Beidou: повышение эксплуатационных характеристик, разработка приложений и развитие новых технологий

В последние годы навигационная спутниковая система BeiDou (BDS) постоянно совершенствуется, демонстрируя высокие точностные показатели навигационных определений. Важная роль уделяется расширению видов обслуживания за счет разработки и внедрения новых технологий и решений на уровне аппаратных и программно-алгоритмических средств.

Эксплуатационные характеристики и услуги системы

За прошедшие несколько лет большое внимание было уделено совершенствованию методик и алгоритмов обработки информации, что позволило достичь требуемого уровня навигационных характеристик пользователей BDS. Создание системы оперативного контроля и перепрограммирования бортовых информационно-навигационных комплексов космических аппаратов, уже находящихся на орбите, в сочетании с диагностикой состояния бортовой аппаратуры космического аппарата на основе анализа данных в режиме реального времени значительно повысили эффективность обслуживания системы и улучшили значения ее эксплуатационных характеристик. В рамках инженерно-технической поддержки проводились регулярные оценки состояния как космического, так и наземного сегментов.

Кроме того, в систему были интегрированы новые технологии, такие как межспутниковые радиолинии связи (МРЛ), поддержка технологии совместной обработки ГНСС-данных, а также внедрение методов искусственного интеллекта, с помощью которых были усовершенствованы алгоритмы мониторинга и оценки BDS.

К 2020 году завершен третий этап создания навигационной спутниковой системы BeiDou-3 (BDS-3), в рамках которого была развернута фактически новая комбинированная группировка на основе НКА BDS-3 на средних и высоких орбитах для предоставления навигационных услуг в глобальном масштабе. В мае был успешно запущен резервный спутник BDS-3 на геостационарную орбиту. В настоящее время по целевому назначению функционируют 46 НКА, в том числе 15 в группировке BDS-2 и 31 в группировке BDS-3.

В соответствии с данными, представленными Международной системой мониторинга и оценки ГНСС (iGMAS), в августе 2023 г. BDS обеспечивала погрешность местоопределения в вертикальной и горизонтальной плоскостях около 5 м и 2 м соответственно в одночастотном режиме с использованием сигнала B1C (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Точность определения местоположения: синий – точность в горизонтальной плоскости, красный – точность в вертикальной плоскости

Доступность космического сигнала системы на данный момент составляет 100%, непрерывность сигнала - 99,996%.

На рисунке 2 показано количество видимых спутников BDS. В глобальном масштабе в любой момент времени в поле зрения наблюдателя в зависимости от широты находятся 6–8 НКА.

Рисунок 2 – Количество видимых спутников BDS на 01:00 BDT 2 октября 2023 года, угол возвышения ≥ 5°

Помимо предоставления навигационных услуг BDS, таких как открытая услуга глобального координатно-временного и навигационного обеспечения и услуга высокоточного местоопределения на основе технологий PPP, которая предоставляется на территории КНР и прилегающих к ней районах, система работает над развитием следующих 4-х услуг:

1. Глобальная услуга поиска и спасания. Услуга функционирует за счет бортовых комплексов 6 НКА системы на средневысотных орбитах (по 2 НКА на каждой из средневысотных орбит), которые получают сигналы бедствия на частоте 406 МГц от соответствующих требованиям КОСПАС-САРСАТ аварийных радиобуев и перенаправляют их в диапазоне L (1544 МГц) в 47 наземных станций приема и обработки информации (СПОИ) MEOLUT по всему миру, которые затем вычисляют местоположение аварийного буя и передают информацию службам спасения;
2. Услуга широкозонной системы функционального дополнения космического базирования BDSBAS. Данная услуга обеспечивает с помощью сигнала B1C-BDSBAS (1575,42 МГц) потребителей системы GPS на территории КНР и прилегающих к нему районах эфемеридными, частотно-временными и ионосферными поправками, повышающими точность местоопределения до дециметрового уровня, а также осуществляющая контроль целостности радионавигационного поля системы GPS на указанных территориях;
3. Услуга передачи коротких сообщений:
   Региональная услуга передачи коротких сообщений. Услуга доступна на территории КНР и прилегающих к ней районах (территория, ограниченная 10° с.ш. и 55° с.ш, 75° в.д. и 135° в.д.). Бортовые комплексы для предоставления данной услуги размещены на 3 НКА на геостационарной орбите. Максимальная длина сообщения 14000 байт. Для передачи сообщений потребителю используется сигнал S2C.
   Глобальная услуга передачи коротких сообщений. Основное назначение этой услуги – информирование о чрезвычайных ситуациях и стихийных бедствиях. Оборудование для предоставления данной услуги размещено на 14 НКА системы на средневысотных орбитах, для реализации услуги задействованы МРЛ. Короткие сообщения передаются через сигнал B2b, их максимальный объем составляет 560 байт;
4. Региональная услуга функционального дополнения наземного базирования. Данная услуга доступна на территории КНР и обеспечивает потребителей дифференциальной корректирующей информацией к сигналам системы BDS B1I и B3I, системы GPS L1C/A, L2C и L5 и системы ГЛОНАСС L1OF и L2OF, повышающей точность местоопределения до сантиметрового уровня в реальном времени и миллиметрового в апостериорном режиме. Функционирование услуги обеспечивает сеть из 2200 базовых наземных станций. Услуга поддерживает технологию RTK и двухчастотный режим формирования поправок. Осуществляется посредством передачи корректирующих данных через мобильные сети связи.

Использование системы

В рамках использования системы отмечается устойчивый рост в продвижении BDS на рынке навигационных услуг.

В 2022 году общий объем производства услуг на базе ГНСС-технологий в Китае достиг 500,7 млрд юаней (около 71,5 млрд долларов США). Создана полная промышленная цепочка, включающая производство чипов, антенн, плат и приемников.

Спрос услуг на рынке ГНСС Азиатско-Тихоокеанского региона занимает лидирующие позиции. В 2022 году продажи навигационных устройств для мониторинга транспорта в Китае превысили 12 миллионов единиц. Продажи приемников для высокоточного оборудования, персональных устройств слежения и носимых устройств, в том числе тех, в которых сочетаются навигационные услуги с технологиями 5G, Wi-Fi и IoT, превысили 100 миллионов единиц.

Также продолжаются исследования по синергии возможностей BDS и других технологий (инерциальные системы, визуальные методы навигации и мобильная связь) для повышения точности местоопределения для различных сценариев применения.

В части применения услуг BDS свыше 100 000 единиц сельскохозяйственной техники обладают автоматизированной системой управления, свыше 100 000 лесных терминалов функционируют на базе платформы, специально созданной для применения в сфере лесопользования, используется свыше 20 000 ошейников BDS для скота с функцией определения местоположения, свыше 100 000 рыболовных суден оборудованы морскими терминалами BDS.

В области цифрового строительства интеграция геодезических, мультисенсорных данных и данных BDS оказалась незаменимой при реализации таких проектов, как железная дорога Чэнду-Кунмин, подводный тоннель Шэньчжэнь-Мавань и пустынное шоссе Синьцзян, значительно повысив качество и эффективность строительства при одновременном снижении материальных и трудовых затрат.

Значительный прогресс был достигнут в области приложений для потребителей. В 2022 году количество новых смартфонов с поддержкой BDS в Китае достигло 260 миллионов, что составляет 98,5 % от общего числа. Кроме того, начиная с июля 2022 года, пользователям смартфонов компании HUAWEI стала доступна услуга передачи коротких сообщений.

Кроме того, продукция на базе системы BDS экспортируется и используется в более чем половине государств и регионах мира, среди которых страны Восточной Европы, ассоциации государств Юго-Восточной Азии (АСЕАН), Западной Азии и Африки, для решения кадастровых задач, точного сельского хозяйства, интеллектуального управления портами и т.д., способствуя социально-экономическому развитию этих стран.

Международное сотрудничество

Представляя собой важный компонент глобальных навигационных спутниковых систем, BDS тесно связана с деятельностью международных партнеров. Китай принимает активное участие в мероприятиях в рамках международных организаций, таких как Организация Объединенных Наций, а также продолжает работу над обменом научно-техническими данными и сотрудничеством с провайдерами систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo, QZSS и NavIC.

С целью расширения инициатив по сотрудничеству Китай укрепляет двусторонние партнерские отношения. В марте 2023 года российско-китайский комитет по проекту крупного стратегического сотрудничества в области спутниковой навигации был преобразован в Подкомиссию по сотрудничеству в области спутниковой навигации Российско-Китайской комиссии по подготовке регулярных встреч глав правительств, первое заседание которого было проведено в октябре 2023 года. Также в октябре состоялся четвертый Китайско-арабский форум по сотрудничеству в области ГНСС.

Кроме того, Китай содействует интеграции BDS в международные стандарты. Система получила право обслуживать международные морские перевозки и стала глобальной навигационной спутниковой системой, основанной на международных стандартах подвижной связи. В июне 2022 года технические стандарты для сигналов BDS B2a и B3I были одобрены комитетом 3GPP. В ноябре 2022 года Китай официально стал одним из провайдеров среднеорбитального космического сегмента международной системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ. Также в ноябре 2022 года услуга коротких сообщений системы BDS была официально признана Международной морской организацией (ИМО).

Помимо этого, Китай ведет активную деятельность в области политики, стандартизации и защиты прав интеллектуальной собственности для поддержания открытого сотрудничества и устойчивого развития. В 2022 году Китай подал более 7 000 патентных заявок, связанных со спутниковой навигацией, что свидетельствует о его стремлении к инновациям и высококачественному развитию в этой сфере.

Перспективы развития системы

В ноябре 2022 года Информационное управление Госсовета КНР выпустило документ под названием "Китайская навигационная спутниковая система BeiDou в новой эре", в котором описывается путь преобразований BDS: раскрытие новых возможностей, стимулирование промышленного роста, продвижение совместных инициатив и будущий план развития, в котором можно отметить три основных направления:

• запуск резервных спутников для обеспечения стабильной и непрерывной работы системы;
• непрерывное улучшение управления системой и модернизация наземного сегмента BDS для обеспечения стабильного функционирования и повышения производительности;
• широкомасштабное продвижение системы на рынке навигационных услуг в целях коммерциализации, способствования индустриализации и выхода на глобальный рынок.

Помимо указанных направлений, в план дальнейшего развития входит создание перспективной всеохватывающей интеллектуальной интегрированной системы координатно-временного и навигационного обеспечения на базе BDS до 2035 года.

Источник:  https://www.gpsworld.com/bds-enhancing-system-operations-and-application-development-and-advancing-new-technologies/