Развитие навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС. Глобальные и региональные навигационные спутниковые системы. Часть 2

Разработка системы второго поколения BeiDou-2 стартовала в 2004 году, а к 2012 году на геостационарную орбиту было запущено еще 14 КА, 5 спутников встали на наклонные геосинхронные орбиты и 4 – на средние орбиты. Система BeiDou-2 обеспечивала потребителей Азиатско-тихоокеанского региона услугами определения местоположения, времени, скорости, дифференциальных поправок и отправки коротких сообщений.

Создание НСС третьего поколения BeiDou-3 началось в 2009 году с целью расширения покрытия вплоть до глобального к 2020 году. Эта система будет предоставлять два вида глобальных и два вида региональных услуг.

Космическая группировка BeiDou смешанного типа состоит из КА, находящихся на орбитах трех типов, и к 2020 году будет состоять из 35 КА, из которых 5 КА BeiDou-3G будут находиться на геостационарных орбитах (высота 35,786 км), 27 КА BeiDou-M – на средних круговых орбитах (высота 12,500 км, период обращения 12 часов) и 3 КА BeiDou-IGSO – на геосинхронных наклонных высоких орбитах (высота 35,786 км).

После 2015 года, структура передаваемых КА сигналов изменилась, в частности центральная частота сместилась на значение 1575.42 МГц (как у гражданской GPS), а вместо модуляции QPSK применена MBOC для обеспечения совместимости с НСС GPS и Galileo.

Наземный сегмент BeiDou располагается на территории Китая, в Сингапуре, Австралии, Европе, Африке и ОАЭ и содержит традиционные центры управления и сеть беззапросных измерительных станций.

В 2018 году Россия и КНР обсудили возможность создания объединенной НСС на базе ГЛОНАСС и BeiDou, на которую первыми могут перейти страны ШОС. В марте с таким предложением к «Роскосмосу» обратились китайские специалисты. В случае реализации проекта возможно кратное повышение точности определения координат в самых различных условиях, в том числе в районах плотной городской застройки за счет применения корректирующей информации с примерно 50 спутников объединенной системы. В частности точность определения координат в НСС ГЛОНАСС возрастет примерно в 3 раза. Такой подход в условиях ограничений со стороны США может быть вдвойне полезен, так использование GPS для подобной цели в будущем может стать проблематичным.

Многие стандартные чипсеты с поддержкой BeiDou выпускают такие компании, как MediaTek (см. упомянутый выше чипсет МТ3333) и STMicroelectronics. В Россию микросхемы этой фирмы поставляются под маркой НАВИА, например однокристальные навигационные решения семейства Tesseo III. В состав семейства входит большое число микросхем для навигационных приложений. На Рисунке 4 показана микросхема подсемейства STA8089. Микросхемы подсемейства отличаются миниатюрностью (габариты 7 мм × 7 мм × 1 мм) и чрезвычайно низким энергопотреблением – порядка 30-75 мА при Uпит = 1.8 В. Микросхема обеспечивает прием сигналов НСС GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, QZSS с погрешностью определения координат 1.5 м в плане и 3 м по высоте, чувствительность прибора, в зависимости от режима, составляет от –162 дБм до –145 дБм.

Рисунок 4.	Микросхема подсемейства STA8089.

Последние два спутника (35-й и 36-й) НСС BeiDou были успешно выведены на орбиту ракетой CZ-3B/YZ-1 25 августа 2018 года с космодрома Xichang Satellite Launch Center на юго-западе Китая. На Рисунке 5 показан старт ракеты CZ-3B/YZ-1.

Рисунок 5.	Старт ракеты CZ-3B/YZ-1 со спутником BeiDou.

QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) – японская региональная квазизенитная НСС, предназначенная для обслуживания потребителей в Азиатско-тихоокеанском регионе. Проектирование системы QZSS началось в 2003 году, а изготовление аппаратуры – в 2008 году. Первый КА Michibiki-1 системы был запущен в 2010 году, а уже в 2011 году НСС QZSS была запущен в эксплуатацию с помощью сигналов GPS. К настоящему времени на квазизенитных орбитах находятся еще два КА (Michibiki-2/4), а КА Michibiki-3 летает по геостационарной орбите. В дальнейшем предполагается расширить спутниковую группировку до 7 КА, как показано на Рисунке 6. Спутники, находящиеся на квазизенитных орбитах, разнесены на 120°, что обеспечивает нахождение каждого КА над Японией в течение 8 часов. Внешний вид КА Michibiki показан на Рисунке 7.

Рисунок 6.	Японская спутниковая группировка QZSS.

Система QZSS предоставляет потребителям три виде услуг: передача сигналов, тождественных сигналам GPS, что позволяет повысить доступность навигации, особенно в районах с плотной городской застройкой; передача поправок, рассчитанных по измерениям сети наземных станций для повышения точности определения координат; обеспечение связи и передачи данных в городах и горной местности.

Рисунок 7.	Космические аппараты Michibiki.

Наземный сегмент НСС QZSS состоит из главной станции управления на Окинаве, сети станций мониторинга на территории Японии и за ее пределами (Гавайские острова, Бангкок, Канберра, Бангалор), пунктов лазерной дальнометрии (на КА имеются лазерные отражатели), станций управления временем.

Кроме японских производителей чипсеты для навигационных приложений QZSS выпускают и другие компании, как например STM с упомянутой выше микросхемой STA8089.

NAVIC – индийская региональная НСС, на первых этапах создания имевшая название IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) и предназначенная для обеспечения навигационными услугами потребителей на Индийском полуострове. Первый КА IRNSS-1a (Рисунок 8) был выведен на орбиту в 2013 году, а формирование космической группировки из 7 КА было завершено в 2016 году, тогда же система получила и новое название NAVIC. К системе могут подключаться как санкционированные, так и обычные потребители. Точность определения координат системы NAVIC составляет порядка 20 метров в регионе индийского океана и около 10 метров в самой Индии. Зона, в которой можно пользоваться услугами системы, ограничена примерно 1500 км от границ Индии.

Рисунок 8.	Космический аппарат IRNSS-1a.

Большой неприятностью для эксплуатации NAVIC стал отказ всех трех атомных часов на КА IRNSS-1a, что привело к снижению точности определения времени в системе. На замену в 2017 году был запущен дублер IRNSS-1H, но неудачно – аппарат не вышел на заданную орбиту.

Наконец, 11 апреля 2018 на орбиту был успешно выведен КА IRNSS-1J. На Рисунке 9 показан КА IRNSS-1J на испытаниях в чистой комнате.

Рисунок 9	Космический аппарат IRNSS-1J на испытаниях в чистой комнате.

НСС NAVIC является первой навигационной системой, предоставляющей потребителям с одночастотной аппаратурой информационные поправки от ионосферной точечной сети. При этом точность определения координат сопоставима с точностью двухчастотной аппаратуры.

Рисунок 10.	Обсерватория Маунт-Абу, на которой установлено оборудование наземной станции NAVIC.

В наземный сегмент НСС входят командно-измерительные и телеметрические станции, два центра управления спутниками, центр управления навигационными операциями, центр синхронизации и другие службы. На Рисунке 10 показана обсерватория Маунт-Абу, на которой установлено оборудование одной из земных станций NAVIC.

Рисунок 11.	Министр рыболовного хозяйства Индии знакомится с судовым навигационным приемником системы NAVIC.

Несмотря на различные трудности при вводе в эксплуатацию системы NAVIC, индийские пользователи с энтузиазмом применяют различные мобильные устройства с отечественной системой спутниковой навигации. Например, в январе 2018 года в море из трех портов вышли пять рыболовецких судов, оборудованных устройствами с NAVIC. На Рисунке 11 министр рыболовного хозяйства J. Mercykutty Amma знакомится с судовым навигационным приемником системы NAVIC.