛星ナビゲーションシステムエンジニアリング副主任設計者、ラン・チェンチー氏への究極のインタビューを追求、中国規律検査監督ニュース 2020.8.1

制作：中国科学普及協会

著者: 陳偉怡

プロデューサー: 中国科学博覧会

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。

この記事は中国科学博覧会（kepubolan）に最初に掲載されました。