Китайская система глобального позиционирования BeiDou реально работает

Газета «Жэньминь Жибао» (см. http://russian.people.com.cn/n/2015/0215/c31517-8850995.html ) со ссылкой на государственное китайское информационное агентство «Синьхуа» опубликовала следующее сообщение:

В настоящее время максимально возможная точность китайской спутниковой навигационной системы «Бэйдоу» составляет 10 метров, а точность скорости – 0,7 метра в секунду. Об этом сообщил в четверг на пресс-конференции представитель управления по морским делам Министерства транспорта КНР Ли Цинпин.

«Согласно государственной программе, к 2020 году планируется полностью развернуть работу системы, тогда количество спутников для обеспечения системы увеличится с нынешних 20 до более 30», – отметил Ли Цинпин.

Безопасность внедрения системы «Бэйдоу» официально подтверждена участниками 94-го заседания Комитета по безопасности на море в ноябре 2014 года. Это стало символом того, что «Бэйдоу» официально стала третьей после американской GPS и российской ГЛОНАСС системой глобального зондирования, которая получила право на обслуживание мировых пользователей морской навигации.

Конец цитаты

По сути, это означает начало реальной работы и возможность реального использования китайской системы для навигации на море, но пока еще не на всей территории суши. Попробуем разобраться с достигнутыми этой системой результатами.

BeiDou-Preview-01

Системы спутниковой навигации (позиционирования на местности) предполагают прием со спутников радиосигналов для вычисления точного местоположения на земле с дальнейшей привязкой к имеющейся для этой местности карте. Обычно вычисляется широта, долгота и высота над уровнем моря, причем с необходимой точностью (в пределах метров). Спутник должен быть в зоне прямой видимости, чтобы приемник получал сигнал непосредственно со спутника, а не отраженные сигнал от окружающих предметов и препятствий. Если система такого рода действует на всей территории нашей планеты (ну, или почти на всей), то такая система называется глобальной – GNSS (global navigation satellite system, глобальная спутниковая навигационная система). Пока глобальными были только американская GPS (Global Positioning System, глобальная система позиционирования) и наша ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система).

Спутники передают сигнал с данными о своем положении на орбите Земли и точный сигнал о времени отправки этого сообщения. Сигналы всех спутников синхронизированы между собой по времени (так называемая система точного времени на основе атомных часов), поэтому по задержке при пересылке сигналов от нескольких спутников в одну точку на Земле можно вычислить координаты этой точки на основе положения спутников на орбите. Для вычисления координат на уровне моря достаточно сигналов от трех спутников, но для определения места на суше потребуется уже не менее четырех сигналов от разных спутников, поскольку дополнительно нужно вычислить высоту (точнее: высоту над уровнем моря). Разумеется, для движущихся объектов и определения их скорости нужно еще больше сигналов, особенно для объектов, движущихся с большими скоростями.

Для глобального покрытия необходимо 20…30 спутников на орбите (точнее на средней по высоте орбите). Американская GPS поддерживается с орбитальной группировкой из 24 спутников, российская ГЛОНАСС – 24 спутника, согласно данным официального сайта (см. http://glonass-iac.ru/GLONASS/ ). Теперь и китайская система имеет 20 спутников (см. http://en.beidou.gov.cn/ ), поэтому обеспечивает точное позиционирование на море и точное позиционирование в китайском регионе, но недостаточно точное позиционирование на местности по всему миру. Глобальное покрытие китайской системы обещано к 2020 году, причем название должно быть заменено на Compass. Европейская система  Galileo не выше пока за пределы разговоров и разработок, равно как и аналогичные французская, индийская и японская системы.

BeiDou-Preview-02

Запуск одного из спутников BeiDou (http://www.beidou.gov.cn/2012/10/26/201210266292300e2bfe4e9c8516c8794a131db3.html )

Кстати, российская ГЛОНАСС использует орбиты, оптимальные для позиционирования в высоких широтах (северные и южные полярные регионы), поэтому в арктических районах США (Аляска) сигнал GPS ловится плохо, но система ГЛОНАСС дает более точные результаты.

Точность позиционирования на местности определяется не только числом «видимых» спутников, но и точностью передаваемых с них сигналов времени: чем выше точность сигнала времени (чем больше число значащих цифр), тем выше точность определения места на карте. В американской GPS (как, наверное, и в отечественной системе ГЛОНАСС) точность времени (показание времени в спутниковом сигнале) состоит из двух частей: открытой для общедоступного применения (Standard Positioning Service, SPS) и закрытой (шифрованной или Precision Positioning Service – PPS) для военного применения страной, которая является владельцем глобальной системы навигации. Если использовать технические термины, то в PPS используются два сигнала для корректировки искажений из-за влияния ионосферы Земли. Первоначально, для гражданского применения в GPS был «открыт» сигнал, обеспечивающий максимальную точность на суше в пределах 10 м, затем гражданскую точность повысили до максимальных 1…2 метров, хотя «военная» точность измеряется в сантиметрах (миллиметрах?).  В наиболее неблагоприятных условия (worst case) гражданская  SPS GPS обеспечивает точность 7,8 м в 95%, но обычно точность составляет менее 1 м (см. http://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/ ). Для сравнения: точность ГЛОНАСС обычно немного меньше 2 м (http://glonass-iac.ru/GLONASS/technical_characteristics.php ). В начале этой статьи мы уже отметили, что точность BeiDou равна 10м на данный момент. Все три системы стремятся повысить точность в самом ближайшем будущем.

BeiDou-Preview-03

Обтекатель для 14-го и 15-го спутников BeiDou (http://www.beidou.gov.cn/2012/09/21/20120921be5baef7f42c43fa9153955e7741cd82.html )

Причем Россия и Китай планируют объединить усилия в этой области: подписано положение о сотрудничестве России и Китая в области спутниковой навигации (см.  http://www.federalspace.ru/21279/ или http://www.beidou.gov.cn/2015/02/11/201502117e8875aef32b47aca4f4466e092ecd96.html ) в рамках межгосударственного «Комитета по спутниковой навигации России и Китая».  Недавно завершилась совместная рекогносцировка для распределения работ по размещению станций системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ) российской спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС на территории Китая в городах Урумчи и Чанчунь.

Заметим, что наличие собственной спутниковой навигационной системы (причем лучше – глобальной, чтобы отстаивать национальные интересы в любой точке Земли) является одним из очевидных свойств любого независимого во всех отношениях государства.

Фото и иллюстрации: http://www.beidou.gov.cn/ , http://blogs.agi.com/agi/2011/12/28/chinese-gps-system-beidou-begins-service/