Что такое система навигации beidou. BeiDou: что это в смартфоне? Наземный комплекс управления Beidou

В последние годы страны Азии активизировали деятельность по космическим разработкам. Особенно успешны в этом Китай, Индия и Япония. О достижениях этих стран, об их соперничестве в космосе сайт рассказывает старший научный сотрудник Центра экономических исследований Российского института стратегических исследований Ирина Прокопенкова.

Азия рвётся в космос

— Ирина, космонавтика перестала быть страшно закрытой сферой в связи с тем, что сейчас развивается международная кооперация?

— Отчасти, да. В целом произошли очень серьезные изменения, начиная с 1990-х годов. После этапа космической гонки периода холодной войны пошло насыщение космонавтики, замедлились темпы развития в странах-лидерах — Европе, США, и произошел пересмотр приоритетов, стратегий развития. И больше переключились на коммерциализацию космической деятельности, на развитие прикладных систем, которые дают отдачу и позволяют получить прибыль. Это коммерческие системы телекоммуникаций, дистанционного зондирования.

И в последние годы эта тенденция наложилась на циклический спад на рынке коммерческих космических спутников и совпала с мировой экономической рецессией. Поэтому произошла определенная стабилизация государственного финансирования.

Последние 5 лет мировые затраты на космические программы на уровне 70 миллиардов долларов так и остаются - и не растут. С другой стороны, наблюдается активизация второстепенных космических держав. И это не только Китай, Индия, Япония, которые у всех на слуху, но и, что примечательно, развивающиеся страны, причем в основном азиатские.

За 10 лет их число удвоилось, хотя каждый из них вкладывает очень незначительные средства в космос, но в целом затраты в два раза увеличились за последние десятилетия, сейчас они в совокупности оцениваются в 7 млрд долларов.

— А почему это для них так важно? У них же есть какие-то более насущные экономические проблемы?

— Руководство этих стран и рассматривает космонавтику как способ решить социально-экономические задачи, насущные проблемы, которые стоят перед этими странами. Например, для организации рационального природопользования, для мониторинга природных стихийных бедствий, для обеспечения связи в труднодоступных районах.

И этому способствовало также то, что в последние годы произошел прорыв в технологиях малых космических аппаратов. Они стали меньше, легче, дешевле, и при этом позволяют решать задачи на достаточно приличном уровне, что для этих небогатых стран снизило порог входа в космическую деятельность.

То есть они себе могут позволить заказать или даже изготовить, если у них есть соответствующие ресурсы, собственный спутник. Им не нужно сверхвысокое разрешение, как для США, России, Китая, которые решают военные задачи с помощью спутников.

Плюс, в стране, которая может запустить сама в космос спутник, это предполагает наличие очень серьезной промышленности и смежных отраслей. Потому что ракета — очень сложное изделие, в ней несколько тысяч деталей, все это требует очень высокой точности, очень большого объема испытаний. Потому что техника очень ответственная, уникальная.

— А скажите, страна, чтобы перейти в пул космических держав, обязательно должна иметь собственную ракету, запустить ее в космос, или сейчас можно как-то пристроиться к этому пулу, получить статус космической державы, как вы говорите, на работе с этими малыми космическими аппаратами.

— Тут надо прояснить, потому что само понятие космической державы немного неофициальное. Есть формальное наименование "Большой космический клуб". Это как раз включает страны, которые сами, собственными силами запустили в космос спутник. Таких стран сейчас в мире 11. Помимо известных России, США, Европы, это Китай, Индия, Япония и еще три азиатские страны, которые этот статус получили буквально в последние пять лет: Иран в 2009 году, Северная Корея и Южная Корея в 2012 и 2013 годах.

— А какой характер имеет нынешняя международная кооперация? Можно ли сказать, что такие азиатские сраны, как Индия и Китай, развили свою космическую промышленность во многом благодаря тому, что США перенесли в эти страны свои производства?

— Не совсем так. То есть, конечно, и для Индии, и для Китая, и для Японии был ключевым фактор именно по заимствованию зарубежных технологий. Для Индии и Китая — российские прежде всего, для Японии — американские. Но на современном этапе в космической отрасли очень взвешенно и осторожно подходят к вопросам сотрудничества. Штаты имеют законодательное ограничение вообще на любую кооперацию с Китаем в сфере космоса. Этот закон был принят в 2011 году.

— А в чем тогда заключается эта кооперация?

— Получается, что на данный момент США с Китаем в космосе не сотрудничают вообще. Хотя до 1999 года американские компании спутниковых услуг активно сотрудничали с Китаем, они запускали спутники на китайских ракетах. Но потом, после 1999 года, это было приостановлено. Был большой скандал из-за того, что произошла утечка технологий в Китай.

Но Европа, несмотря на то, что есть эмбарго, не обрывала контакты с Китаем, продолжала сотрудничество по научным проектам. Примечательно, что как раз в прошлом году Европейское космическое агентство впервые в своей стратегии космической деятельности объявило Китай стратегическим партнером.

— Как далеко азиатские страны продвигаются в части собственных технологических, научных разработок? То есть насколько они работают на опережение? Мало же догнать.

— Как раз у них один из столпов космической стратегии — развитие собственных инноваций, собственного космического потенциала. Они очень далеко продвинулись на этом пути. То есть за 10 лет произошел просто колоссальный рывок.

Сейчас Китай, например, входит в число трех стран мира, который занимается пилотируемыми проектами. Учитывая, что "Шаттл" не летает, фактически только Китай и Россия могут запустить человека в космос в настоящий момент.

И, как ожидается, ближайшие 5 лет для Китая должны стать решающим этапом, должны быть реализованы три важнейших проекта — это развертывание собственной глобальной навигационной спутниковой системы к 2020 году, создание орбитальной космической станции и изучение Луны автоматическими космическими аппаратами. У нас в этом году должна быть мягкая посадка на Луну станции, которая доставит на землю лунный грунт.

— Если Штаты наложили на Китай эмбарго, Россия может этим воспользоваться и теснее работать с Китаем в космической отрасли?

— У нас как раз сотрудничество не прерывалось. Мы сотрудничали и с Индией, и с Китаем. И с той, и с другой страной у нас тесные связи. Достаточно посмотреть на китайский космический пилотируемый корабль "Шэньчжоу-5", поставить рядом наш "Союз" — сразу все понятно.

Китай, несомненно, очень много взял нашего опыта. И после введения санкций против России, конечно, это направление приобретает особую актуальность для России, развитие сотрудничества именно с Индией и Китаем.

— Благодаря чему Индии и Китаю удается делать масштабные инвестиции в космос? Создаются какие-то особые условия, привлекаются ли частные инвестиции? Отличается ли модель привлечения частных инвестиций у Штатов, России и азиатских стран?

— Азиатские страны, на самом деле, очень сильно отличаются и от Штатов, и друг от друга. В Китае, например, вся космическая промышленность — в руках государственных корпораций. Там существует две огромные государственные корпорации, которые иногда конкурируют по отдельным направлениям, и каждый имеет свою специализацию.

Но Китай очень активно изучает и использует опыт США. То есть отдельные подразделения этих корпорации, хотя они числятся государственными, акционируются, их акции торгуются на биржах, и Китай ставит себе цель в итоге создать передовую космическую промышленность на мировом уровне.

То есть, как раз эти две корпорации, которые будут сопоставимы с Lockheed или Boeing. В Индии немножко по-другому. В отличие от Китая индийская космическая промышленность очень ограничена по масштабам, и фактически вся космическая техника сейчас производится даже не на предприятиях, а силами индийской Организации космических исследований.

— Китай, Япония, Индия, в частности, все-таки на политической арене выступают немножко конкурентами друг другу. Это как-то сказывается на региональной кооперации космической стран азиатского региона?

— Несомненно. То есть, между этими странами взаимодействия нет. Но между ними существует конкуренция на региональном уровне за влияние на страны-соседи. То есть, с 2008 года в регионе действует параллельно две организации по содружеству в сфере космоса. Одна под эгидой Китая, другая под эгидой Японии. И это направление для Китая, Японии, Индии очень важно. Это для них средство проецировать свое влияние на соседей по региону через космические технологии.

— А локальные связи в регионе между кем и кем строятся?

— Китай учредил Азиатско-Тихоокеанскую программу по сотрудничеству в сфере космоса. Туда, помимо Китая, входят Бангладеш, Индонезия, Иран, Монголия, Пакистан, Перу, Таиланд и Турция. Кроме Китая в этой организации у остальных стран очень умеренные возможности в сфере космоса. То есть Китай себя как несомненного лидера позиционирует.

И сейчас каждая из этих стран хочет возглавить нарождающийся тренд в формировании нового космического центра в Азии, каждый хочет стать лидером этого процесса.

— А статус лидера какие дивиденды дает?

— Выход на мировой рынок, на региональный рынок. Потому что Китай, например, создает свою навигационную спутниковую систему, она сейчас уже в регионе предоставляет услуги, и к 2020 году Китай планирует занять очень значительную нишу на рынке навигационных спутниковых систем. В первую очередь в регионе.

Но все-таки космическая промышленность азиатских стран очень зависима от США и Европы. Передача технологии экономит миллиарды долларов, десятки миллиардов, но США всячески препятствуют передаче. Если она как-то и происходит, то как-то опосредованно.

И поскольку США оборвали сотрудничество с Китаем, что Китай, что Индия опираются на свои силы, но по части электронных компонентов они зависят от США. В 2013 году министерство торговли Китая опубликовало данные, что объем импорта радиоэлектронных компонентов уступает только импорту нефти. То есть это вторая позиция.

— Я как раз и хотела спросить, насколько они зависимы?

— От США все зависят, даже Европа.

— А можете рассказать о каких-то совместных космических проектах России с азиатскими странами?

— У нас сейчас наиболее активно будет развиваться сотрудничество по серии навигационных спутниковых систем между нашей системой ГЛОНАСС и китайской системой Beidou. Интеграция стандартов, интеграция систем.

Также на российской территории будут строиться станции для коррекции системы Beidou, а в Китае будут размещаться станции для повышения точности сигналов ГЛОНАСС. Плюс, у нас уже создана система Р-ГЛОНАСС — система экстренного реагирования при авариях на базе ГЛОНАССа.

Китай этим опытом заинтересовался, он сейчас хочет построить свою систему на базе Beidou, но достигнута договоренность стандарты объединить.

Поскольку мы сотрудничаем еще в рамках ШОС и БРИКС, сейчас Китай очень развивает проект "Экономический поиск Шелкового пути", очень важное место занимает развитие транспортной инфраструктуры. И вот как раз здесь эти системы могут играть большое значение в отслеживании транспортных потоков, управлении транспортными потоками.

Лекция по анатомии мобильных устройст в. Навигация (GPS, ГЛОНАСС и др.) в смартфонах и планшетах. Источники ошибок. Методы тестирования.

Еще совсем недавно в торговых сетях можно было купить устройства под названием "Навигаторы". Главная функция этих устройств полностью соответствовала их названию, и выполняли они её, как правило, хорошо.

В то время в мире практически единственной нормально работающей системой навигации была американская GPS (Global Positioning System), и её хватало на все потребности. Собственно, слова "навигация" (навигатор) и GPS были в то время синонимами.

Всё изменилось, когда производители КПК (карманных компьютеров), а затем смартфонов и планшетов, стали встраивать в свои устройства поддержку навигации. Физически она реализовывалась в виде встроенных приемников навигационных сигналов. Иногда поддержку навигации можно было найти даже в кнопочных телефонах.

С этого момента всё изменилось. Навигаторы, как отдельные устройства, почти исчезли и из производства, и из продажи. Потребители в массовом порядке перешли на использование смартфонов и планшетов в качестве навигаторов.
Тем временем были успешно запущены в эксплуатацию еще две системы навигации - российская ГЛОНАСС и китайская Beidou (Бэйдоу, BDS).

Но это не значит, что в качестве навигации что-то стало лучше. Функция навигации в этих устройствах (смартфонах и планшетах) стала уже не основной, а одной из многих.

В результате многие пользователи стали замечать, что для целей навигации не все смартфоны "одинаково полезны".

Вот здесь мы и подходим к проблеме определения источников ошибок в навигации, включая вопрос и о роли недобросовестности производителей устройств в этом вопросе. Печально, но факт.

Но прежде чем винить производителей во всех грехах, разберемся сначала с источниками ошибок в навигации. Ибо производители, как мы выясним далее, виноваты не во всех грехах, а только в половине. :)

Ошибки в навигации можно разделить на два основных класса: вызванные внешними относительно устройства навигации причинами, и внутренними.

Начнем с внешних причин . Они возникают, в основном, из-за неравномерности атмосферы и естественной технической погрешности средств измерений.

Их примерный вклад таков:

Преломление сигнала в ионосфере ± 5 метров;
- Колебания орбиты спутника ± 2.5 метра;
- Ошибка часов спутника ± 2 метра;
- Неравномерность тропосферы ± 0.5 метра;
- Влияние отражений от предметов ± 1 метр;
- Погрешности измерения в приемнике ± 1 метр.

Эти погрешности имеют случайный знак и направление, поэтому итоговая погрешность рассчитывается в соответствии с теорией вероятностей как корень из суммы квадратов и составляет 6.12 метра. Это не значит, что погрешность всегда будет такой. Она зависит от количества видимых спутников, их взаимного расположения, а наиболее всего - от уровня отражений от окружающих предметов и влияния препятствий на ослабление сигналов спутников. В результате погрешность может быть как выше, так и ниже приведенной "усредненной" величины.

Ослабление сигналов от спутников может наступать, например, в следующих случаях:
- при нахождении внутри помещения;
- при нахождении между близко расположенными высокими объектами (между высотными зданиями, в узком горном ущелье и т.п.);
- при нахождении в лесу. Как показывает опыт, плотный высокий лес может значительно затруднять навигацию.

Эти проблемы связаны с тем, что высокочастотные радиосигналы распространяются подобно свету – то есть только в пределах прямой видимости.

Иногда навигация, пусть и с ошибками, может работать и на отраженных от препятствий сигналах; но при многократном переотражении они становятся настолько слабыми, что навигация с ними работать перестает.

Теперь переходим к "внутренним" причинам ошибок в навигации; т.е. которые создаются самим смартфоном или планшетом.

Собственно, проблем здесь только две. Во-первых, слабая чувствительность навигационного приемника (или проблемы с антенной); во-вторых, «кривой» софт смартфона или планшета.

Перед рассмотрением конкретных примеров поговорим о способах проверки качества навигации.

Методы тестирования навигации .

1. Тестирование навигации в «статике» (при неподвижном положении смартфона/планшета).

Такая проверка позволяет определить следующие параметры:
- скорость первоначального определения координат при «холодном старте» (засекается по часам);
- список навигационных систем, с которыми работает данный смартфон/планшет (GPS, ГЛОНАСС и т.д.);
- расчетную точность определения координат;
- скорость определения координат при «горячем старте».

Эти параметры можно определить как с помощью обычных навигационных программ, так и с помощью специальных тестовых программ (что удобнее).

Правила тестирования в «статике» очень просты: тестирование должно делаться на открытом пространстве (широкая улица, площадь, поле и т.п.) и при отключенном интернете . При нарушении последнего требования время «холодного старта» может значительно ускориться за счет прямого скачивания орбит спутников из интернета (A-GPS, assisted GPS) вместо их определения по сигналам с самих спутников; но уже будет «не честно», поскольку это уже не будет чистая работа самой системы навигации.

Рассмотрим пример работы программы тестирования навигации AndroiTS (существуют и аналоги):

(кликнуть для увеличения)

На только что представленной картинке видно, что смартфон работает с тремя навигационными системами: американской GPS, российской ГЛОНАСС и китайскойBeidou (BDS ).

В нижней части скриншота видны успешно определенные координаты текущего места. Величина одного градуса по широте – примерно 100 км, соответственно, цена единицы младшего разряда – 10 см.

Величина одного градуса по долготе – разная для разного географического положения. На экваторе она тоже составляет около 100 км, а вблизи полюсов уменьшается до 0 (у полюсов меридианы сближаются).

Справа от колонки с обозначением государственной принадлежности спутников идет колонка с номерами спутников. Эти номера к ним жестко привязаны и не меняются.

Далее идут колонки с цветными столбиками. Величина столбиков означает уровень сигнала, а цвет - их использование системой навигации или не использование. Неиспользуемые спутники обозначены серыми столбиками. Цвет используемых зависит от их уровня сигнала.

Следующая колонка - это тоже уровень сигнала от навигационных спутников, но уже в цифрах ("условных единицах").

Затем идет колонка с зелеными галочками и красными прочерками - это повтор информации о том, используется спутник или нет.

В верхней строке словом "ON" обозначен статус состояния навигации; в данном случае это означает, что в настройках смартфона разрешено определение координат и они определены. Если же там указан статус "WAIT" , то определение координат разрешено, но необходимое количество спутников еще не найдено. Статус "OFF" означает, что в настройках смартфона определение координат запрещено.

Затем кружочком с концентрическими окружностями и цифрой 5 обозначена расчетная точность определения координат в данный момент - 5 м. Эта величина рассчитывается, исходя из количества и "качества" используемых спутников и предполагает, что обработка данных от спутников в смартфоне делается без ошибок; но, как увидим далее, это не всегда так.

По мере движения спутников все эти данные должны меняться, но координаты (в нижней строке) должны меняться незначительно.

К сожалению, данное приложение не показывает время, затраченное на первоначальное определение координат ("холодный старт"), да и другие подобные приложения - тоже. Это время надо "засекать" вручную. Если время «холодного старта» составило менее минуты, то это – отличный результат; до 5 минут – хороший; до 15 минут – средний; более 15 минут – плохой.

Для определения скорости «горячего старта» достаточно выйти из программы тестирования и через несколько минут снова зайти. Как правило, за время запуска тестовой программы она успевает определить координаты и сразу же предъявляет их пользователю. Если же задержка с предъявлением координат при «горячем старте» превышает 10 секунд, то это уже подозрительно долго.

Эффект быстрого определения координат при «горячем старте» связан с тем, что система навигации запоминает последние вычисленные орбиты спутников и ей не надо заново их определять.

Итак, с тестированием навигации в «статике» разобрались.

Переходим ко 2-ому пункту тестирования навигации - в движении.

Главное предназначение навигации – привести нас в правильное место в процессе движения, и без проверки в движении тест был бы неполным.

В процессе движения с точки зрения навигации существуют три типа местности: открытая местность, городская застройка и лес.

Открытая местность – это идеальные условия навигации, здесь проблем нет (разве только у совсем "отстойных" устройств).

Городская застройка в большинстве случаев характеризуется наличием высокого уровня отражений и небольшим снижением уровня сигнала.

Лес «работает» наоборот – существенное ослабление сигнала и небольшой уровень отражений.

Для начала посмотрим на образец почти "идеального" трека:

На картинке изображены два трека: туда/обратно (так будет и далее почти на всех картинках). Такие картинки позволяют сделать достоверный вывод о качестве навигации, так как можно сличить два почти одинаковых трека между собой и с дорогой. На этой картинке всё хорошо – колебания трека находятся в пределах естественной погрешности. В верхней части адекватно прорисован проезд по разные стороны кольцевого перекрестка. В некоторых местах заметно расхождение между треками, вызванное, вероятно, отражениями сигнала от водной поверхности и от металлических конструкций моста через реку. А в некоторых - почти идеальное совпадение.

Теперь разберем несколько типовых случаев "проблемных" треков.

Посмотрим на трек GPS смартфона, на который повлияло снижения уровня сигнала в высоком лесу:

Расхождение треков друг с другом и с дорогой заметное, но далеко не катастрофическое. В данном случае точность навигации в смартфоне снизилась в пределах "естественной убыли" для таких условий. Такой смартфон надо признать подходящим для навигационных целей.

В правой части скриншота хорошо заметны расхождения треков между собой и дорогой. Такие расхождения в условиях подобной "колодцеобразной" застройки почти неизбежны, и в данном случае никак не свидетельствуют против тестируемого смартфона.

Теоретически, чем больше систем навигации поддерживает смартфон (планшет), тем больше спутников он использует для навигации и тем меньше должна быть ошибка.
Практически же это не всегда так. Довольно часто из-за "кривого" софта смартфон не может правильно состыковать данные от разных систем и в результате возникают аномальные ошибки. Рассмотрим несколько примеров.

Возьмем, например, такой трек:

На только что приведенном скриншоте виден иглообразный выброс, который не мог быть следствием каких-то помех: путь проходил через малоэтажную застройку без густых лесопарковых насаждений. Данный выброс целиком на совести "кривого" софта.

Но это были еще "цветочки". Бывают смартфоны, где аномальные ошибки навигации - это уже не "цветочки", а "ягодки":

При записи данного трека аномальные ошибки "кривого" софта соединились с ослаблением сигналов в высоком лесу. В результате получился трек, по которому просто невозможно догадаться, что путь туда и обратно был пройден по одной и той же тропинке трезвым человеком. :)
А густой пучок линий в верхней части - это "путь" неподвижно лежащего смартфона во время привала. :)

Есть еще один вид аномальных ошибок, связанный с паузой в потоке данных, поступающих от навигационного приемника к вычислительной части смартфона:

На этой картинке видно, что часть пути (примерно 300 м) прошла по прямой линии, притом частично прямо по воде. :)

В данном случае смартфон просто соединил прямой линией точки пропажи и появления потока координат. Их пропажа могла быть связана как с уменьшением количества видимых спутников ниже критического числа, так и с "кривым" софтом и даже аппаратными проблемами (хотя последнее и маловероятно).

В случае же полного пропадания сигналов от спутников, навигационные программы обычно не соединяют прямыми линиями точки пропажи и появления, а оставляют просто "пустое место" (получается разрыв в треке):

На этой картинке виден разрыв трека в том месте, где часть пути прошла по подземному переходу с полным пропаданием видимости всех спутников.

После изучения причин и характерных ошибок навигации, пора перейти к выводам .

Наилучшая навигация, как и следовало ожидать, бывает у смартфонов и планшетов "высоких" брендов. С ними проблемы в виде аномальных ошибок пока что не обнаруживались. И, разумеется, чем больше систем навигации поддерживает устройство, тем лучше. Правда, поддержка китайской Beidou пока имеет смысл при использовании устройства в регионах и странах, расположенных недалеко от Поднебесной. Китайская система навигации не глобальная, а "местная" (на данный момент). Так что поддержки GPS и ГЛОНАСС будет вполне достаточно.

Если же смартфон или планшет имеют не слишком "именитое" происхождение, то проблемы с навигацией могут быть, а могут и не быть. Перед его боевым применением рекомендуется его протестировать как в статике, так и в движении в различном окружении, чтобы впоследствии он не преподнес какой-либо неприятный сюрприз. В большинстве случаев мобильные устройства с поддержкой одной только GPS приносят меньше проблем, хотя и точность у них ниже, чем у многосистемных.

К сожалению, при выборе смартфона (планшета) с хорошей навигацией ориентироваться по обзорам устройств в интернете довольно сложно. Подавляющее число IT- порталов игнорируют проверку навигации в движении и в сложных условиях. Такую проверку делают только на данном портале () и еще буквально на паре других.

В заключение надо сказать, что навигационными средствами сейчас оборудуются не только смартфоны и планшеты, но и многие другие устройства. Они устанавливаются, например, в фотоаппаратах, видеокамерах, GPS- трекерах, автомобильных видеорегистраторах, смарт-часах, некоторых специализированных типах устройств, и даже в электронной системе налогообложения водителей российских большегрузов "Платон".

Ваш Доктор .
20.01.2017

История создания ГНСС BeiDou

Китайская навигационная система получила название Beidou Серии BNTS (BeidouNavigationTestSatellite). Название аппаратов происходит от китайского наименования созвездия Большой Медведицы.

Идея создания китайской региональной навигационной системы из двух КА на геостационарной орбите была предложена в 1983 г. Чэнь Фанъюнем (ChenFangyun). Концепция прошла экспериментальную проверку в 1989 г. Эксперимент проводился на базе двух находящихся на орбите КА DFH-2/2A.

По утверждению китайской стороны, испытания показали, что точность, которой можно достичь с помощью системы из двух геостационарных КА, сопоставима с точностью, обеспечиваемой системой GPS. Это утверждение представляется весьма спорным. Видимо, при сравнении точности речь идет о системе, включающей не только КА на ГСО, но и несколько сверх длинноволновых наземных станций. В совокупности они образуют единую сеть опорных радионавигационных точек и позволяют создать разностно-дальномерную радионавигационную систему. Отличием такой системы от, например, GPS или ГЛОНАСС является невозможность применения скоростных измерений. Точность определения координат потребителя в такой системе, в принципе, сравнима с точностью, обеспечиваемой «гражданским» сигналом системы GPS в режиме селективного доступа при условии, что текущее положение навигационных КА на ГСО известно с высокой точностью.

В 1993 г. программа Beidou была официально запущена в реализацию. В конструкции аппарата использован тот же базовый блок, что и у связного спутника DFH-3. КА построен на базе связной геостационарной платформы DFH-3.

Китай приступил к самостоятельной разработке спутниковых навигационных систем с 1994 г. До этого подобные научно- технические изобретения были способны создавать лишь в США, России и Европе.

В 2000 году начато проектирование второго поколения навигационной системы, которая будет включать большее число спутников и обслуживать не только территорию КНР, но и другие районы.

15 декабря 2003 года китайская система "Бэйдоу" первого поколения была сдана в эксплуатацию, что позволило стране войти в тройку стран, владеющих собственной спутниковой навигационной системой.

О создании Китайской глобальной навигационной системы было объявлено в 2006 году. В настоящее время Китай запустил на орбиту Земли пять навигационных спутников. Они позволяют ориентироваться только в некоторых районах страны. Дополнительные 30 спутников должны обеспечить покрытие Beidou на территории всего земного шара. Дата начала работы системы в глобальном масштабе пока неизвестна.

В ноябре 2017 года подписано Совместное китайско-американское заявление о совместимости и взаимодополнямости Бэйдоу и GPS.

В ноябре 2018 года заключено соглашение между Правительствами Российской Федерации и КНР о сотрудничестве в области применения глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и Бэйдоу в мирных целях.

Система функциональных дополнений наземного базирования насчитывает 155 базовых станций и 2400 региональных станций, развернутых на территории КНР.

В 2018 г. завершено развертывание базовой инфраструктуры системы мониторинга и оценки iGMAS, состоящей из 24 наземных станций и различных центров обработки и анализа, в результате чего улучшено качество услуг Бэйдоу-2, в т.ч. точность позиционирования в зоне обслуживания доведена до значений лучше 5 м.

2 августа 2019 г. подписан закон о ратификации российско-китайского межправительственного Соглашения о сотрудничестве в области применения глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и Бэйдоу.

Соглашение подписано с целью обеспечения совместимости и взаимодополняемости навигационных спутниковых систем – российской ГЛОНАСС и китайской Beidou. В частности, стороны обязались разместить измерительные станции системы ГЛОНАСС на территории Китая и системы Beidou на территории России.

Также Москва и Пекин договорились осуществлять разработку и производство гражданского навигационного оборудования, использующего эти системы.

Принцип работы ГНСС BeiDou

Управление КА Beidou осуществляется из Центра управления спутниками в г.Сиань (провинция Шаньси). Собственная региональная система навигации КНР для стран Юго-Восточной Азии и Тихого океана на базе спутников «Бэйдоу» (Beidou, «Большая Медведица») (Компас) находится в стадии развертывания и планируется, что будет преобразована в ограниченную по возможностям систему глобальной навигации с космическим сегментом из 25 КА.

В состав системы должны входить четыре геостационарных спутника, 12 КА на наклонных геосинхронных орбитах и девять КА на круговых орбитах высотой 22000 км.

Китайские представители также отметили, что еще предстоит урегулировать вопросы, касающиеся частотных диапазонов с российской, американской и европейской стороной, которые также владеют спутниковыми навигационными группировками. Для спутников «Бэйдоу-2» на геостационарной орбите зарезервированы точки стояния 58.75°, 80°, 110.5° и 140° в.д. В Международном союзе электросвязи система зарегистрирована под обозначением «Компас» (Compass). Первый из четырех геостационарных аппаратов «Бэйдоу-2» запущен 12 апреля 2007 года. Эти аппараты будут совместимы с тремя уже запущенными «Бэйдоу-1».

К 2015 году Китай планирует завершить создание собственной глобальной навигационной системы, сообщает агентство Синьхуа. Источник в Китайской аэрокосмической научно-технологической корпорации рассказал, что на орбиту должно быть выведено 30 спутников.

Состав и структура ГНСС BeiDou

Система покрывает район в диапазоне широт примерно от 5 до 55 градусов с.ш. и по долготе примерно от 70 до 140 градусов в.д. Интересной особенностью всех трех спутников является то, что они находятся на геостационарных орбитах, в отличие от спутников систем GPS и ГЛОНАСС, находящихся на орбитах средней высоты. Этот факт позволяет обеспечить достаточно большую область покрытия при помощи всего двух спутников. Наземная система включает центральную станцию управления и три станции радиолокации.

Система обеспечивает точность определения местоположения 100 метров и может работать одновременно со 150 терминалами. Сначала центральная станция посылает сигнал пользователю через два спутника. Когда терминал пользователя получает сигнал от одного из спутников, он отсылает его обратно обоим. Центральная станция получает этот сигнал от обоих спутников и определяет двумерное положение пользователя. Оно затем сравнивается с трехмерной картой поверхности и отсылается пользователю через те же спутники. Поскольку такой способ работы требует наличия двусторонней связи с геостационарными спутниками, терминал пользователя должен иметь мощную антенну. Поэтому терминалы намного больше и дороже, чем используемые в системе GPS.

Вторая система, Бэйдоу-2, обычно называется просто Бэйдоу или Компас. Она будет состоять из 35 спутников, из которых 5 будет находится на геостационарной орбите. Остальные спутники, как обычно, будут находится на орбите средней высоты. Заметим, что такой выбор высоты расположения навигационных спутников позволяет использовать глобальные навигационные системы для определения положения на орбите спутников, находящихся на низких орбитах. Как и другие системы позиционирования, Бэйдоу предоставит два раздельных сервиса, для гражданского использования и для военных нужд.

Кроме того, что просто появится новая система глобального позиционирования, можно ожидать качественного улучшения в предоставляемом сервисе позиционирования. За счет того, что число всех спутников превысит три четверти сотни, значительно улучшится скорость получения сигнала и работа приемников в городах, в том числе, в помещениях. Как известно, в настоящее время поймать сигнал со спутника какой-либо системы глобального позиционирования в помещении или рядом с высокими зданиями практически невозможно. Особенно выиграют от таких изменений обладатели коммуникаторов и смартфонов с модулем позиционирования, так как его мощность зачастую не позволяет использовать их в описанных условиях. Использование нескольких навигационных систем одновременно для улучшения качества предоставляемого сервиса может оказаться особенно простым и эффективным в силу того, что частоты передачи данных систем Бэйдоу и Галилео заметно пересекаются. Интересно, что эти данные стали известны еще в 2007 году после запуска первого спутника Compass-M1, хотя официально не было объявлено, на каких частотах работает этот спутник, запущенный в целях тестирования некоторых систем, и в первую очередь – системы передачи данных. Однако, в течение примерно двух месяцев специалисты CNES(Национальный центр космических исследований, Франция) полностью определили все характеристики используемой связи. Напомним, что изначально КНР не планировала разворачивать собственную систему глобального позиционирования. В сентябре 2003 года Китай выразил желание принять участие в разработке и развертывании системы Галилео, и примерно через год официально присоединился к разработке. Однако, в началу 2008 года КНР заявила о неудовлетворенности сотрудничеством и приняла решение о разработке собственной системы. Возможно, это объясняет схожие системы передачи данных, используемые в спутниках систем Бэйдоу и Галилео.

Описание наземной инфраструктуры ГНСС BeiDou

Станции слежения

Станции слежения оборудованы двухчастотными приемниками UR240 и антеннами UA240, разработанными китайской компанией UNICORE и способными принимать сигналы систем GPS и Compass. 7 из них размещены в Китае: в Чэнду (CHDU), Харбине (HRBN), Гонконге (HKTU), Лхасе (LASA), Шанхае (SHA1), Ухане (CENT) и Сиане (XIAN); и еще 5 - в Сингапуре (SIGP), Австралии (PETH), ОАЭ (DHAB), Европе (LEID) и Африке (JOHA).

Приемники

Навигатор в китайской системе является не только приемником, но и передатчиком сигнала. Станция мониторинга через два спутника посылает сигнал пользователю. Устройство пользователя после получения сигнала посылает ответный сигнал через оба спутника. Наземная станция по задержке сигнала рассчитывает географические координаты пользователя, определяет высоту по имеющейся базе данных и передает сигналы на устройство пользовательского сегмента.

Космический сегмент

Текущее состояние спутниковой группировки

В настоящее время система BeiDou предоставляет услуги спутниковой навигации потребителям в Китае и соседних регионах, в зоне обслуживания 55°с.ш. - 55° ю.ш. и 55° в.д. - 180° в.д., т.е. работает в режиме обслуживания региональных потребителей.

Развитие системы BeiDou второго поколения началось в 2004 году. В 2009 году начато создание системы третьего поколения

К концу 2011 года на орбиты было выведено 8 КА, BeiDou была введена в строй в качестве региональной системы для обеспечения потребителей навигационными услугами BDS, включая широкозонную дифференциальную коррекцию и передачу коротких сообщений.

К концу 2016 года было запущено еще 14 спутников (5 геостационарных спутников, 5 спутников на наклонной геосинхронной орбите (ГСНО) и 4 спутника на средних орбитах), что позволило завершить развертывание группировки BeiDou-2.

За период c начала 2017 года по 1 квартал 2018 года были успешно запущены 4 пары спутников BeiDou-3: 05.11.2017 г., 12.01.2018 г., 12.02.2018 г., 30.03.2018 г. Спутники пока не используются по целевому назначению.

С запуском в ноябре 2018 г. 17-го и 18-го среднеорбитальных НКА и первого геостационарного НКА развёрнута базовая орбитальная группировка Бэйдоу-3. Таким образом, в составе орбитальной группировки Бэйдоу-3 на конец 2018 года находилось:

На средних орбитах – 18 НКА; - на геостационарной орбите – 1 НКА.

Планомерное развитие системы BeiDou продолжается с учетом выпуска обновления технической информации, публикацией планов по новым запускам, а также демонстрацией возможности реализации глобальной услуги коротких текстовых сообщений.

27 декабря 2018 года Китай объявил об успешном завершении второго этапа создания системы BDS-3 и начале предоставления первичных навигационных услуг системы BeiDou в глобальном масштабе.

20 апреля 2019 года Китай запустил 44-й космический аппарат БЭЙДОУ, являющийся и первым спутником третьего поколения Beidou-3 (BDS-3) на наклонной геосинхронной орбите Земли.

После испытаний на орбите космический аппарат будет работать с 18-ю другими космическими аппаратами BDS-3 на средней круговой орбите и еще одним космическим аппаратом IGEO.

По сообщению агентства Синьхуа, точность позиционирования по БЭЙДОУ достигла 10 метров в мире и 5 метров в Азиатско-Тихоокеанском регионе после того, как система начала предоставлять глобальные услуги в конце прошлого года.

Точность позиционирования системы для гражданского населения составляет менее 10 метров, точность измерения скорости менее 0,2 метра в секунду. Для военных нужд позиционирование производится с точностью до 10 см.

Спутниковая группировка в 2020 году

30 сентября 2015 года был запущен первый спутник BDS-3, явившийся началом создания 3-го поколения системы BeiDou (BDS-3), которая к 2020 году должна обеспечить глобальную зону предоставления пользователям навигационных услуг с открытым и санкционированным доступом.

Полное развертывание орбитальной группировки этапа BDS-3 планируется завершить к концу 2020 года. В настоящее время группировка состоит из 42 КА, в том числе - 5 КА на геостационарной орбите, 3 КА на наклонных геосинхронных орбитах и 27 КА на средневысотных орбитах, включая КА, находящиеся в резерве.

23 сентября 2019 года Китай успешно провел запуск двух спутников Beidou-3. Это было сделано с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-3B» и ракеты верхней ступени «Юаньчжэн-1».

Глобальная китайская навигационная система Beidou будет полностью готова к 2020 году. На орбите для обеспечения ее функционирования будут работать десятки космических аппаратов. КНР уже разработал и разместил в космосе три поколения спутников своей навигационной системы (BDS-1, BDS-2 и BDS-3). Они помогают добиться точного позиционирования.

Этот запуск стал 312-м для ракеты-носителя серии «Чанчжэн». На сегодняшний день на орбите 42 спутников Beidou, из них 34 КА используются по целевому назначению.

Китай активно занимается развитием национальной космической программы. Китайские специалисты разрабатывают метеорологические, телекоммуникационные и навигационные спутники. Также они работают над созданием технологии для освоения Луны. Кроме того, учение реализуют проект по исследованию астероидов и Марса. К его изучению они собираются приступить в 2020–2025 годах.

Россия займется освоением Луны вместе с Китаем.

Типы КА

КА НА ГЕОСТАЦИОНАРНОЙ И ГЕОСИНХРОННОЙ НАКЛОННОЙ ОРБИТЕ:

КА BEIDOU НА СРЕДНЕВЫСОТНОЙ ОРБИТЕ:

Навигационная система «Beidou» или Спутниковая навигационная система «Бэйдоу» (сокращенно -- BD) -- китайская спутниковая система навигации. На 26 октября 2012 года включает в себя 16 спутников, расположенных на геостационарной орбите и обеспечивала определение географических координат в Китае и на соседних территориях. Планируется, что космический сегмент навигационной спутниковой системы Бэйдоу будет состоять из 5 спутников на ГСО и 30 спутников на орбитах, отличных от ГСО.

Система была запущена в коммерческую эксплуатацию 27 декабря 2012 как региональная система позиционирования, при этом спутниковая группировка составляла 16 спутников. Планируется, что на полную мощность система выйдет к 2020 году. Китайские представители также отметили, что еще предстоит урегулировать вопросы, касающиеся частотных диапазонов, с российской, американской и европейской сторонами, которые также владеют спутниковыми навигационными группировками. А пока китайская система работает на частоте сигнала B1, также отмеченном Евросоюзом как E2, с частотой 1559,052-1591,788 МГц. Обе стороны до сих пор не достигли окончательной договоренности по вопросам совместимости своих будущих спутниковых навигационных систем, несмотря на продолжающиеся с 2009 года переговоры по вопросу наложения специальных сигналов системы Compass на специальные сигналы PRS системы Galileo (диапазон L1, центральная частота 1575,42 МГц).

Предположительные будущие частоты B2: 1166,22 - 1217,37 МГц, B3: 1250,618 - 1286,423 МГц.

Слово «Бэйдоу» (кит. упр. –k“l) в переводе означает «Северный Ковш», это -- китайское название созвездия Большой Медведицы. Название «Бэйдоу» используется как для системы «Бэйдоу-1» так и для системы второго поколения «Бэйдоу-2». Главный конструктор обеих систем -- Сунь Цзядун.

Китайское национальное космическое управление планирует развернуть навигационную систему «Бэйдоу» в три этапа.

• 1) 2000--2003: Экспериментальная система Бэйдоу из трёх спутников.
• 2) к 2012 году: Региональная система для покрытия территории Китая и прилегающий территорий.
• 3) к 2020 году: Глобальная навигационная система.

Первый спутник, «Бэйдоу-1А» был запущен 30 октября 2000. Второй «Бэйдоу-1B» 20 декабря 2000. Третий спутник «Бэйдоу-1C» отправлен на орбиту 25 мая 2003 как подстраховочный. Система считалась введенной в эксплуатацию с успешного запуска третьего спутника.

• 2 ноября 2006, Китай заявил, что с 2008 года Бэйдоу будет предлагать открытые услуги с точностью определения местоположения 10 метров. Частота системы «Бэйдоу»: 2491.75 МГц.
• 27 февраля 2007 года, был также запущен четвертый спутник в рамках «Бэйдоу-1», называемый иногда «Бэйдоу-D» а иногда «Бэйдоу-2А». Он выполняет функции подстраховки. Сообщалось, что у спутника были неполадки в системе управления, но впоследствии они были устранены.

В апреле 2007, успешно выведен на орбиту первый спутник группировки «Бэйдоу-2», названый «Компас-M1». Данный спутник является настроечным для частот Бэйдоу-2. Второй спутник «Компас-G2» запущен 15 апреля 2009. Третий («Компас-G1») запущен на орбиту носителем LM-3C 17 января 2010. Четвертый спутник запущен 2 июня 2010. Носитель LM-3I вывел четвертый спутник с спутниковой площадки в Сичане 1 августа 2010 года.

• 15 января 2010 запущен официальный сайт спутниковой навигационной системы Бэйдоу.
• 24 февраля 2011 было развернуто 6 действующих спутников, 4 из них видны в Москве: COMPASS-G3, COMPASS-IGSO1, COMPASS-IGSO2 и COMPASS-M1.
• 27 декабря 2011 года "Бэйдоу" была запущена в тестовом режиме, охватывая территорию Китая и сопредельных районов.
• 27 декабря 2012 система была запущена в коммерческую эксплуатацию как региональная система позиционирования, при этом спутниковая группировка составляла 16 спутников.

По некоторым источникам, в начале 2011 года Госсовет КНР пересмотрел архитектуру системы и внес корректировки в план запусков КА. Было принято решение завершить формирование орбитальной группировки для обслуживания регионального потребителя к началу 2013 года.

I. Согласно откорректированному графику группировка системы Compass/Beidou к началу 2013 году будет включать в себя 14 КА, в том числе: 5 КА на геостационарной орбите ГЕО (58,5 ? в.д., 80 ? в.д., 110,5 ?в.д., 140 ?в.д., 160 ? в.д.); 5 КА на наклонной геосинхронной орбите IGSO(высота 36000 км, наклонение 55 ?, 118 ? в.д.); 4 КА на средней околоземной орбите MEO (высота21500 км, наклонение 55 ?).

II. Развертывание глобальной навигационной системы с группировкой в составе 36 КА в 2020 году (по другим источникам - 35 КА, по третьим - 37 КА) в числе которых: 5 КА на геостационарной орбите; 5 КА на наклонной геосинхронной орбите; 24 КА на средней околоземной орбите 3 КА (расположение уточняется, возможно орбитальный резерв).

Станции слежения оборудованы двухчастотными приемниками UR240 и антеннами UA240, разработанными китайской компанией UNICORE и способными принимать сигналы систем GPS и Compass. 7 из них размещены в Китае: в Чэнду (CHDU), Харбине (HRBN), Гонконге (HKTU), Лхасе (LASA), Шанхае (SHA1), Ухане (CENT) и Сиане (XIAN); и еще 5 -- в Сингапуре (SIGP), Австралии (PETH), ОАЭ (DHAB), Европе (LEID) и Африке (JOHA).

Навигатор в китайской системе является не только приемником, но и передатчиком сигнала. Станция мониторинга через два спутника посылает сигнал пользователю. Устройство пользователя после получения сигнала посылает ответный сигнал через оба спутника. Наземная станция по задержке сигнала рассчитывает географические координаты пользователя, определяет высоту по имеющейся базе данных и передает сигналы на устройство пользовательского сегмента.

Для определения место нахождения с привязкой до координат, разработаны различные системы навигации. Все эти системы разрабатывались военными их основная цель обеспечение наведения оружия на цель, использование так называемых умных боеприпасов, вторая цель систем навигации, ориентирование в пространственных координатах.

Системы навигации находятся под контролем военных. Построение и поддержание в работоспособном состоянии этих систем обходиться очень дорого, для покрытия части затрат, системы навигации были открыты для гражданского использования, но по команде можно отключить от спутников любую территорию.

Для функционирования системы навигации и покрытия всей планеты необходимо минимум 24 работающих спутника. Можно создать систему навигации которая будет покрывать только часть территории (это дешевле), по такому пути идёт Индия создавая региональную систему навигации.

Сейчас эксплуатируются следующие системы навигации

• GPS - эксплуатируется Министерством обороны США
• Glonass - эксплуатируется Министерством обороны России
• Beidou - эксплуатируется Министерством обороны Китая (пока только Китай и близлежащие регионы)

Принцип работы у всех систем одинаковый,

В стадии построения и отладки

• Galileo - Европейская система навигации создаётся как альтернатива GPS для Европейских стран финансируется Европейским союзом, а также инвесторами, полноценное коммерческое использование запланировано на 2020 год.
• IRNSS - Индийская региональная система навигации предназначена для навигации в Индии и регионе в радиусе 1500км от границ Индии.
• QZSS - Японская региональная система навигации.

Использование систем навигации для населения

В смартфонах есть приёмники сигнала с спутников, что позволяет узнать место нахождения, с большой точностью.

Сейчас в телефонах устанавливают три основные системы GPS, Glonass, Beidou.

Как работают системы позиционирования GPS и аналоги

Приёмник который находиться в телефоне, навигаторе получает сигнал с спутника, в сигнале передаётся точное время так как на спутнике установлены атомные часы, также известно местоположение спутника, навигатор по времени которое затрачено на прохождение сигнала от спутника вычисляет расстояние до спутника. Приняв сигнал от двух спутников можно вычислить координаты но нельзя определить высоту, получив сигнал от третего спутника вычисляется точное место нахождения.

Чем от большего количества спутников будет принят сигнал, тем более точно можно определить место нахождения. Также место нахождения уточняется со временем работы приёмника при каждом последующем вычислении уменьшается погрешность.

Пользователь привык увидеть своё местоположение на карте, это уже программно происходит наложение координат местонахождения на карту, то есть каждой точке на карте должны быть присвоены пространственные координаты.