Направления развития спутниковой навигации на 2020 год: BeiDou в условиях новой эры глобализации

Будучи одной из основных глобальных навигационных спутниковых систем, навигационная спутниковая система BeiDou (BDS) непрерывно совершенствуется в соответствии с трехэтапной стратегией развития. С конца 2018 года система BeiDou начала предоставлять глобальные навигационные услуги. К 2020 году будет завершено развертывание третьего поколения системы для предоставления пользователям по всему миру бесплатной открытой услуги координационно-временного и навигационного обеспечения (КВНО) высокого качества, а также услуги передачи коротких сообщений с использованием навигационного сигнала и других видов услуг.

В 2019 году в развитии системы BeiDou произошел значительный прогресс в области создания системы, средств применения и развития международного сотрудничества.

 Создание системы

Ускорение развертывания системы. С января по ноябрь 2019 года для дальнейшего расширения глобальной орбитальной группировки на наклонную геосинхронную орбиту были выведены 3 КА BDS третьего поколения, один из которых уже завершил летные испытания, а на средневысотную околоземную орбиту – еще четыре КА.

К концу 2019 года планируются запуски двух последних спутников на средневысотную орбиту для окончательного формирования базовой орбитальной группировки BDS. К июню 2020 года будут запущены еще два геостационарных КА, после чего полное развертывание системы BeiDou третьего поколения будет завершено.

Создание наземных контрольно-измерительных станций. В 2019 году были построены 12 новых наземных командно-измерительных станций (одна закладочная и 11 станций мониторинга II класса) для завершения отладочных тестов совместного взаимодействия наземного и космического сегментов, которые показали стабильность работы системы в целом.

По состоянию на конец октября 2019 года 34 КА системы BeiDou используются в штатном режиме для предоставления услуг пользователям по всему миру, из них 15 КА – спутники BDS второго поколения (BDS-2), а 19 КА – третьего.

Повышение качества предоставляемых услуг

Ключевые зоны покрытия. В мае 2019 года были запущены два последних спутника BDS-2 для улучшения характеристик работы системы BDS второго поколения в ключевых зонах покрытия. По мере того, как КА BDS-3 вводятся в эксплуатацию, показатели точности сигналов B1l и B3l в зоне покрытия BDS-2 увеличились на 30%, а доступности – на 5% в сравнении с показателями, полученными при использовании исключительно сигналов КА BDS-2.

Глобальное покрытие. Зона покрытия сигналов B1l и B3l, ранее доступных лишь в Азиатско-Тихоокеанском регионе, расширилась до всей поверхности земного шара. Продолжают улучшаться параметры точности и доступности. При условии, что геометрический фактор точности пространственных координат (PDOP) меньше или равен шести, показатель доступности превышает 99% в большинстве регионов мира (в некоторых районах США – более 97%). В глобальном масштабе при 95% доступности среднее значение погрешности местоопределения составляет примерно 3,6 м в горизонтальной плоскости и 6,6 м – в вертикальной, погрешности определения скорости – приблизительно 0,05 м/с, а временного отклонения – приблизительно 9,8 наносекунды. В настоящее время новые сигналы КА третьего поколения B1C и B2a имеют глобальное покрытие. Показатель доступности превышает 87% при условии, что показатель PDOP меньше или равен шести. При 95% доступности среднее значение погрешности местоопределения составляет приблизительно 2,4 м в горизонтальной плоскости и 4,3 м – в вертикальной, погрешности определения скорости – приблизительно 0,06 м/с, а временного отклонения – около 19,9 наносекунд.

Доступность BDS (PDOP≤6)

Точность позиционирования при использовании сигнала B1C BDS

Создание дополнительных возможностей. Наземная система функционального дополнения BDS и других ГНСС обеспечивает доступ к базовому набору услуг. Она состоит из 155 базовых станций и около 2200 региональных станций на территории Китая. Предоставляемая системой услуга высокоточного местоопределения применяется во многих сферах, таких как картография и геодезия, учет земельных ресурсов, мониторинг подземных толчков, транспорт и метеорология, и включает в себя местоопределение с точностью до метра, дециметра и сантиметра в реальном времени и с точностью до миллиметра при апостериорной обработке данных.

Система функционального дополнения BDS (BDSBAS) в данный момент разрабатывается в соответствии со стандартами Международной организации гражданской авиации (ИКАО) для предоставления навигационных услуг повышенной точности и гарантированной целостности. В 2019 году первый геостационарный КА с полезной нагрузкой BDSBAS прошел летные испытания на орбите и работает в штатном режиме.

Средства применения

Также по мере развертывания системы прилагаются большие усилия по совершенствованию разработки технических средств и их применения в различных сферах. Для этого применяется модель «BDS+», способствующая развитию отрасли спутниковой навигации.

Технические средства. В настоящее время технические средства, использующие BDS, успешно применяются в предназначенной для потребительского рынка продукции, технические характеристики которой уже достигли общемирового уровня или близки к этому. Практически завершена разработка многочастотных чипов для высокоточного местоопределения, а характеристики планируемых к разработке чипов будут еще лучше. К концу 2019 года навигационные чипы, модули и антенны для НАП BDS экспортировались в более чем 100 стран и регионов мира. В 2018 году объем производства НАП на территории Китая составил более 300 млрд юаней (43 млрд $). При этом доля НАП с использованием BDS составляет более 80%.

Применение в промышленности. BDS широко используется в таких сферах и индустриях, как связь, транспорт, обеспечение общественной безопасности, сельское и лесное хозяйство, животноводство, рыболовство, гидрологический мониторинг, метеорологические прогнозы, синхронизация времени, распределение электроэнергии, предотвращение и снижение ущерба от стихийных бедствий, тем самым предоставляя значительные экономические и социальные преимущества. Так, к сентябрю 2019 года более 6,47 миллионов дорожных транспортных средств и 42300 транспортных средств для почтовых и срочных перевозок были оборудованы приемниками BDS и была создана самая масштабная в мире система динамического контроля дорожного движения, что позволило повысить эффективность управления и безопасности на дорогах.

В области сельского хозяйства более 20 тысяч аграрных комплексов техники и оборудования были оснащены беспилотными системами управления с использованием BDS, что позволило сократить затраты на рабочую силу на 50%. В целом к платформам управления сельскохозяйственной техникой и интернета вещей подключены более 10 миллионов единиц сельскохозяйственной техники, что значительно увеличивает эффективность управления и эксплуатации.

В сфере предотвращения и снижения ущерба от стихийных бедствий была создана трехуровневая платформа, обеспечивающая шестиуровневый режим применения системы BDS с помощью более чем 45 тысяч терминалов. Технологии высокоточного КВНО BDS с поддержкой других ГНСС применялись в сфере мониторинга стихийных бедствий геологического происхождения. Кроме того, с их помощью неоднократно были успешно спрогнозированы оползни в провинции Ганьсу с точностью времени в пределах нескольких секунд, а точностью смещения пород – в пределах нескольких миллиметров.

Применение на потребительском рынке. Услуги местоопределения и навигации с помощью системы BDS используются различными предприятиями в сферах электронной торговли, производства высокотехнологичных терминалов сбора данных, предоставления услуг на основе местоположения, экономики совместного потребления и массового спроса, тем самым значительным образом меняя стиль потребления и жизни людей. Ведущие производители в Китае и за его пределами встраивают совместимые с сигналом BDS чипы в свою продукцию, что позволяет ей выполнять функции связи и навигации.

Согласно статистике китайского рынка, в третьем квартале 2019 года 151 лицензируемая модель мобильного телефона имела функцию навигации, из которых 110 поддерживали BDS. С помощью станций наземного дополнения BDS и других ГНСС предоставляются услуги КВНО, включая местоопределение с сантиметровой точностью, навигацию с точностью до миллиметра и передачу единого времени с точностью до нанометра. Данные услуги могут предоставляться более чем 390 миллионам потребителей в 220 странах и регионах мира.

Развитие международного сотрудничества

Двустороннее сотрудничество. BDS продолжает осуществлять двустороннее сотрудничество с другими навигационными спутниковыми системами для обеспечения совместимости и совместного применения. США и Китай создали двусторонние рабочие группы по вопросам совместимости и взаимодополняемости, системам функционального дополнения и предоставления гражданских услуг в целях непрерывного развития сотрудничества и обмена информацией.

Китай и Европейский союз создали техническую рабочую группу по совместимости и взаимодополняемости систем BDS и Galileo в целях обеспечения координации, сотрудничества и обмена информацией в рамках Международного союза электросвязи и переговоров между Китаем и ЕС по вопросам космического сотрудничества. Также, вступило в силу соглашение между Правительством Китайской Народной Республики и Правительством Российской Федерации о сотрудничестве в области применения глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и BeiDou в мирных целях.

В августе 2019 года состоялось шестое заседание российско-китайского Комитета проектов в Казани, где были подписаны акты по утверждению результатов рекогносцировки мест размещения измерительных навигационных станций и достигнуты другие договоренности. Кроме того, постепенно развивается двустороннее сотрудничество с Ираком, Тунисом и Саудовской Аравией.

Многостороннее сотрудничество. В ходе 62-й сессии Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях в июне 2019 года в Венском Международном центре была представлена выставка древнекитайских навигационных технологий под названием «От Compass к BeiDou», на которой были представлены достижения китайской мысли в области определения времени, картографии, а также навигационной науки и технологий. В апреле 2019 года был проведен второй китайско-арабский Форум по сотрудничеству в вопросах использования BDS в городе Тунис, столице Туниса, а в октябре 2019 года – Форум по сотрудничеству Китая и стран Центральной Азии в вопросах использования BDS в китайском городе Наньнине в целях продвижения услуг системы в странах Ближнего Востока и Центральной Азии.

Обеспечение устойчивого продвижения услуг BDS за рубежом. Экспорт НАП с поддержкой услуг высокоточной навигации BDS привел к широкому использованию BDS в различных регионах и сферах, таких как земельно-кадастровый учет, высокотехнологичное сельское хозяйство, складская логистика в странах АСЕАН, строительство в Западной Азии, временное обеспечение аэропортов и монтаж морских платформ в Южной Азии, инспекция электроэнергетических мощностей и линий передач в Восточной Европе, геодезические съемки в африканских странах. Благодаря третьему поколению системы BDS услуги более высокого качества будут доступны большему количеству пользователей на большей территории.

Ратификация международных стандартов ИКАО для BDS. Поставлена цель включения BDS в стандарты ИКАО в 2020 году. Были разработаны 26 стандартов международной связи на базе сигнала BDS B1l, в то время как стандарты на базе сигналов B1C и B2a в настоящий момент находятся в разработке. В скором времени должен быть выпущен протокол результатов местоопределения приемника BDS (NMEA0183) и формат обмена данных приемника BDS (RINEX 3.04). Технические показатели и коэффициенты поисково-спасательной полезной нагрузки на борту спутников BDS включены в соответствующие документы системы КОСПАС-САРСАТ, а разработка и орбитальные испытания первой партии поисково-спасательной полезной нагрузки для КА BDS завершены. Первый стандарт BDS в рамках Международной электротехнической комиссии был разработан, утвержден и, как ожидается, будет выпущен в июне 2020 года.

Планы

К 2020 году система BDS начнет предоставлять услуги в глобальном масштабе, после чего будет происходить дальнейшее развитие услуг глобального КВНО и региональной услуги передачи коротких сообщений, а также доработка и запуск глобальной услуги передачи коротких сообщений, международной услуги поиска и спасания, системы функционального дополнения космического базирования, услуги высокоточного местоопределения и других возможностей. Система BDS станет частью вклада Китая в решение мировых проблем и будет в полной мере выполнять свою роль на благо всего мира и человечества с помощью новых подходов, более эффективных функциональных возможностей и улучшения качества предоставляемых услуг.

Ян Чанфэн,

генеральный конструктор системы BeiDou

 

https://www.gpsworld.com/directions-2020-beidou-in-the-new-era-of-globalization/

https://www.glonass-iac.ru/content/news/?ELEMENT_ID=2392