Wat is het BeiDou-navigatiesatellietsysteem? Wat is het verschil met GPS?

De Chinese ruimtevaartadministratie (CNSA) is niet de oudste en ook niet de grootste ruimtevaartorganisatie ter wereld, maar staat op het punt een prestatie te leveren die in het verleden slechts door weinigen is bereikt; het opzetten van een volledig functioneel wereldwijd satellietnavigatiesysteem of GNSS.

Een GNSS is gewoon een satellietnavigatiesysteem dat verschillende geospatiale diensten op mondiaal niveau levert. Op dit moment zijn de in Amerika gebouwde GPS en de Russische GLONASS de enige twee van dergelijke systemen die operationeel zijn.

Ik ben er bijna zeker van dat de meeste van onze lezers goed op de hoogte zijn van GPS of Global Positioning System en zijn iets minder populaire concurrent GLONASS, maar doet de naam BeiDou je iets rinkelen? Voor degenen die het niet weten:BeiDou (BDS) is het belangrijkste satellietnavigatiesysteem van China dat uitsluitend wordt beheerd door CNSA.

Er wordt aangenomen dat het idee van zo'n uitgebreid project voor het eerst werd bedacht in de jaren tachtig door de Chinese regering als reactie op de Amerikaanse vooruitgang op het gebied van militaire ruimtetechnologieën. BeiDou dankt zijn naam aan het Grote Beer-asterisme, een groep heldere sterren in het sterrenbeeld Grote Beer.

Net als GPS, GLONASS, Galileo en andere navigatiesystemen die momenteel in ontwikkeling zijn, is het uiteindelijke doel van BeiDou om haar diensten wereldwijd met meer nauwkeurigheid te leveren (ten opzichte van andere GNSS).

Om dat te bereiken is het hele project zorgvuldig georganiseerd in drie fasen; de eerste fase (BeiDou-1) begon in het jaar 2000, de tweede fase in 2007 en de derde laatste fase in 2015. Het BeiDou-navigatiesatellietsysteem zal naar verwachting ergens in 2020 wereldwijd opereren.

Simpel gezegd, BeiDou is de Chinese versie van GPS, maar op regionale schaal (althans voorlopig). Het is pas het tweede regionale navigatiesysteem dat operationeel is in Azië, het andere is NAVIC (eigendom van INDIA). Als alles goed gaat, zal de Chinese BeiDou op mondiaal niveau wedijveren met GLONASS en GPS.

BeiDou-1 en 2

Orbitvergelijking van verschillende satellietsystemen, waaronder BeiDou-2 (KOMPAS)

De eerste en verkennende fase van het BeiDou-navigatiesatellietsysteem ging van start op 30 oktober 2000, met de lancering van BeiDou-1A satelliet. Het werd gevolgd door BeiDou-1B en BeiDou-1C, die respectievelijk op 20 december 2000 en 25 mei 2003 werden gelanceerd.

De succesvolle inzet van alle drie de BeiDou-satellieten markeerde het eerste succes van het project. Later werd ook een back-upsatelliet (BeiDou-4D) gelanceerd in geval van nood.

Het is interessant om op te merken dat alle vier de BeiDou-1-satellieten in een geostationaire baan (GEO) waren gestationeerd en niet in een medium baan om de aarde (MEO) zoals het geval is met GPS en GLONASS.

Door zijn satellieten in de geostationaire baan te gebruiken, elimineerde BeiDou-1 de noodzaak van een grote constellatie van satellieten, maar het beperkte ook het maximale gebied (op aarde) dat het kan bestrijken. Het effectieve dekkingsgebied was 70 ° E tot 140 ° E lengte en 5 ° N tot 55 ° noorderbreedte. BeiDou-1 werd in 2012 volledig uitgefaseerd.

Met een andere opmerking, in 2008 kostte een enkele BeiDou-1-ontvanger ongeveer US $ 2.929 (CNY 20.000 RMB), bijna 10 keer duurder dan een GPS-terminal in die tijd. De prijs was waanzinnig hoog, naar verluidt als gevolg van duur geïmporteerde microchips. Toen ze eenmaal in eigen land chips begonnen te produceren, daalden hun prijzen.

Vergelijking van het gebied dat wordt bestreken door BeiDou-1 en BeiDou-2  Afbeelding met dank aan:BeiDou.gov.cn

De tweede fase van het BeiDou-navigatiesysteem, BeiDou-2, ook bekend als KOMPAS , werd in 2007 geïntroduceerd als een belangrijke upgrade ten opzichte van het vorige systeem. Tot 2008 leverde het Chinese navigatieapparaat zijn diensten alleen aan het leger en andere gerelateerde Chinese overheidsinstanties, maar werd het beschikbaar gesteld voor civiel en commercieel gebruik.

In deze fase worden in totaal 19 satellieten ingezet (waarvan er nu twee buiten gebruik zijn gesteld) en moet één satelliet in 2019 gelanceerd worden. operationeel.

Het nieuwe systeem wordt in december 2011 volledig operationeel en tegen het einde van 2012 opende het zijn plaatsbepalings- en navigatiediensten voor andere landen in de regio Azië-Pacific. De huidige dekkingsgraad van BeiDou ligt tussen 55 ° oosterlengte en 180 ° oosterlengte en tussen 55 ° zuiderbreedte en 55 ° noorderbreedte.

Lees:Top 10+ ruimteonderzoeksorganisaties ter wereld

Nauwkeurigheid en frequenties

Net als GPS en Galileo biedt BeiDou zijn diensten op twee verschillende niveaus:een vrij toegankelijke dienst voor civiel gebruik en een beperkte versie voor het leger. De burgerdienst heeft een locatietraceringsnauwkeurigheid van 10 meter en een kloksynchronisatienauwkeurigheid van 10 nanoseconden.

Aan de andere kant hebben de beperkte diensten een veel hogere volgnauwkeurigheid van 10 centimeter en hebben ze geavanceerde mogelijkheden voor gegevensoverdracht. Toegang tot het beperkte kanaal van BeiDou wordt tot nu toe alleen verleend aan de Chinese en Pakistaanse strijdkrachten. De bereiksignalen van BeiDou zijn gebaseerd op de methode Code-division multiple access (CDMA).

Frequentietoewijzing van GPS, Galileo en BeiDou 2 (KOMPAS)

BeiDou-2 heeft vier erkende frequentiebanden; E1, E2, E6 en E5B (weergegeven in rode balken in de bovenstaande afbeelding). Zoals je kunt zien, overlappen alle vier de bands met de bands van Galileo. Hoewel dit soort overlappingen tot op zekere hoogte gunstig zijn (het kan problemen oplossen die verband houden met het ontwerp van de ontvanger of de grondterminal), veroorzaken ze meestal ernstige problemen zoals signaalinterferentie.

Het is zeer waarschijnlijk dat als beide navigatiesystemen onder vergelijkbare omstandigheden gelijktijdig actief zijn, ze zware signaalinterferentie zullen ervaren, vooral binnen de E1- en E2-banden, die momenteel zijn toegewezen aan de openbare dienst van Galileo.

Om dit soort conflicten te voorkomen, heeft de Internationale Telecommunicatie-Unie (ITU) echter een universele 'wie het eerst komt, het eerst maalt'-wet van kracht die rechten van een bepaalde frequentie toestaat aan een natie die er als eerste begint uit te zenden. Elke volgende gebruikersnatie die die frequentie wil gebruiken, zal toestemming moeten vragen aan de eigenaarsnatie voordat deze wordt gebruikt. Op deze manier kunnen beide partijen ervoor zorgen dat er geen interferentie is met hun uitzending.

Nu is het bijna zeker dat de Chinese BeiDou-2 zal gaan zenden in de bovengenoemde betwiste banden vóór de Galileo-satellieten en zo de primaire rechten op deze frequenties zal verwerven.

BeiDou-3

De Chinese National Space Administration (CNSA) startte de derde fase van de BeiDou-navigatiesatelliet op 30 maart 2015, met de eerste lancering van de BDS-3-satelliet vanuit het Xichang Space Center in de provincie Sichuan. In deze fase zullen in totaal 35 satellieten in gebruik worden genomen, waarvan er 19 zich al in hun respectievelijke banen bevinden.

De BeiDou-3 zal nieuwe frequentiebanden introduceren; B1C/B1I/B1A, (1575,42 MHz), B2a/B2b (1191,795 MHz), B3I/B3Q/B3A (1268,52 MHz) inclusief een testfrequentie Bs (2492,028 MHz).

Van de in totaal 35 satellieten zijn 27 satellieten met een gemiddelde baan om de aarde (MEO), 5 satellieten met een helling van een geosynchrone baan (IGSO) en drie satellieten van een geostationaire baan (GEO). Deze satellieten hebben ook SAR (synthetic aperture radar) en SBAS (Satellite-based Augmentation System)-mogelijkheden die vergelijkbaar zijn met GPS en GLONASS.

Commercieel gebruik van BeiDou

Het BeiDou-navigatiesatellietsysteem is een commercieel succes in China. Volgens China Daily heeft BDS verschillende particuliere en staatsbedrijven zoals China Aerospace Science and Industry Corp en AutoNavi Holdings Ltd geholpen om in 2015 meer dan $ 31 miljard (200 miljard yuan) aan inkomsten te genereren. Het artikel wees er ook op dat dit cijfer zou kunnen oplopen tot 400 miljard yuan in het jaar 2020.

Sinds 2013 hebben veel fabrikanten van mobiele telefoons in China hun producten compatibel gemaakt met het BeiDou-navigatiesysteem. Miljoenen bedrijfsvoertuigen en duizenden vissersvaartuigen (in China) zijn ook uitgerust met de BDS en het is waarschijnlijker dat het de komende jaren klanten zal winnen.

Zoals je wellicht weet, worden steeds meer mobiele apparaten nu geleverd met zowel GPS- als GLONASS-technologie voor betere dekking en locatieservices, dus het is waarschijnlijk een kwestie van tijd dat BeiDou ook in de mix komt.

Hoe het verschilt van GPS

Een satellietnavigatiesysteem is zonder twijfel een van de belangrijke stukjes technologie die elk land tegenwoordig kan hebben, en het is zelfs nog waardevoller voor China gezien zijn huidige geopolitieke en economische houding ten opzichte van de Verenigde Staten.

Met GPS onder hun controle kan het Amerikaanse leger zijn diensten in elke regio van de wereld effectief deactiveren. Daarom ontwikkelen veel landen hun onafhankelijke GPS-achtige systemen.

Er is niet veel verschil tussen de twee behalve nauwkeurigheid. GPS heeft een constellatiegrootte van 31 satellieten, terwijl de nieuwe BeiDou er ongeveer 35 zal hebben. Wanneer het BeiDou-satellietnavigatiesysteem volledig operationeel is (tegen 2020), wordt verwacht dat het nauwkeurigere locatieservices biedt dan de GPS.

Lezen:Een tijdelijk gat in de cloud creëren om de satellietcommunicatie te stimuleren

In 2016 werd beweerd dat het Chinese systeem nauwkeurigheid op millimeterniveau zal bereiken (na nabewerking), wat betekent dat het tien keer nauwkeuriger zal zijn dan de meest nauwkeurige GPS-niveaus.

Gebied dat wordt gedekt door WAAS (Wide Area Augmentation System)  Afbeelding met dank aan:Amerikaanse Federal Aviation Administration

In de Verenigde Staten, Canada en Mexico wordt GPS vaak gebruikt met een navigatiehulpmiddel dat bekend staat als Wide Area Augmentation of WASS-systeem dat de nauwkeurigheid van GPS op het Noord-Amerikaanse continent aanzienlijk verhoogt.

Volgens gps.gov zal het in de VS gebaseerde systeem in staat zijn om realtime positioneringsnauwkeurigheid te bieden binnen enkele centimeters en afstanden op millimeterniveau te meten met behulp van geavanceerde ontvangers en geavanceerde technieken zoals realtime kinematica. Momenteel werkt de Amerikaanse luchtmacht samen met Lockheed Martin aan GPS III, de zevende generatie GPS-satellieten.

Hoewel het algemeen bekend is dat de verticale nauwkeurigheid van GPS veel slechter is in vergelijking met de service op een horizontaal vlak, zijn de nauwkeurigheidsniveaus op beide componenten nog steeds hoger dan die van BeiDou (25 meter horizontaal en 30 meter verticaal).

Volgens een artikel in het Chinese Journal of Aeronautics kan de BDS echter een nauwkeurigheid bereiken van beter dan 1 cm horizontaal en 3 cm verticaal, wat volgens de huidige normen veel beter is dan het global positioning system (GPS).

Andere satellietnavigatiesystemen

Afgezien van BeiDou zijn er weinig andere satellietnavigatiesystemen die momenteel in aanbouw zijn of al werken. Het meest opvallende van die systemen is Galileo . Galileo van de Europese Unie is een project van meerdere miljarden dollars dat werd geïnitieerd om Europese landen een zeer nauwkeurig en onafhankelijk plaatsbepalingssysteem te bieden, rekening houdend met geopolitieke factoren. De hele Galileo-constellatie bestaat uit 26 satellieten met zes verdere implementaties in de komende tien jaar.

De IRNSS (afkorting van Indian Regional Navigation System) of NAVIC is een ander autonoom navigatiesysteem dat bestaat uit een constellatie van vier satellieten (er zijn nog drie satellieten gepland). NAVIC is onafhankelijk ontwikkeld en onderhouden door de Indian Space Research Organization.

Blijkbaar biedt IRNSS een positionele nauwkeurigheid van 10 m (open service) en 10 cm (beperkte service). In tegenstelling tot GPS, GLONASS en Galileo heeft het Indiase navigatiesysteem geen onmiddellijke plannen om wereldwijde service te bieden.

Een animatie van de satellietbaan van QZSS  Afbeelding met dank aan: Hiroshi FUKUDA 

De volgende in de rij is het Japanse Quasi-Zenith-satellietsysteem of QZSS . Het is een GPS-compatibel satellietgebaseerd augmentatiesysteem dat de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van GPS in Japan en de omliggende gebieden in feite zal vergroten. Momenteel bestaat het QZSS-systeem uit vier satellieten, maar zal tegen het jaar 2023 geleidelijk uitbreiden tot zeven satellieten (schatting).

Drie van de vier satellieten bevinden zich in sterk hellende geosynchrone banen, ongeveer 120° uit elkaar. Door deze hoge neiging kunnen ze in een uniek asymmetrisch patroon cirkelen dat bekend staat als analemma's en te allen tijde aanwezig zijn boven Japan. De signalen die door QZSS-satellieten worden uitgezonden, zijn identiek aan oude en gemoderniseerde GPS-signalen (L1C/A, L1C, L2C), waardoor samenwerking met het Amerikaanse navigatienetwerk eenvoudiger wordt.

Lees:SpaceX-internetsatellieten | 10 dingen die u moet weten

Hoewel het vrijwel zeker is dat we voor onze economische en politieke behoeften niet volledig op GPS hoeven te vertrouwen, zal het best interessant zijn om te zien hoe de Chinese BeiDou het in de toekomst vergaat tegen zijn Amerikaanse, Russische en Europese tegenhangers.