Лекция по анатомии мобильных устройст
в.
Навигация (GPS, ГЛОНАСС и др.) в смартфонах и планшетах. Источники ошибок. Методы
тестирования.
Еще совсем недавно в торговых сетях можно было купить устройства под названием "Навигаторы". Главная функция этих устройств полностью соответствовала их названию, и выполняли они её, как правило, хорошо.
В то время в мире практически единственной нормально работающей системой навигации была американская GPS (Global Positioning System), и её хватало на все потребности. Собственно, слова "навигация" (навигатор) и GPS были в то время синонимами.
Всё изменилось, когда производители КПК (карманных компьютеров), а затем смартфонов и планшетов, стали встраивать в свои устройства поддержку навигации. Физически она реализовывалась в виде встроенных приемников навигационных сигналов. Иногда поддержку навигации можно было найти даже в кнопочных телефонах.
С этого момента всё изменилось. Навигаторы, как
отдельные устройства, почти исчезли и из производства, и из продажи. Потребители
в массовом порядке перешли на использование смартфонов и планшетов в качестве
навигаторов.
Тем временем были успешно запущены в эксплуатацию еще две системы
навигации - российская ГЛОНАСС и китайская Beidou (Бэйдоу,
BDS).
Но это не значит, что в качестве навигации что-то стало лучше. Функция навигации в этих устройствах (смартфонах и планшетах) стала уже не основной, а одной из многих.
В результате многие пользователи стали замечать, что для целей навигации не все смартфоны "одинаково полезны".
Вот здесь мы и подходим к проблеме определения источников ошибок в навигации, включая вопрос и о роли недобросовестности производителей устройств в этом вопросе. Печально, но факт.
Но прежде чем винить производителей во всех грехах, разберемся сначала с источниками ошибок в навигации. Ибо производители, как мы выясним далее, виноваты не во всех грехах, а только в половине. :)
Ошибки в навигации можно разделить на два основных класса: вызванные внешними относительно устройства навигации причинами, и внутренними.
Начнем с внешних причин . Они возникают, в основном, из-за неравномерности атмосферы и естественной технической погрешности средств измерений.
Их примерный вклад таков:
Преломление сигнала в ионосфере
± 5 метров;
- Колебания орбиты спутника
± 2.5 метра;
- Ошибка часов спутника
± 2 метра;
- Неравномерность тропосферы
± 0.5 метра;
-
Влияние отражений от предметов
± 1 метр;
- Погрешности измерения в приемнике ± 1
метр.
Эти погрешности имеют случайный знак и направление, поэтому итоговая погрешность рассчитывается в соответствии с теорией вероятностей как корень из суммы квадратов и составляет 6.12 метра. Это не значит, что погрешность всегда будет такой. Она зависит от количества видимых спутников, их взаимного расположения, а наиболее всего - от уровня отражений от окружающих предметов и влияния препятствий на ослабление сигналов спутников. В результате погрешность может быть как выше, так и ниже приведенной "усредненной" величины.
Ослабление сигналов от спутников может наступать, например, в следующих случаях:
- при нахождении внутри помещения;
- при нахождении между близко расположенными высокими объектами
(между высотными зданиями, в узком горном ущелье и т.п.);
- при нахождении в лесу. Как показывает опыт, плотный высокий лес
может значительно затруднять навигацию.
Эти проблемы связаны с тем, что высокочастотные радиосигналы распространяются подобно свету – то есть только в пределах прямой видимости.
Иногда навигация, пусть и с ошибками, может работать и на отраженных от препятствий сигналах; но при многократном переотражении они становятся настолько слабыми, что навигация с ними работать перестает.
Теперь переходим к "внутренним" причинам ошибок в навигации; т.е. которые создаются самим смартфоном или планшетом.
Собственно, проблем здесь только две. Во-первых, слабая чувствительность навигационного приемника (или проблемы с антенной); во-вторых, «кривой» софт смартфона или планшета.
Перед рассмотрением конкретных примеров поговорим о способах проверки качества навигации.
Методы тестирования навигации .
1. Тестирование навигации в «статике» (при неподвижном положении смартфона/планшета).
Такая
проверка позволяет определить следующие параметры:
- скорость первоначального определения координат при «холодном
старте» (засекается по часам);
- список навигационных систем, с которыми работает данный смартфон/планшет (GPS,
ГЛОНАСС и т.д.);
- расчетную точность определения координат;
- скорость определения координат при «горячем старте».
Эти параметры можно определить как с помощью обычных навигационных программ, так и с помощью специальных тестовых программ (что удобнее).
Правила тестирования в «статике» очень просты: тестирование должно делаться на открытом пространстве (широкая улица, площадь, поле и т.п.) и при отключенном интернете . При нарушении последнего требования время «холодного старта» может значительно ускориться за счет прямого скачивания орбит спутников из интернета (A-GPS, assisted GPS) вместо их определения по сигналам с самих спутников; но уже будет «не честно», поскольку это уже не будет чистая работа самой системы навигации.
Рассмотрим пример работы программы тестирования навигации AndroiTS (существуют и аналоги):
(кликнуть для
увеличения)
На только что представленной картинке видно, что смартфон работает с тремя навигационными системами: американской GPS, российской ГЛОНАСС и китайскойBeidou (BDS ).
В нижней части скриншота видны успешно определенные координаты текущего места. Величина одного градуса по широте – примерно 100 км, соответственно, цена единицы младшего разряда – 10 см.
Величина одного градуса по долготе – разная для разного географического положения. На экваторе она тоже составляет около 100 км, а вблизи полюсов уменьшается до 0 (у полюсов меридианы сближаются).
Справа от колонки с обозначением государственной принадлежности спутников идет колонка с номерами спутников. Эти номера к ним жестко привязаны и не меняются.
Далее идут колонки с цветными столбиками. Величина столбиков означает уровень сигнала, а цвет - их использование системой навигации или не использование. Неиспользуемые спутники обозначены серыми столбиками. Цвет используемых зависит от их уровня сигнала.
Следующая колонка - это тоже уровень сигнала от навигационных спутников, но уже в цифрах ("условных единицах").
Затем идет колонка с зелеными галочками и красными прочерками - это повтор информации о том, используется спутник или нет.
В верхней строке словом "ON" обозначен статус состояния навигации; в данном случае это означает, что в настройках смартфона разрешено определение координат и они определены. Если же там указан статус "WAIT" , то определение координат разрешено, но необходимое количество спутников еще не найдено. Статус "OFF" означает, что в настройках смартфона определение координат запрещено.
Затем кружочком с концентрическими окружностями и цифрой 5 обозначена расчетная точность определения координат в данный момент - 5 м. Эта величина рассчитывается, исходя из количества и "качества" используемых спутников и предполагает, что обработка данных от спутников в смартфоне делается без ошибок; но, как увидим далее, это не всегда так.
По мере движения спутников все эти данные должны меняться, но координаты (в нижней строке) должны меняться незначительно.
К сожалению, данное приложение не показывает время, затраченное на первоначальное определение координат ("холодный старт"), да и другие подобные приложения - тоже. Это время надо "засекать" вручную. Если время «холодного старта» составило менее минуты, то это – отличный результат; до 5 минут – хороший; до 15 минут – средний; более 15 минут – плохой.
Для определения скорости «горячего старта» достаточно выйти из программы тестирования и через несколько минут снова зайти. Как правило, за время запуска тестовой программы она успевает определить координаты и сразу же предъявляет их пользователю. Если же задержка с предъявлением координат при «горячем старте» превышает 10 секунд, то это уже подозрительно долго.
Эффект быстрого определения координат при «горячем старте» связан с тем, что система навигации запоминает последние вычисленные орбиты спутников и ей не надо заново их определять.
Итак, с тестированием навигации в «статике» разобрались.
Переходим ко 2-ому пункту тестирования навигации - в движении.
Главное предназначение навигации – привести нас в правильное место в процессе движения, и без проверки в движении тест был бы неполным.
В процессе движения с точки зрения навигации существуют три типа местности: открытая местность, городская застройка и лес.
Открытая местность – это идеальные условия навигации, здесь проблем нет (разве только у совсем "отстойных" устройств).
Городская застройка в большинстве случаев характеризуется наличием высокого уровня отражений и небольшим снижением уровня сигнала.
Лес «работает» наоборот – существенное ослабление сигнала и небольшой уровень отражений.
Для начала посмотрим на образец почти "идеального" трека:
На картинке изображены два трека: туда/обратно (так будет и далее почти на всех картинках). Такие картинки позволяют сделать достоверный вывод о качестве навигации, так как можно сличить два почти одинаковых трека между собой и с дорогой. На этой картинке всё хорошо – колебания трека находятся в пределах естественной погрешности. В верхней части адекватно прорисован проезд по разные стороны кольцевого перекрестка. В некоторых местах заметно расхождение между треками, вызванное, вероятно, отражениями сигнала от водной поверхности и от металлических конструкций моста через реку. А в некоторых - почти идеальное совпадение.
Теперь разберем несколько типовых случаев "проблемных" треков.
Посмотрим на трек GPS смартфона, на который повлияло снижения уровня сигнала в высоком лесу:
Расхождение треков друг с другом и с дорогой заметное, но далеко не катастрофическое. В данном случае точность навигации в смартфоне снизилась в пределах "естественной убыли" для таких условий. Такой смартфон надо признать подходящим для навигационных целей.
В правой части скриншота хорошо заметны расхождения треков между собой и дорогой. Такие расхождения в условиях подобной "колодцеобразной" застройки почти неизбежны, и в данном случае никак не свидетельствуют против тестируемого смартфона.
Теоретически, чем больше систем навигации поддерживает смартфон (планшет), тем
больше спутников он использует для навигации и тем меньше должна быть ошибка.
Практически же это не всегда так. Довольно часто из-за "кривого"
софта смартфон не может правильно состыковать данные от разных систем и в
результате возникают аномальные ошибки. Рассмотрим несколько примеров.
Возьмем, например, такой трек:
На только что приведенном скриншоте виден иглообразный выброс, который не мог быть следствием каких-то помех: путь проходил через малоэтажную застройку без густых лесопарковых насаждений. Данный выброс целиком на совести "кривого" софта.
Но это были еще "цветочки". Бывают смартфоны, где аномальные ошибки навигации - это уже не "цветочки", а "ягодки":
При записи данного трека аномальные ошибки "кривого" софта соединились с
ослаблением сигналов в высоком лесу. В результате получился трек, по которому
просто невозможно догадаться, что путь туда и обратно был пройден по одной и той
же тропинке трезвым человеком. :)
А густой пучок линий в верхней части - это "путь" неподвижно
лежащего смартфона во время привала. :)
Есть еще один вид аномальных ошибок, связанный с паузой в потоке данных, поступающих от навигационного приемника к вычислительной части смартфона:
На этой картинке видно, что часть пути (примерно 300 м) прошла по прямой линии, притом частично прямо по воде. :)
В данном случае смартфон просто соединил прямой линией точки пропажи и появления потока координат. Их пропажа могла быть связана как с уменьшением количества видимых спутников ниже критического числа, так и с "кривым" софтом и даже аппаратными проблемами (хотя последнее и маловероятно).
В случае же полного пропадания сигналов от спутников, навигационные программы обычно не соединяют прямыми линиями точки пропажи и появления, а оставляют просто "пустое место" (получается разрыв в треке):
На этой картинке виден разрыв трека в том месте, где часть пути прошла по подземному переходу с полным пропаданием видимости всех спутников.
После изучения причин и характерных ошибок навигации, пора перейти к выводам .
Наилучшая навигация, как и следовало ожидать, бывает у смартфонов и планшетов "высоких" брендов. С ними проблемы в виде аномальных ошибок пока что не обнаруживались. И, разумеется, чем больше систем навигации поддерживает устройство, тем лучше. Правда, поддержка китайской Beidou пока имеет смысл при использовании устройства в регионах и странах, расположенных недалеко от Поднебесной. Китайская система навигации не глобальная, а "местная" (на данный момент). Так что поддержки GPS и ГЛОНАСС будет вполне достаточно.
Если же смартфон или планшет имеют не слишком "именитое" происхождение, то проблемы с навигацией могут быть, а могут и не быть. Перед его боевым применением рекомендуется его протестировать как в статике, так и в движении в различном окружении, чтобы впоследствии он не преподнес какой-либо неприятный сюрприз. В большинстве случаев мобильные устройства с поддержкой одной только GPS приносят меньше проблем, хотя и точность у них ниже, чем у многосистемных.
К сожалению, при выборе смартфона (планшета) с хорошей навигацией ориентироваться по обзорам устройств в интернете довольно сложно. Подавляющее число IT- порталов игнорируют проверку навигации в движении и в сложных условиях. Такую проверку делают только на данном портале () и еще буквально на паре других.
В заключение надо сказать, что навигационными средствами сейчас оборудуются не только смартфоны и планшеты, но и многие другие устройства. Они устанавливаются, например, в фотоаппаратах, видеокамерах, GPS- трекерах, автомобильных видеорегистраторах, смарт-часах, некоторых специализированных типах устройств, и даже в электронной системе налогообложения водителей российских большегрузов "Платон".
Ваш Доктор
.
20.01.2017
Вывел на орбиту еще два спутника навигационной системы Beidou, в результате чего страна завершила формирование группировки спутников BDS-3 для предоставления навигационных услуг странам инициативы «Один пояс - один путь».
Это событие по сути знаменует собой завершение создания глобальной навигационной системы Beidou, которая станет конкурентом американской GPS и российской ГЛОНАСС .
Китай запустил аналог ГЛОНАСС
Правительство Поднебесной планирует не только заменить GPS в Китае на Beidou, но и предлагать базовые услуги спутниковой навигации своим партнерам по всему миру, начиная с конца 2018 года.
По словам главного конструктора Beidou Ян Чанфэна, вывод в космос еще двух спутников Beidou стал ключевым этапом перехода национальной экспериментальной системы к региональной, а впоследствии и к международной навигационной системе. Он также отметил, что точность позиционирования спутников была увеличена с 5 до 2,5 метров в сравнении со спутниками предыдущего поколения BDS-2.
Новые навигационные спутники были доставлены на орбиту при помощи ракеты-носителя «Чанчжэн-3-Би». Запуск состоялся с космодрома Сичан (провинция Сычуань, Юго-Западный Китай) в 02:07 по местному времени (21:07 мск). Спустя три часа после старта оба спутника вышли на расчетные средневысотные околоземные орбиты.
К ноябрю 2018 года на орбите находится 19 спутников серии BDS-3, а всего система Beidou включает 43 аппарата. В 2019-2020 годах КНР планирует запустить еще шесть аппаратов серии Beidou-3 на средневысотную околоземную орбиту.
Beidou стала четвертой глобальной навигационной системой после GPS, ГЛОНАСС и европейской . Индия также строит собственную систему под названием Regional Navigation Satellite System (IRNSS)
2017: Россия и Китай создадут технопарк по спутниковой навигации
Государственная комиссия по китайской навигационной спутниковой системе предложила осенью 2017 года государственной корпорации по космической деятельности участвовать в создании международного инновационного центра по применению спутниковой навигации, сообщают центральные СМИ .
Предполагается, что совместный центр займется разработкой приложений на основе спутникового позиционирования
Структура может быть создана на базе одного из университетов Китая . Все детали проекта планируется обсудить в мае 2018 года во время 9-й Китайской конференции по спутниковой навигации в Харбине.
"В центре будет сосредоточена информация о последних достижениях в области, можно будет демонстрировать оборудование и аппаратуру, проводить обучение и повышать знания. Можно сказать, аналог "Сколково", но со специализацией по спутниковой навигации", - уточнили в госкорпорации.
Эксперты считают, что реализация совместного российско-китайского проекта будет способствовать стратегическому сотрудничеству между системами ГЛОНАСС и BeiDou, договоренность о котором достигнута на политическом уровне.
Сейчас стороны работают над созданием совместного приемника ГЛОНАСС/BeiDou, реализуют проект по навигационно-информационному обеспечению трансграничных переходов.
2012
В конце 2012 года Навигационное бюро КНР (China Satellite Navigation Office) опубликовало спецификацию сигналов китайской навигационной системы Beidou. Отныне любой производитель может выпускать приемники, использующие сигналы этой системы. Желающие скорее всего найдутся, несмотря на то, что рабочих спутников в системе Beidou сейчас все еще меньше, чем, например, в ГЛОНАСС .
Согласно планам, система Beidou (в переводе с китайского означает «Северный ковш», что соответствует названию созвездия «Большая Медведица»; иногда еще используется название «Compass») будет состоять из 35 спутников – пяти на геостационарных орбитах и тридцати на орбитах средней высоты. Ожидается, что горизонтальная точность определения координат у китайской спутниковой навигационной системы составит 10 м, точность измерения времени – 10 наносекунд, а точность измерения скорости – 0,2 м/с. Платные пользователи получат более точные данные, а также способность коммуницировать с помощью спутниковой связи.
Идея создать собственную навигационную систему появилась в КНР еще в 1980 году. Первый экспериментальный спутник был запущен в 2000 году. В настоящее время планируется, что Beidou будет полностью развернута к 2020 году. В декабре 2012 года Beidou начала предоставлять потребителям услуги в Азиатско-Тихоокеанском регионе. В настоящее время в космосе находятся 14 работоспособных космических аппаратов. В 2012 году было запущено шесть навигационных спутников.
Быстрый прогресс в строительстве китайской навигационной системы выглядит чудом. Особенно если вспомнить, что еще в 2009-м году мир потешался над историей с космическим аппаратом Beidou G2. Напомню: китайский навигационный спутник G2 системы Beidou был запущен 15 апреля 2009 года и 23 апреля, как заявило китайское агентство Синьхуа, вышел на заданную орбиту. Вскоре после этого он сдвинулся от своей орбиты на 10 градусов, стал неконтролируемым и принялся дрейфовать к западу, пополнив ряды космического мусора. Примерно такая же история произошла и в 2007-м году, когда спутник Beidou 1D, запущенный Китаем, вышел из под контроля китайских специалистов. Позже КНР сделало попытку поднять Beidou 1D на 130 км, чтобы сделать его менее опасным для действующих геостационарных спутников других стран.
Прошло всего три года – и вот китайские навигационные спутники функционируют исправно и вполне надежно, и шумные казусы с ними более не случаются. Согласно измерениям, точность определения координат в системе Beidou в Азиатско-Тихоокеанском регионе составляет в настоящее время порядка 25 метров по горизонтали и 30 метров по вертикали. Исследовательский центр топографического развития Государственного бюро геодезии и картографии КНР совместно с издательством «Общественная и научная литература» опубликовали некоторое время назад доклад о развитии спутниковой навигации в Китае в 2011 году. Согласно документу, эта отрасль вступила в КНР в период стремительного развития. Предполагается, что к 2015 году оборот отрасли превысит 225 млрд юаней (порядка $36 млрд) и станет новой важной точкой роста национальной экономики.
- 2000-2003: Экспериментальная система Бэйдоу из трёх спутников.
- к 2012 году: Региональная система для покрытия территории Китая и прилегающих территорий.
- к 2020 году: Глобальная навигационная система.
Бэйдоу-1
Первый спутник, «Бэйдоу-1А», был запущен 30 октября 2000 года. Второй, «Бэйдоу-1B», - 20 декабря 2000. Третий спутник, «Бэйдоу-1C», отправлен на орбиту 25 мая 2003 . Система считалась введённой в эксплуатацию с успешного запуска третьего спутника.
2 ноября 2006 Китай заявил, что с 2008 года Бэйдоу будет предлагать открытые услуги с точностью определения местоположения 10 метров . Частота системы «Бэйдоу»: 2491,75 МГц.
27 февраля 2007 года был также запущен четвёртый спутник в рамках «Бэйдоу-1», называемый иногда «Бэйдоу-1D», а иногда - «Бэйдоу-2А». Он выполнял функции подстраховки, на случай выхода из строя одного из запущенных ранее спутников . Сообщалось, что у спутника были неполадки в системе управления, но впоследствии они были устранены .
Бэйдоу-2
В апреле 2007 успешно выведен на орбиту первый спутник группировки «Бэйдоу-2», названый «Компас-M1». Данный спутник является настроечным для частот Бэйдоу-2. Второй спутник, «Компас-G2», запущен 15 апреля 2009 . Третий («Компас-G1») запущен на орбиту носителем Чанчжэн-3C 17 января 2010 . Четвёртый спутник запущен 2 июня 2010 . Носитель Чанчжэн-3A вывел четвёртый спутник со спутниковой площадки в Сичане 1 августа 2010 года .
24 февраля 2011 было развернуто 6 действующих спутников, 4 из них видны в Москве: COMPASS-G3, COMPASS-IGSO1, COMPASS-IGSO2 и COMPASS-M1.
По некоторым источникам, в начале 2011 года Госсовет КНР пересмотрел архитектуру системы и внёс корректировки в план запусков КА. Было принято решение завершить формирование орбитальной группировки для обслуживания регионального потребителя к началу 2013 года. Согласно откорректированному графику, группировка системы Compass/Beidou к началу 2013 году будет включать в себя 14 космических аппаратов, в том числе: 5 спутников на геостационарной орбите (58,5° в.д, 80° в.д., 110,5° в.д., 140° в.д., 160° в.д.); 5 спутников на наклонной геосинхронной орбите (высота 36000 км, наклонение 55°, 118° в.д.); 4 спутника на средней околоземной орбите (высота 21500 км, наклонение 55°).
27 декабря 2011 года «Бэйдоу» была запущена в тестовом режиме, охватывая территорию Китая и сопредельных районов.
27 декабря 2012 года система была запущена в коммерческую эксплуатацию как региональная система позиционирования, при этом спутниковая группировка составляла 16 спутников.
8 мая 2014 года система прошла экспертную проверку, в ходе которой было установлено, что в районе города Тяньцзинь точность составляет менее 1 метра благодаря новой построенной наземной станции корректировки. .
Бэйдоу-3
Планируется развертывание глобальной навигационной системы в составе 35 космических аппаратов к 2020 году (по другим источникам - 36 КА, по третьим - 37 КА), в числе которых: 5 спутников на геостационарной орбите ; 3 спутника на наклонной геосинхронной орбите ; 27 спутников на средней околоземной орбите; несколько дополнительных спутников возможно составят орбитальный резерв .
5 геостационарных спутников (Beidou-3G ) будут располагаться на орбитальных позициях 58,5°, 80°, 110,5°, 140° и 160° восточной долготы и будут запускаться по мере окончания срока службы уже действующих аппаратов второго поколения. Спутники созданы на базе китайской космической платформы DFH-3B, их стартовая масса составит около 4600 кг .
3 спутника (Beidou-3I ), которые будут располагаться на геосинхронной орбите с наклонением 55°, созданы на основе той же платформы, с более низкой мощностью и меньшим весом - около 4200 кг .
27 спутников (Beidou-3М ) для размещения на средней околоземной орбите (высота около 21500 км, наклонение 55°) выполнены на базе новой, более компактной, космической платформы с использованием некоторых деталей проверенной платформы DFH-3B. Размеры спутника в сложенном состоянии составят 2,25 × 1 × 1,22 м, стартовая масса - 1014 кг. После завершения вывода всех спутников в космос, они будут размещаться на 3 орбитальных плоскостях по 9 аппаратов в каждой. Могут быть выведены на орбиту по одиночке с помощью ракеты-носителя Чанчжэн-3C и верхней ступени YZ-1 ; по 2 спутника с помощью ракеты-носителя Чанчжэн-3B и верхней ступени YZ-1; а также по 4 спутника за раз с помощью будущих ракеты-носителя Чанчжэн-5 и верхней ступени YZ-2 .
В 2015 году были запущены первые спутники нового поколения: 2 на среднюю околоземную орбиту (BDS M1-S и BDS M2-S ) и 2 на наклонную геосинхронную (BDS I1-S и BDS I2-S ).
История создания ГНСС BeiDou
Китайская навигационная система получила название Beidou Серии BNTS (BeidouNavigationTestSatellite). Название аппаратов происходит от китайского наименования созвездия Большой Медведицы.
Идея создания китайской региональной навигационной системы из двух КА на геостационарной орбите была предложена в 1983 г. Чэнь Фанъюнем (ChenFangyun). Концепция прошла экспериментальную проверку в 1989 г. Эксперимент проводился на базе двух находящихся на орбите КА DFH-2/2A.
По утверждению китайской стороны, испытания показали, что точность, которой можно достичь с помощью системы из двух геостационарных КА, сопоставима с точностью, обеспечиваемой системой GPS. Это утверждение представляется весьма спорным. Видимо, при сравнении точности речь идет о системе, включающей не только КА на ГСО, но и несколько сверх длинноволновых наземных станций. В совокупности они образуют единую сеть опорных радионавигационных точек и позволяют создать разностно-дальномерную радионавигационную систему. Отличием такой системы от, например, GPS или ГЛОНАСС является невозможность применения скоростных измерений. Точность определения координат потребителя в такой системе, в принципе, сравнима с точностью, обеспечиваемой «гражданским» сигналом системы GPS в режиме селективного доступа при условии, что текущее положение навигационных КА на ГСО известно с высокой точностью.
В 1993 г. программа Beidou была официально запущена в реализацию. В конструкции аппарата использован тот же базовый блок, что и у связного спутника DFH-3. КА построен на базе связной геостационарной платформы DFH-3.
Китай приступил к самостоятельной разработке спутниковых навигационных систем с 1994 г. До этого подобные научно- технические изобретения были способны создавать лишь в США, России и Европе.
В 2000 году начато проектирование второго поколения навигационной системы, которая будет включать большее число спутников и обслуживать не только территорию КНР, но и другие районы.
15 декабря 2003 года китайская система "Бэйдоу" первого поколения была сдана в эксплуатацию, что позволило стране войти в тройку стран, владеющих собственной спутниковой навигационной системой.
О создании Китайской глобальной навигационной системы было объявлено в 2006 году.
Планируется развертывание глобальной навигационной системы в составе 35 космических аппаратов к 2020 году (по другим источникам - 36 КА, по третьим - 37 КА), в числе которых: 5 спутников на геостационарной орбите;3 спутника на наклонной геосинхронной орбите; 27 спутников на средней околоземной орбите; несколько дополнительных спутников возможно составят орбитальный резерв.
В ноябре 2017 года подписано Совместное китайско-американское заявление о совместимости и взаимодополнямости Бэйдоу и GPS.
В ноябре 2018 года заключено соглашение между Правительствами Российской Федерации и КНР о сотрудничестве в области применения глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и Бэйдоу в мирных целях.
Принцип работы ГНСС BeiDou
Управление КА Beidou осуществляется из Центра управления спутниками в г.Сиань (провинция Шаньси). Собственная региональная система навигации КНР для стран Юго-Восточной Азии и Тихого океана на базе спутников «Бэйдоу» (Beidou, «Большая Медведица») (Компас) находится в стадии развертывания и планируется, что будет преобразована в ограниченную по возможностям систему глобальной навигации с космическим сегментом из 25 КА.
В состав системы должны входить четыре геостационарных спутника, 12 КА на наклонных геосинхронных орбитах и девять КА на круговых орбитах высотой 22000 км.
Китайские представители также отметили, что еще предстоит урегулировать вопросы, касающиеся частотных диапазонов с российской, американской и европейской стороной, которые также владеют спутниковыми навигационными группировками. Для спутников «Бэйдоу-2» на геостационарной орбите зарезервированы точки стояния 58.75°, 80°, 110.5° и 140° в.д. В Международном союзе электросвязи система зарегистрирована под обозначением «Компас» (Compass). Первый из четырех геостационарных аппаратов «Бэйдоу-2» запущен 12 апреля 2007 года. Эти аппараты будут совместимы с тремя уже запущенными «Бэйдоу-1».
Состав и структура ГНСС BeiDou
Система покрывает район в диапазоне широт примерно от 5 до 55 градусов с.ш. и по долготе примерно от 70 до 140 градусов в.д. Интересной особенностью всех трех спутников является то, что они находятся на геостационарных орбитах, в отличие от спутников систем GPS и ГЛОНАСС, находящихся на орбитах средней высоты. Этот факт позволяет обеспечить достаточно большую область покрытия при помощи всего двух спутников. Наземная система включает центральную станцию управления и три станции радиолокации.
Система обеспечивает точность определения местоположения 100 метров и может работать одновременно со 150 терминалами. Сначала центральная станция посылает сигнал пользователю через два спутника. Когда терминал пользователя получает сигнал от одного из спутников, он отсылает его обратно обоим. Центральная станция получает этот сигнал от обоих спутников и определяет двумерное положение пользователя. Оно затем сравнивается с трехмерной картой поверхности и отсылается пользователю через те же спутники. Поскольку такой способ работы требует наличия двусторонней связи с геостационарными спутниками, терминал пользователя должен иметь мощную антенну. Поэтому терминалы намного больше и дороже, чем используемые в системе GPS.
Вторая система, Бэйдоу-2, обычно называется просто Бэйдоу или Компас. Она будет состоять из 35 спутников, из которых 5 будет находится на геостационарной орбите. Остальные спутники, как обычно, будут находится на орбите средней высоты. Заметим, что такой выбор высоты расположения навигационных спутников позволяет использовать глобальные навигационные системы для определения положения на орбите спутников, находящихся на низких орбитах. Как и другие системы позиционирования, Бэйдоу предоставит два раздельных сервиса, для гражданского использования и для военных нужд.
Кроме того, что просто появится новая система глобального позиционирования, можно ожидать качественного улучшения в предоставляемом сервисе позиционирования. За счет того, что число всех спутников превысит три четверти сотни, значительно улучшится скорость получения сигнала и работа приемников в городах, в том числе, в помещениях. Как известно, в настоящее время поймать сигнал со спутника какой-либо системы глобального позиционирования в помещении или рядом с высокими зданиями практически невозможно. Особенно выиграют от таких изменений обладатели коммуникаторов и смартфонов с модулем позиционирования, так как его мощность зачастую не позволяет использовать их в описанных условиях. Использование нескольких навигационных систем одновременно для улучшения качества предоставляемого сервиса может оказаться особенно простым и эффективным в силу того, что частоты передачи данных систем Бэйдоу и Галилео заметно пересекаются. Интересно, что эти данные стали известны еще в 2007 году после запуска первого спутника Compass-M1, хотя официально не было объявлено, на каких частотах работает этот спутник, запущенный в целях тестирования некоторых систем, и в первую очередь – системы передачи данных. Однако, в течение примерно двух месяцев специалисты CNES(Национальный центр космических исследований, Франция) полностью определили все характеристики используемой связи. Напомним, что изначально КНР не планировала разворачивать собственную систему глобального позиционирования. В сентябре 2003 года Китай выразил желание принять участие в разработке и развертывании системы Галилео, и примерно через год официально присоединился к разработке. Однако, в началу 2008 года КНР заявила о неудовлетворенности сотрудничеством и приняла решение о разработке собственной системы. Возможно, это объясняет схожие системы передачи данных, используемые в спутниках систем Бэйдоу и Галилео.
Описание наземной инфраструктуры ГНСС BeiDou
Система функциональных дополнений наземного базирования насчитывает 155 базовых станций и 2400 региональных станций, развернутых на территории КНР.
В 2018 г. завершено развертывание базовой инфраструктуры системы мониторинга и оценки iGMAS, состоящей из 24 наземных станций и различных центров обработки и анализа, в результате чего улучшено качество услуг Бэйдоу-2, в т.ч. точность позиционирования в зоне обслуживания доведена до значений лучше 5 м.
Станции слежения
Станции слежения оборудованы двухчастотными приемниками UR240 и антеннами UA240, разработанными китайской компанией UNICORE и способными принимать сигналы систем GPS и Compass. 7 из них размещены в Китае: в Чэнду (CHDU), Харбине (HRBN), Гонконге (HKTU), Лхасе (LASA), Шанхае (SHA1), Ухане (CENT) и Сиане (XIAN); и еще 5 - в Сингапуре (SIGP), Австралии (PETH), ОАЭ (DHAB), Европе (LEID) и Африке (JOHA).
Приемники
Навигатор в китайской системе является не только приемником, но и передатчиком сигнала. Станция мониторинга через два спутника посылает сигнал пользователю. Устройство пользователя после получения сигнала посылает ответный сигнал через оба спутника. Наземная станция по задержке сигнала рассчитывает географические координаты пользователя, определяет высоту по имеющейся базе данных и передает сигналы на устройство пользовательского сегмента.
Космический сегмент
Текущее состояние спутниковой группировки
В настоящее время система BeiDou предоставляет услуги спутниковой навигации потребителям в Китае и соседних регионах, в зоне обслуживания 55°с.ш. - 55° ю.ш. и 55° в.д. - 180° в.д., т.е. работает в режиме обслуживания региональных потребителей.
Развитие системы BeiDou второго поколения началось в 2004 году. В 2009 году начато создание системы третьего поколения
К концу 2011 года на орбиты было выведено 8 КА, BeiDou была введена в строй в качестве региональной системы для обеспечения потребителей навигационными услугами BDS, включая широкозонную дифференциальную коррекцию и передачу коротких сообщений.
К концу 2016 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 группировки BeiDou-2.
За период c начала 2017 года по 1 квартал 2018 года были успешно запущены 4 пары спутников BeiDou-3: 05.11.2017 г., 12.01.2018 г., 12.02.2018 г., 30.03.2018 г. В третьем квартале 2018 года запущены: спутник BeiDou-2 (10.07.2018г.) и пара спутников BeiDou-3 (29.07.2018г.). Также успешно выведены на орбиту пара спутников BeiDou-3 25.08.2018г.; пара спутников группировки BeiDou-3 19.09.2018г.; 4 квартал текущего года: пара спутников группировки BeiDou-3 15.10.2018г.; 1 спутник BeiDou-3 01.11.2018; пара спутников группировки BeiDou-3 19.11.2018г. Спутники пока не используются по целевому назначению.
С запуском в ноябре 2018 г. 17-го и 18-го среднеорбитальных НКА и первого геостационарного НКА развёрнута базовая орбитальная группировка Бэйдоу-3. Таким образом, в составе орбитальной группировки Бэйдоу-3 находятся:
На средних орбитах – 18 НКА;
На геостационарной орбите – 1 НКА.
Точность позиционирования системы для гражданского населения составляет менее 10 метров, точность измерения скорости менее 0,2 метра в секунду. Для военных нужд позиционирование производится с точностью до 10 см.
Спутниковая группировка в 2020 году
30 сентября 2015 года был запущен первый спутник BDS-3, явившийся началом создания 3-го поколения системы BeiDou (BDS-3), которая к 2020 году должна обеспечить глобальную зону предоставления пользователям навигационных услуг с открытым и санкционированным доступом.
К 2020-му Китай планирует установить 35 среднеорбитальных спутников на высоте около 22 тыс. км и дополнительные 8 спутников на геостационарной и геосинхронной орбитах (более 35 тыс. км).
Типы КА
КА НА ГЕОСТАЦИОНАРНОЙ И ГЕОСИНХРОННОЙ НАКЛОННОЙ ОРБИТЕ:
КА BEIDOU НА СРЕДНЕВЫСОТНОЙ ОРБИТЕ:
Статьи и Лайфхаки
Содержание :1.
2.
3.
4.
В описании характеристик, среди использующихся в мобильных устройствах навигационных систем вроде, GPS и ГЛОНАСС, в последнее время можно встретить еще одну. О том, что же такое Beidou (Бэйдоу) и для чего она используется в смартфоне, мы и расскажем.
Что представляет собой Beidou
Как и было сказано выше, Beidou – это китайская спутниковая навигационная система, аналог американской GPS и , а также еще не дошедшего до стадии активного коммерческого использования европейского проекта Galileo.Свое название получила в честь китайского варианта имени созвездия Большой Медведицы.
Состоит система из спутниковой группировки и сети наземных станций, большая часть которых находится на территории Китая. Однако в последнее время идет интенсивное расширение: наземные базы появились в следующих странах и регионах:
- Россия.
- Пакистан.
- Сингапур.
- Австралия.
- Африка.
- Европа.
Тем не менее, пока что Beidou по размерам своего покрытия не может считаться глобальной системой и относится к региональным, так же, как, например, индийская IRNSS.
На каком принципе работает Beidou
Как и в любой другой современной навигационной системе, местоположение устройства определяется при помощи измерения скорости прохождения радиосигнала к нему от расположенного на спутнике или наземной станции передатчика.
Дальше вступает в действие тривиальная геометрия: поскольку скорость распространения электромагнитных волн в атмосфере постоянна, имея координаты минимум трех источников, система определяет точку, где находится устройство, с погрешностью менее чем 1 метр.
Какие устройства поддерживают эту систему
В первую очередь, это гаджеты китайских производителей, предназначенные для китайского же рынка. Например, поддержка использования Beidou имеется в таком недорогом (около 5 тыс. рублей) смартфоне, как .В то же время в аппаратах, предназначенных для других рынков, эта система может и отсутствовать. Например, для устройств, предназначенных для продажи россиянам, вместо Beidou могут установить ГЛОНАСС.
Кроме того, этой системой оснащают свои устройства многие другие производители Юго-Восточной Азии. Она имеется в смартфонах таких брендов, как , хотя и далеко не в каждой модели.
А вот в таких известных топовых гаджетах, как Google Pixel или Iphone X модуль Beidou отсутствует, в то время как с ГЛОНАСС они работать способны.
Как определить, имеется ли поддержка Beidou в вашем смартфоне
Для этого можно воспользоваться приложением AndroiTS GPS Test, загрузить которое можно с . Среди прочих вкладок в нем имеется список спутников, с которыми может взаимодействовать смартфон.
Национальная принадлежность каждого из них отмечена флажком соответствующей страны. Если в списке есть красные китайские флажки – значит, Beidou в нем тоже имеется.
При этом каких-либо действий владельца для пользования этой системой предпринимать не требуется. Китайские спутники будут использоваться для повышения точности определения координат наравне с сателлитами ГЛОНАСС и GPS при обращении к навигации соответствующих приложений.
Как уверяют создатели Beidou, к 2020 году она должна стать полноценной глобальной навигационной системой, ничуть не уступающей своим американским и российским конкурентам. Произойдет ли это в действительности, покажет будущее: поживем – увидим.
