Введение
Китайская спутниковая навигационная система (BeiDou Navigation Satellite System, BDS) — спутниковая радионавигационная система, принадлежащая и управляемая Китайским национальным космическим управлением. Это одна из глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), предоставляющая информацию о местоположении и времени приемнику BDS в любой точке Земли или вблизи нее, при наличии прямой видимости как минимум до четырех спутников BDS. Система не требует от пользователя передачи данных и функционирует независимо от телефонной связи или доступа в Интернет, хотя эти технологии могут повысить эффективность информации о позиционировании BDS. Современная система BeiDou 3 (третье поколение BeiDou) обеспечивает полное глобальное покрытие для точного определения времени и навигации, наряду с российской ГЛОНАСС, европейской Galileo и американской GPS. Она состоит из спутников, расположенных на трех различных орбитах, включая 24 спутника на средней околоземной орбите (охватывающих весь мир), 3 спутника на наклонных геосинхронных орбитах (охватывающих Азиатско-Тихоокеанский регион) и 3 спутника на геостационарных орбитах (охватывающих Китай). Система BeiDou 3 была полностью развернута и начала функционировать в июле 2020 года. В 2016 году BeiDou 3 достигла миллиметровой точности при постобработке данных. К предшественникам относятся BeiDou 1 (первое поколение BeiDou), состоящая из трех спутников в региональной спутниковой навигационной системе. С 2000 года система в основном предоставляла навигационные услуги на территории Китая. В декабре 2012 года, по истечении срока службы BeiDou 1, она была выведена из эксплуатации. Система BeiDou 2 (второе поколение BeiDou) также являлась региональной спутниковой навигационной системой, включающей 16 спутников, в том числе 6 геостационарных спутников, 6 спутников на наклонной геосинхронной орбите и 4 спутника на средней околоземной орбите. В ноябре 2012 года BeiDou 2 начала предоставлять пользователям услуги регионального позиционирования в Азиатско-Тихоокеанском регионе. В пределах этого региона точность BeiDou выше, чем у GPS. В 2015 году, спустя пятнадцать лет после запуска системы, она принесла такие крупные компании, как China Aerospace Science and Industry Corporation, AutoNavi и Norinco, годовой оборот в размере 31,5 миллиарда долларов. Индустрия росла в среднем более чем на 20% в год, достигнув 64 миллиардов долларов в 2020 году.
The BeiDou Navigation Satellite System (BDS; ) is a satellite based radio navigation system owned and operated by the China National Space Administration. It is one of the global navigation satellite systems (GNSS) that provide geolocation and time information to a BDS receiver anywhere on or near the Earth where there is an unobstructed line of sight to four or more BDS satellites. It does not require the user to transmit any data, and operates independently of any telephonic or Internet reception, though these technologies can enhance the usefulness of the BDS positioning information. The current service, BeiDou 3 (third generation BeiDou), provides full global coverage for timing and navigation, along with Russia's GLONASS, the European Galileo, and the US's GPS. It consists of satellites in three different orbits, including 24 satellites in medium circle orbits (covering the world), 3 satellites in inclined geosynchronous orbits (covering the Asia–Pacific region), and 3 satellites in geostationary orbits (covering China). The BeiDou 3 system was fully operational in July 2020. In 2016, BeiDou 3 reached millimeter level accuracy with post processing. Predecessors included BeiDou 1 (first generation BeiDou), consisting of three satellites in a regional satellite navigation system. Since 2000, the system has mainly provided navigation services within China. In December 2012, as the design life of BeiDou 1 expired, it stopped operating. The BeiDou 2 (second generation BeiDou) system was also a regional satellite navigation system containing 16 satellites, including 6 geostationary satellites, 6 inclined geosynchronous orbit satellites, and 4 medium earth orbit satellites. In November 2012, BeiDou 2 began to provide users with regional positioning services in the Asia–Pacific region. Within the region, BeiDou is more accurate than GPS. In 2015, fifteen years after the satellite system was launched, it was generating a turnover of $31.5 billion per annum for major companies such as China Aerospace Science and Industry Corporation, AutoNavi, and Norinco. The industry has grown an average of over 20% in value annually to reach $64 billion in 2020.
Номенклатура
Официальное название системы на английском языке — BeiDou Navigation Satellite System. Она названа в честь астеризма Большой Медведицы, известного в Китае как "Бэйдоу". Это название буквально означает "Северный Ковш" – так древние китайские астрономы называли семь самых ярких звёзд созвездия Большой Медведицы. Исторически этот набор звёзд использовался для навигации и определения местоположения Полярной звезды. Таким образом, название BeiDou также является метафорой, отражающей назначение системы спутниковой навигации.
Участие Китая в системе Galileo
В сентябре 2003 года Китай планировал присоединиться к европейскому проекту системы позиционирования Galileo и инвестировать в него 230 миллионов евро (296 миллионов долларов США, 160 миллионов фунтов стерлингов) в течение следующих нескольких лет. В то время предполагалось, что китайская навигационная система "Бэйдоу" будет использоваться исключительно вооруженными силами. На основании Соглашения о сотрудничестве между Китаем и Европой по программе Galileo, в декабре 2004 года была создана компания China Galileo Industries (CGI), являющаяся главным подрядчиком по реализации участия Китая в программах Galileo. К апрелю 2006 года между Китаем и ЕС было подписано одиннадцать совместных проектов в рамках программы Galileo.
Фаза III
В ноябре 2014 года BeiDou стал частью Всемирной радионавигационной системы (WWRNS) на 94-м заседании Комитета по безопасности на море Международной морской организации (IMO), который утвердил "Циркуляр о безопасности навигации" системы спутниковой навигации BeiDou (BDS). 30 марта 2015 года в 21:52 по пекинскому времени первый навигационный спутник нового поколения BeiDou (и 17-й по счету) был успешно выведен на орбиту ракетой-носителем Long March 3C. 20 апреля 2019 года был успешно запущен спутник BeiDou. Запуск состоялся в 22:41 по пекинскому времени, и ракета Long March 3B вывела полезную нагрузку BeiDou на эллиптическую переходную орбиту с высотой от 220 километров до 35 787 километров и наклонением 28,5° к экватору, согласно данным отслеживания вооруженных сил США. 23 июня 2020 года был успешно запущен последний спутник BeiDou, 55-й спутник в семействе BeiDou. Третья итерация системы спутниковой навигации BeiDou обеспечивает глобальное покрытие для определения времени и навигации, предлагая альтернативу российской системе ГЛОНАСС, европейской системе Galileo и американской системе GPS.
Использование за пределами Китая
В 2018 году вооруженные силы Пакистана получили доступ к BeiDou для военных целей. В 2019 году Министерство обороны Саудовской Аравии подписало соглашение о военном использовании BeiDou. В 2021 году в Пекине состоялся первый Китайско-африканский форум сотрудничества по системе BeiDou.
Бейджоу-1
BeiDou 1 была экспериментальной региональной навигационной системой, состоявшей из четырех спутников (три рабочих и один резервный). Сами спутники были созданы на базе китайского геостационарного спутника связи DFH 3 и имели массу при запуске 1000 кг каждый. В отличие от американской GPS, российской ГЛОНАСС и европейской Galileo, использующих спутники на средней околоземной орбите, BeiDou 1 использовала спутники на геостационарной орбите. Это означало, что системе не требовалось большое созвездие спутников, но ограничивало зону покрытия областями Земли, где спутники находятся в зоне видимости.
Завершение
Первый спутник BeiDou 1A был запущен 31 октября 2000 года. Второй спутник BeiDou 1B был успешно запущен 21 декабря 2000 года. Последний функционирующий спутник созвездия BeiDou 1C был запущен 25 мая 2003 года. При использовании существующих пользовательских терминалов, достигнутая точность после калибровки составляет 20 м (100 м без калибровки).
Терминалы
В 2008 году наземный терминал BeiDou 1 стоил около 10 000 долларов США, что почти в 10 раз превышало стоимость современного GPS-терминала. Высокая цена терминалов объяснялась стоимостью импортных микрочипов. На китайской выставке высоких технологий ELEXCON, проходившей в ноябре 2009 года в Шэньчжэне, был представлен терминал BeiDou по цене в.
Приложения
После землетрясения в Сычуане в 2008 году было использовано более 1000 терминалов BeiDou 1, предоставлявших информацию из зоны бедствия. К октябрю 2009 года все китайские пограничники в провинции Юньнань были оснащены устройствами BeiDou 1. Сун Цзядонг, главный конструктор системы навигации, заявил в 2010 году: "Многие организации уже некоторое время используют нашу систему и очень довольны ею".
Вывод из эксплуатации
В конце 2012 года, после ввода в эксплуатацию системы BeiDou 2, BeiDou 1 была выведена из эксплуатации.
Бейджоу-2
BeiDou 2 (ранее известная как COMPASS) не является развитием более ранней BeiDou 1, а полностью заменяет её. Новая система представляет собой группировку из 35 спутников, включающую 5 спутников на геостационарной орбите для обеспечения обратной совместимости с BeiDou 1 и 30 негеостационарных спутников (27 на средней околоземной орбите и 3 на наклонной геосинхронной орбите), обеспечивающих глобальное покрытие. Сигналы для определения расстояния основаны на принципе CDMA и имеют сложную структуру, характерную для Galileo или модернизированной GPS. Подобно другим глобальным навигационным спутниковым системам (GNSS), существуют два уровня позиционирования: открытый (общедоступный) и ограниченный (военный). Общедоступная служба предоставляется пользователям по всему миру. После развертывания всех планируемых ГНСС пользователи многосистемных приемников получат доступ к более чем 100 спутникам, что значительно улучшит все аспекты позиционирования, особенно устойчивость сигнала в так называемых городских каньонах. Генеральным конструктором навигационной системы COMPASS является Сунь Цзядонг, который также был генеральным конструктором её предшественницы – оригинальной навигационной системы BeiDou. Все спутники BeiDou оснащены лазерными ретрорефлекторными массивами для лазерной локации спутников и контроля качества орбиты.
Точность
Существует два уровня обслуживания: бесплатный для гражданских лиц и лицензируемый для правительства Китая и вооруженных сил. Бесплатная служба для гражданских лиц обеспечивает точность определения местоположения в 10 метров, синхронизацию времени с точностью до 10 наносекунд и измерение скорости с точностью до 0,2 м/с. Лицензируемая военная служба обеспечивает точность определения местоположения в 10 сантиметров, может использоваться для связи и предоставляет пользователю информацию о состоянии системы. В 2019 году Международная служба GNSS начала предоставлять точные орбиты спутников BeiDou в составе экспериментальных продуктов.
Частота
Частоты для COMPASS распределены в четырех диапазонах: E1, E2, E5B и E6; они перекрываются с Galileo. Само перекрытие может быть удобным с точки зрения разработки приемника, но с другой стороны, вызывает вопросы взаимных помех, особенно в диапазонах E1 и E2, которые выделены для общедоступной регулируемой службы Galileo. Однако, согласно политике Международного союза электросвязи (МСЭ), приоритет на конкретную частоту имеет страна, первой начавшая вещание на ней, а все последующие пользователи должны получить разрешение перед использованием этой частоты и обеспечить, чтобы их вещание не создавало помех для вещания первоначальной страны. По состоянию на 2009 год, казалось, что китайские спутники COMPASS начнут передавать в диапазонах E1, E2, E5B и E6 раньше, чем европейские спутники Galileo, и таким образом получат первичные права на эти диапазоны частот.
Компас-М1
Compass M1 — экспериментальный спутник, запущенный 14 апреля 2007 года для тестирования и подтверждения характеристик сигнала, а также для регистрации частот. Роль Compass M1 в системе Compass аналогична роли спутников GIOVE в системе Galileo. Орбита Compass M1 близка к круговой, её высота составляет 21 150 км, а наклон — 55,5°. Исследование передаваемых сигналов началось сразу после запуска Compass M1 14 апреля 2007 года. Вскоре, в июне 2007 года, инженеры CNES опубликовали данные о спектре и структуре сигналов. Месяц спустя исследователи из Стэнфордского университета сообщили о полной декодировке компонентов сигналов "I". Полученные знания о кодах позволили группе инженеров Septentrio разработать приемник COMPASS и представить результаты исследований характеристик отслеживания и многолучевости сигналов "I" на частотах E2 и E5B.
Операция
В декабре 2011 года система начала работу в режиме опытной эксплуатации. С 27 декабря 2011 года она начала бесплатно предоставлять данные о навигации, определении местоположения и времени Китаю и прилегающим регионам. В ходе этой опытной эксплуатации система "Циньлун" (Compass) обеспечивала точность определения местоположения в пределах 25 метров, которая улучшалась с запуском новых спутников. После официального запуска системы было заявлено, что она обеспечит обычным пользователям информацию о местоположении с точностью до 10 метров, измерение скорости с точностью до 0,2 метра в секунду и сигналы для синхронизации времени с точностью до 0,02 микросекунд. В декабре 2012 года система BeiDou 2 начала предоставлять услуги в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Спутники нового поколения BeiDou поддерживают службу коротких сообщений. В том же месяце система начала функционировать в регионе Китая. По состоянию на декабрь 2012 года для BeiDou 2 было запущено 16 спутников, из которых 14 находились в работе. По состоянию на декабрь 2017 года 150 миллионов китайских смартфонов (20% рынка) были оснащены для работы с BeiDou.
Запреты
В 2018 году Национальная комиссия по связи Тайваня объявила о незаконности использования продукции BeiDou на Тайване без ее одобрения.