Характеристика систем Bedou и Galileo

Навигацио́нная систе́ма «Бэйдо́у» китайская спутниковая система навигации. Планируется, что космический сегмент навигационной спутниковой системы Бэйдоу будет состоять из 5 спутников на геостационарной орбите, 3-х спутников на геосинхронной орбите (с наклонением 55°) и 27 спутников на средней околоземной орбите (~21 500 км).

Система была запущена в коммерческую эксплуатацию 27 декабря 2012 как региональная система позиционирования, при этом спутниковая группировка составляла 16 спутников. Планируется, что на полную мощность система выйдет к 2020 году. Китайские представители также отметили, что ещё предстоит урегулировать вопросы, касающиеся частотных диапазонов, с российской, американской и европейской сторонами, которые также владеют спутниковыми навигационными группировками. А пока китайская система работает на частоте сигнала B1, также отмеченного Евросоюзом как E2, с частотой 1559,052 — 1591,788 МГц. Обе стороны до сих пор не достигли окончательной договорённости по вопросам совместимости своих будущих спутниковых навигационных систем, несмотря на продолжающиеся с 2009 года переговоры по вопросу наложения специальных сигналов системы Compass на специальные сигналы PRS системы Galileo (1563—1591 МГц для гражданского сигнала).

Идея создания китайской национальной региональной навигационной системы была предложена в 1983 году. Концепция системы, использующей два геостационарных космических аппарата (рабочее название системы Twinsat), прошла экспериментальную проверку в 1989 г. Эксперимент проводился на базе двух связных космических аппаратов DFH-2/2A, уже находившихся на орбите.

Первый этап создания системы БЭЙДОУ (Beidou – Северный Ковш – китайское название созвездия Большой Медведицы) был начат в 1994 году. В 2000 году было запущено два геостационарных спутника: космический аппарат (КА) Beidou-1A (30 октября 2000) и Beidou-1B (20 декабря 2000). Аппараты системы Beidou-1 построены на базе связной геостационарной платформы DFH-3. 15 декабря 2003 китайская система БЭЙДОУ первого поколения была сдана в эксплуатацию. Запуск третьего геостационарного спутника Beidou-1C в 2003 году улучшил эксплуатационные характеристики системы.

Развитие системы БЭЙДОУ второго поколения БЭЙДОУ-2 началось в 2004 году. К концу 2012 года было запущено еще 14 спутников (5 геостационарных спутников, 5 спутников на наклонной геосинхронной орбите (ГСНО) и 4 спутника на средних орбитах), что позволило завершить развертывание орбитальной группировки. БЭЙДОУ-2 была разработана по принципу совместимости с БЭЙДОУ-1, с применением схемы пассивного позиционирования, что позволяло ей обеспечивать пользователей в странах Азиатско-тихоокеанского региона услугами определения местоположения, скорости, времени, широкодиапазонных дифференциальных поправок и отправки коротких сообщений.

Третий этап – это создание системы третьего поколения БЭЙДОУ-3, начат в 2009 году. Основной целью является обеспечение к 2018 году основных услуг для пользователей, находящихся на территории и акватории обоих Шелковых путей (сухопутного и водного), а также соседних регионов, и завершение развертывания орбитальной группировки из 35 КА, предназначенной для обеспечения услугами пользователей глобально к 2020 году.

Система БЭЙДОУ будет предоставлять два вида глобальных и два вида региональных услуг. Глобальными услугами являются услуги с открытым и санкционированным доступом. Региональные услуги — это услуга широкозонной дифференциальной коррекции и услуга передачи коротких сообщений.

Космический сегмент БЭЙДОУ представляет собой орбитальную группировку смешанного типа, состоящую из КА на орбитах 3 типов.
К 2020 году орбитальная группировка БЭЙДОУ будет состоять из 35 КА, из которых 5 КА Beidou-G должны находиться на геостационарной орбите (точки 58,75° в.д., 80° в.д., 110,5° в.д., 140° в.д. и 160° в.д.), 27 КА Beidou-M – на средней круговой орбите (высота 21 500 21528 км, период обращения 12 ч 53 мин, наклонение 55°) и 3 КА Beidou-IGSO – на геосинхронных наклонных высоких орбитах (три плоскости с пересечением подспутниковой точки трёх орбит на широте 118° в.д., высотой орбиты 35 786 км, наклонением 55°), (в трех плоскостях с высотой орбит 35 786 км и наклонением 55°), подспутниковые точки которых движутся на поверхности Земли по одной трассе в форме восьмерки, ось симметрии которой находится на долготе 118° в.д.

В качестве шкалы времени системы определено китайское универсальное глобальное время, которое поддерживается атомными стандартами частоты, установленными в центре управления в Пекине. Время системы БЭЙДОУ (BDT) связано с координированным всемирным временем (UTC) и синхронизировано с ним с точностью 100 нс. Началом отсчёта BDT является 0 ч 0 мин 1 января 2006 (UTC). По заявлению создателей системы, предусмотрена совместимость BDT со временем GPS/Galileo. Расхождение между шкалами времени GPST/GST измеряется и передаётся.

Наземный комплекс управления БЭЙДОУ построен по классической централизованной схеме: сеть беззапросных измерительных станций формирует отсчёты первичных измерений навигационных параметров радиосигналов навигационных космических аппаратов и передаёт их в центр управления системой, в котором формируется информация, закладываемая на борт космических аппаратов посредством специальных земных станций.

Сеть беззапросных измерительных станций БЭЙДОУ также располагается на территории Китая. Долгосрочная стратегия развития системы предполагает создание глобальной сети станций для повышения точностных характеристик навигационных услуг системы БЭЙДОУ.

О системе ГАЛИЛЕО

Глобальная навигационная спутниковая система ГАЛИЛЕО создается Европейским Союзом для обеспечения независимости стран членов в сфере координатно-временного и навигационного обеспечения.

Европейская программа по созданию ГНСС официально была утверждена в 1994, когда Европейский совет потребовал от Европейской комиссии предпринять шаги по развитию информационных технологий, включая и спутниковую навигацию. Было принято решение развивать два направления. Первое из них – создание систем функциональных дополнений существующих ГНСС GPS и ГЛОНАСС. Эта программа получила название European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS). Второе направление заключалось в создании собственной ГНСС, предназначенной для гражданского применения и построенной на принципах государственно-частного партнёрства. В 1999 Европейский проект по созданию ГНСС получил условное название ГАЛИЛЕО в честь итальянского астронома Галилео Галилея.

Экспериментальные спутники GIOVE-A и GIOVE-В были запущены на орбиту 28 декабря 2005 и 27 апреля 2008 соответственно. Основная задача GIOVE-A состояла в оценке точностных характеристик навигационных радиосигналов ГАЛИЛЕО во всех частотных диапазонах, а GIOVE-В - в тестировании навигационной полезной нагрузки.

Два первых навигационных космических аппарата (КА) были запущены 20 октября 2011 с помощью ракеты «Союз-СТБ» с космодрома в Куру. Технология выведения КА ГАЛИЛЕО предполагает групповые запуски по два КА на российской ракете-носителе «Союз» и по четыре КА на европейской ракете «Ариан-5».

Полностью развёрнутая орбитальная группировка ГАЛИЛЕО обеспечит работу трех режимов навигационного обслуживания и предоставит следующие виды навигационных услуг:

• Открытая услуга (Open Service) - открытые сигналы, без абонентской и другой платы, доступные всем видам потребителей.
• Коммерческая услуга (Commercial Service) - зашифрованный сигнал, доступ к двум дополнительным сигналам, более высокая скорость передачи данных.
  Коммерческая услуга будет обеспечивать две функции – глобальную высокоточную навигацию и аутентификацию навигационного сигнала. Для технической реализации коммерческой услуги CS будут использоваться сигналы открытой услуги плюс два зашифрованных сигнала в диапазоне E6 (сигналы ГАЛИЛЕО).
• Услуга с регулируемым государством доступом (Public Regulated Service) - для координатно-временного обеспечения регламентированных пользователей (два сигнала PRS c зашифрованными дальномерными кодами).

Орбитальное построение ГАЛИЛЕО предполагает, что на орбите будет 27 КА на трех круговых орбитах высотой 23 229 км, периодом обращения 14 ч, наклонением 56˚. По целевому назначению используются 24 КА, один КА в каждой орбитальной плоскости является резервным. Такая конфигурация группировки была выбрана, исходя из гарантированного обеспечения требований по точности и доступности при минимальных затратах на коррекцию орбиты за время существования космического аппарата.

В системе ГАЛИЛЕО используется традиционная геоцентрическая декартова система координат, которая получила название Galileo Terrestrial Referenfce Frame (GTRF). Эта система координат связана с международной земной системой координат ITRF и определена таким образом, что её расхождение с ITRF не превышает 3 см с вероятностью 0,95. Для поддержания GTRF создана специальная геодезическая служба ГАЛИЛЕО, которая также обеспечивает участие международного сообщества в определении и поддержании системы координат GTRF.

Шкала времени системы ГАЛИЛЕО (Galileo System Time – GST) – непрерывная атомная шкала времени с постоянным смещением на целое количество секунд относительно международного атомного времени TAI. Со шкалой времени UTC шкала GST имеет переменное расхождение на целое количество секунд.

Шкала GST поддерживается системой атомных эталонов частоты, основанных на активных водородных генераторах. Для корректировки GST система синхронизации наземного комплекса управления ГАЛИЛЕО получает из Международного бюро мер и весов информацию о шкале времени TAI. Согласно техническим требованиям на систему ГАЛИЛЕО, расхождение между GST и TAI не должно превышать 50 нс с вероятностью 95%.

Информация о величине расхождения шкалы времени GST относительно шкал TAI и UTC включена в навигационное сообщение для передачи потребителям. Время в навигационном сообщении передаётся в формате, аналогичном GPS, в виде номера недели и количества секунд внутри текущей недели. В навигационном сообщении, по сравнению с GPS, увеличено число разрядов, предназначенных для передачи информации о номере недели. Это обеспечивает измерение времени в течение 4 096 недель (более 78 лет), что больше аналогичного параметра системы GPS, где интервал составляет 1 024 недели или 19,5 лет. Начало отсчёта системного вемени GST - 22 августа 1999 года - время, когда неделя GPS достигла значения 1 024.

Точность временной синхронизации по сигналам ГАЛИЛЕО составит 30 нс с вероятностью 95% на любом суточном интервале. Отдельным параметром передаётся расхождение между шкалами времени GPS и GST аналогично тому, как это сделано в ГЛОНАСС.