Введение

В 9:43 23 июня был успешно запущен пятьдесят пятый навигационный спутник системы Beidou, последний спутник глобальной сети Beidou-3. Китайский народ ликует и гордится высокими технологиями родины.

Так что же такое система Beidou? В чем разница между Beidou № 1 и № 2 и № 3? Его основная функция и как она работает?

Эта статья поможет вам раскрыть секреты один за другим.

Введение в систему Beidou

Система Beidou — это глобальная спутниковая навигационная система, разработанная Китаем для нужд национальной безопасности и развития, которая может предоставлять глобальным пользователям всепогодные, круглосуточные, высокоточные услуги позиционирования, навигации и синхронизации.

В настоящее время спутниковые навигационные системы, которые могут предоставлять глобальные услуги, в основном включают американскую GPS, российскую ГЛОНАСС, китайскую спутниковую навигационную систему Beidou и европейскую Galileo.

До появления системы Beidou отечественная спутниковая навигационная система была в основном монополизирована GPS, но с точки зрения национального стратегического развития определенно нежелательно подчиняться технологиям Соединенных Штатов, поэтому страна запустила Beidou. системный план.

Система Beidou устанавливается в три этапа: Beidou-1, Beidou-2 и Beidou-3, о которых все часто слышали.

Бейдоу-1

Beidou-1 в основном предоставляет услуги позиционирования, синхронизации, глобальной дифференциальной связи и коротких сообщений для китайских пользователей.

Beidou-1 был запущен в 1994 году, а два спутника на геостационарной орбите были запущены в 2000 году, и система была завершена и введена в эксплуатацию с использованием системы активного позиционирования. В 2003 году был запущен третий спутник на геостационарной орбите для дальнейшего повышения эффективности системы.

Бейдоу 2

Beidou-2, совместимая с системой системных технологий Beidou-1, добавляет пассивную систему позиционирования для предоставления услуг позиционирования, измерения скорости, синхронизации и передачи коротких сообщений для пользователей в Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Строительство Beidou-2 началось в 2004 году, а в 2014 году были запущены и объединены в сеть 14 спутников (5 спутников на геостационарной орбите, 5 спутников на наклонной геостационарной орбите и 4 спутника на средней околоземной орбите).

Бейдоу-3

Beidou-3 в основном предоставляет глобальным пользователям позиционирование и навигационное время, глобальную передачу коротких сообщений и международные поисково-спасательные службы, а также обеспечивает спутниковое улучшение, наземное улучшение, точное одноточечное позиционирование и региональную связь короткими сообщениями для пользователей в Китай и прилегающие районы.

Beidou-3 был запущен в 2009 году. В 2020 году будет запущено 30 спутников и будет завершена сеть, а система Beidou-3 будет полностью завершена.

В частности, в декабре 2018 года было завершено строительство базовой системы, включающей 18 спутников MEO, и запуск 1 спутника GEO, и были открыты глобальные услуги;

В декабре 2019 года был завершен запуск 6 спутников MEO и 3 спутников IGSO, завершено развертывание основной группировки, а возможности системного обслуживания были дополнительно улучшены;

В 2020 году будут запущены еще два геостационарных спутника, которые завершат строительство всей системы и обеспечат полный сервис эксплуатации группировки.

В настоящее время услуги системы Beidou предоставляются совместно системой Beidou-2 и системой Beidou-3, после 2020 года она будет плавно переведена на систему Beidou-3.

Глоссарий:

MEO средняя околоземная орбита (Medium Earth Orbit).Высота орбиты спутника MEO составляет около 21500 км, наклонение орбиты составляет 55 градусов, он вращается вокруг Земли, а глобальное покрытие может быть достигнуто за счет сети из нескольких спутников.

GEO Геостационарная орбита Земли. Спутник GEO является относительно геостационарным, с высотой орбиты 35 786 км и наклонением орбиты 0 градусов.Зона покрытия одного спутника велика, и три спутника могут покрыть большую часть Азиатско-Тихоокеанского региона.

Наклонная геосинхронная орбита IGSO. Высота орбиты спутника IGSO такая же, как и у спутника GEO, наклонение орбиты составляет 55 градусов, а траектория подспутниковой точки - слово «8».

Три компонента системы Beidou

Система Beidou состоит из трех частей: космического сегмента, наземного сегмента и пользовательского сегмента.

Космический сегмент: Космический сегмент системы Beidou-3 состоит из 3 спутников GEO, 3 спутников IGSO и ​​24 спутников MEO.

Наземный сегмент: Наземный сегмент системы Beidou-3 включает в себя несколько наземных станций, таких как главная станция управления, станция синхронизации/ввода времени и станция мониторинга, а также средства управления работой межспутниковой линии связи.

Пользовательский сегмент: Пользовательский сегмент системы Beidou включает Beidou и другие базовые продукты, такие как микросхемы, модули и антенны, совместимые с другими системами спутниковой навигации, а также терминальное оборудование, прикладные системы и прикладные службы.

Трехдиапазонный сервис системы Beidou

Система Beidou разделена на три частотных диапазона: B1, B2 и B3.

Beidou-2 обеспечивает три сигнала общественной службы B1I, B2I и B3I в трех диапазонах частот B1, B2 и B3. Среди них центральная частота полосы частот B1 составляет 1561,098 МГц, B2 — 1207,14 МГц и B3 — 1268,52 МГц.

Beidou-3 обеспечивает пять сигналов общего пользования B1I, B1C, B2a, B2b и B3I в трех частотных диапазонах B1, B2 и B3. Среди них центральная частота полосы частот B1 составляет 1575,42 МГц, B2 — 1176,45 МГц и B3 — 1268,52 МГц.

Услуги, предоставляемые системой Beidou

Услуги, предоставляемые системой Beidou, в основном отличаются от глобального охвата и охвата Китая.

В глобальном масштабе он может обеспечивать позиционирование, навигацию и синхронизацию, глобальную передачу коротких сообщений и международные службы поиска и спасения.

Для Китая и прилегающих к нему территорий он может обеспечить спутниковое расширение, наземное расширение, одноточечное позиционирование и региональные услуги связи для коротких сообщений.

Глоссарий:

Расширенные услуги на основе звезд. В соответствии со стандартами ИКАО он обслуживает пользователей в Китае и прилегающих районах, поддерживает одночастотные и двухчастотные расширенные режимы обслуживания с несколькими созвездиями и отвечает соответствующим требованиям ИКАО к характеристикам.

Услуги по благоустройству территории. Используя сеть мобильной связи или сеть Интернет, предоставляйте услуги высокоточного позиционирования метрового, дециметрового, сантиметрового и миллиметрового уровней пользователям в зоне покрытия сети опорных станций Beidou.

Хронометраж

Большинство из этих услуг, предоставляемых системой Beidou, очень просты для понимания. Некоторые друзья могут спросить, что такое время?

Тайминг — это просто доставка стандартного времени.

На самом деле потребность в хронометраже существовала с древних времен. Мы можем видеть здания, подобные башням с часами, во многих городах Китая.

Башня с часами - это инструмент для скоротать время для города. Все знают, в какое время звонит звонок, и умеют делать соответствующие вещи.

Мы знаем, что текущее международное стандартное время называется Всемирным скоординированным временем (Universal Time Coordinated, UTC). Когда разница между ними накапливается из года в год и достигает 0,9 секунды, ошибка компенсируется плюс-минус 1 дополнительной секундой при сохранении единообразия шкалы времени.

Служба хронометража системы Beidou предназначена для распространения китайского стандартного времени Национального центра хронометража Китайской академии наук для приложений во всех сферах жизни через спутниковые службы для обеспечения синхронизации и точности времени.

как найти по спутнику

Спутники посылают сигналы наружу через равные промежутки времени, а наши приемники сигналов определяют местонахождение, принимая сигналы со спутников.

Предположим, теперь есть два спутника, каждый из которых поддерживает собственные часы. Предположим, что каждый спутник посылает сигнал каждую секунду. В то же время приемник также поддерживает свои собственные часы, поэтому приемник может рассчитать расстояние между собой и двумя спутниками, оценивая время прибытия сигнала.

Обратите внимание, что выше мы предполагали, что приемник имеет собственные точные часы. Позже мы подробно обсудим этот вопрос.

Выше мы нарисовали двухмерную схему. Если в трехмерной среде, соответствующее количество спутников следует увеличить на один.

Что ж, возникает вопрос: можно ли, зная расстояние между двумя спутниками, определить нашу позицию?

Ответ — нет, потому что мы не знаем, где находятся спутники.

Эфемериды и позиции спутников

Как мы можем точно определить положение спутника?

Еще в 1617 году великий бог Иоганн Кеплер использовал 7 элементов, чтобы найти орбиту спутника в идеализированной модели.

Конечно, у этой идеализированной модели есть некоторые ограничения: орбиты привязаны к двумерной плоскости и всегда эллиптичны. Затем вы можете точно описать эту фиксированную орбиту, используя следующие элементы:

1. Среднее значение большой и малой осей эллипса (фактически: площадь эллипса, А)
2. Отношение большой и малой осей эллипса (д).
3. Три параметра, описывающие ориентацию орбитальной плоскости: наклонение (i0),
4. долгота восходящего узла (Ω0),
5. Периапсис (ω)
6. Как далеко по эллипсу находится спутник при T = 0 (средняя аномалия M0)
7. Время T = 0 (t0e)

Хотя модель Кеплера была достаточно совершенной, этого было недостаточно, поскольку сама Земля не является идеальной сферой, а гравитационное поле не является идеально однородным. Если эта модель используется напрямую, позиция спутника может иметь погрешность в километры.

Чтобы решить эту проблему, великий бог, разработавший GPS в 1970 году, добавил в модель Кеплера 6 параметров.

На следующем рисунке показаны параметры позиционирования, используемые GPS и европейской спутниковой системой Galileo:

Я не буду подробно останавливаться на конкретном значении, и заинтересованные друзья могут изучить его самостоятельно.

Спутниковая система Beidou также использует параметры спутникового позиционирования, разработанные GPS.

Взяв в качестве примера спутник Beidou под номером C06@0, давайте посмотрим на информацию о сигнале, которую он предоставляет извне:

Если мы посчитаем текущую позицию спутника и будущую позицию спутника, которую можно предсказать, будут созданы эфемериды.

На изображении выше представлена ​​карта эфемерид спутника Beidou от 24 июня 2020 года.

неизвестные часы

С положением спутника и расстоянием от спутника мы можем рассчитать нашу позицию. Но здесь есть посылка, что часы спутника точны, и часы приемника тоже точны.

Здесь возникают две проблемы: одна — точность часов спутника, а другая — точность часов приемника.

Давайте сначала рассмотрим проблему точности часов приемника.

Если сигнал распространяется со скоростью света, то наносекундная ошибка составляет 30 сантиметров.

Для обычного приемного оборудования практически невозможно поддерживать точные часы в наносекундах, так как же обычное приемное оборудование может точно определить его местонахождение?

Ответ заключается в том, чтобы добавить еще один спутник.

Приемное устройство получает три сигнала одновременно.Сигналы одновременно должны быть собраны в фактическом положении приемника.Затем приемник может скорректировать местные часы, чтобы собрать несколько спутниковых сигналов в одну точку, чтобы реализовать коррекция местных часов и точное определение местоположения. Убить двух зайцев.

Если он находится в трехмерном пространстве, требуется как минимум 4 спутника.

точные часы

Мы решили проблему получателя, как решить проблему отправителя?

Каждому спутнику также нужны точные часы для отправки сигнала.

Мы знаем, что самое точное время в мире генерируется в лабораторных условиях, но среда, в которой находится спутник, не позволяет достичь точности лаборатории.

Мы можем следить за часами в воздухе с земли, сравнивать их с точным временем в лабораторных условиях и отправлять чек на спутник.

Существует три основных условия коррекции:

1. Смещение часов af0 наносекунд
2. Частота перекоса часов af1 нс/сек
3. Ускорение смещения часов af2 нс/сек/сек

Вообще говоря, после получения корректирующей информации спутник не корректирует свои собственные часы, а отправляет элемент корректировки и исходные часы на приемник, и приемник обрабатывает их самостоятельно.

Коррекция ионосферной ошибки

Ну вроде бы все проблемы решены, но есть еще одна проблема. Это проблема с ионосферой.

Нарушается передача сигнала в ионосфере, что приводит к задержке.

Как решить эту проблему задержки сигнала?

Потому что задержка, создаваемая ионосферой, пропорциональна частоте сигнала. Таким образом, мы можем взять многочастотный сигнал, тем самым получив результирующую общую задержку из разницы во времени прихода между различными полосами частот и исключив общую задержку.

Это устраняет более 99,9% ошибок, вносимых атмосферой, без дальнейшего моделирования.

Когда мы представили систему Beidou выше, мы упомянули, что система Beidou использует сигналы трех частотных диапазонов B1, B2 и B3. Использование сигналов трех частотных диапазонов может лучше устранить ошибку ионосферы.

Говорят, что GPS имеет 2 частотных диапазона.

Суммировать

В этой статье представлена ​​спутниковая система Beidou, а также кратко проанализированы принцип спутникового позиционирования и точные часы. Если есть какая-то ошибка, добро пожаловать, чтобы исправить ее.

Ссылки на эту статью: Спутниковая навигационная система Beidouwww.beidou.gov.cn/

Автор статьи: о программе flydean

Ссылка на эту статью:woohoo.floydpress.com/beidou-how-…

Источник этой статьи: блог flydean

Добро пожаловать, обратите внимание на мой публичный номер: вас ждут самые интересные вещи о программе!