El sistema de navegación por satélite BeiDou ( BDS ; chino :北斗卫星导航系统; pinyin : běidǒu wèixīng dǎoháng xìtǒng ) es un sistema de navegación por radio basado en satélites propiedad de la Administración Nacional del Espacio de China y operado por ella . [4] Proporciona información de geolocalización y tiempo a un receptor BDS en cualquier lugar de la Tierra o cerca de ella donde haya una línea de visión sin obstáculos a cuatro o más satélites BDS. [5] No requiere que el usuario transmita ningún dato y funciona independientemente de cualquier recepción telefónica o de Internet, aunque estas tecnologías pueden mejorar la utilidad de la información de posicionamiento BDS. [6]
El servicio actual, BeiDou-3 (BeiDou de tercera generación), proporciona una cobertura global completa para cronometraje y navegación, junto con el GLONASS de Rusia , el Galileo europeo y el GPS de EE. UU . [7] Consiste en satélites en tres órbitas diferentes, incluidos 24 satélites en órbitas de círculo medio (que cubren el mundo), 3 satélites en órbitas geoestacionarias inclinadas (que cubren la región de Asia y el Pacífico) y 3 satélites en órbitas geoestacionarias (que cubren China). El sistema BeiDou-3 estuvo en pleno funcionamiento en julio de 2020. [8] [9] [10] [11] [12] En 2016, BeiDou-3 alcanzó una precisión de nivel milimétrico con posprocesamiento. [13]
Los predecesores incluyeron BeiDou-1 (BeiDou de primera generación), que consta de tres satélites en un sistema de navegación por satélite regional . Desde 2000, el sistema ha proporcionado principalmente servicios de navegación dentro de China. En diciembre de 2012, cuando expiró la vida útil de diseño de BeiDou-1, dejó de funcionar. [14]
El sistema BeiDou-2 (BeiDou de segunda generación) también fue un sistema de navegación por satélite regional que contenía 16 satélites, incluidos 6 satélites geoestacionarios, 6 satélites de órbita geoestacionaria inclinada y 4 satélites de órbita terrestre media. En noviembre de 2012, BeiDou-2 comenzó a proporcionar a los usuarios servicios de posicionamiento regional en la región de Asia y el Pacífico . [15] [16] Dentro de la región, BeiDou es más preciso que el GPS. [17] : 179
En 2015, quince años después de su lanzamiento, el sistema satelital estaba generando una facturación de 31.500 millones de dólares al año para importantes empresas como China Aerospace Science and Industry Corporation , AutoNavi y Norinco . [18] La industria ha crecido un promedio de más del 20% en valor anualmente para alcanzar los 64.000 millones de dólares en 2020. [19] [20]
Nomenclatura
El nombre oficial en inglés del sistema es BeiDou Navigation Satellite System . [21] Recibe su nombre del asterismo de la Osa Mayor , que en chino se conoce como Běidǒu ( chino :北斗). El nombre significa literalmente "Osa Mayor", el nombre dado por los antiguos astrónomos chinos a las siete estrellas más brillantes de la constelación de la Osa Mayor . [22] Históricamente, este conjunto de estrellas se utilizó en la navegación para localizar la Estrella Polar . Como tal, el nombre BeiDou también sirve como metáfora del propósito del sistema de navegación por satélite. [ cita requerida ]
Historia
Concepción y desarrollo inicial
La idea original de un sistema de navegación por satélite chino fue concebida por Chen Fangyun y sus colegas en la década de 1980. [23] La Guerra del Golfo en 1991 mostró cómo el GPS dio a los EE. UU. una ventaja completa en el campo de batalla y cómo los sistemas de navegación por satélite pueden usarse para llevar a cabo una "guerra espacial". [24] En 1993, China se dio cuenta del riesgo de que se le negara el acceso al GPS durante el incidente de Yinhe e incluyendo un supuesto caso en 1996 durante la Tercera Crisis del Estrecho de Taiwán , dio impulso a la creación de su propio sistema de navegación por satélite autóctono que comenzó oficialmente en 1994. [25]
2000-2003: sistema de navegación experimental BeiDou compuesto por tres satélites
Para 2012: sistema de navegación regional BeiDou que cubra China y regiones vecinas
Para 2020: sistema de navegación global BeiDou
El primer satélite, BeiDou-1A , fue lanzado el 30 de octubre de 2000, seguido por el BeiDou-1B el 20 de diciembre de 2000. El tercer satélite, BeiDou-1C (un satélite de respaldo), fue puesto en órbita el 25 de mayo de 2003. [27] El exitoso lanzamiento del BeiDou-1C también significó el establecimiento del sistema de navegación BeiDou-1.
El 2 de noviembre de 2006, China anunció que a partir de 2008 BeiDou ofrecería un servicio abierto con una precisión de 10 metros, una sincronización de 0,2 microsegundos y una velocidad de 0,2 metros/segundo. [28]
En febrero de 2007 se lanzó el cuarto y último satélite del sistema BeiDou-1, el BeiDou-1D (a veces llamado BeiDou-2A , que sirve como satélite de respaldo). [29] Se informó que el satélite había sufrido un mal funcionamiento del sistema de control, pero luego fue completamente restaurado. [30] [31]
En abril de 2007, el primer satélite de la constelación BeiDou-2, Compass-M1 (para validar las frecuencias de la constelación BeiDou-2), fue puesto en órbita con éxito. El segundo satélite de la constelación BeiDou-2, Compass-G2, fue lanzado el 15 de abril de 2009. [32]
El 15 de enero de 2010, el sitio web oficial del Sistema de Navegación por Satélite BeiDou se puso en línea, [33] y el tercer satélite del sistema ( Compass-G1 ) fue llevado a su órbita por un cohete Long March 3C el 17 de enero de 2010. [33]
El 2 de junio de 2010, el cuarto satélite fue lanzado con éxito a la órbita. [34]
Tres meses después, el 1 de noviembre de 2010, el sexto satélite fue enviado a órbita por el LM-3C. [36]
Otro satélite, el BeiDou-2/Compass IGSO-5 (quinta órbita geoestacionaria inclinada), fue lanzado desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang por un Long March 3A el 1 de diciembre de 2011 (UTC). [37]
Representación del satélite BeiDou en la televisión china
Participación china en el sistema Galileo
En septiembre de 2003, China tenía la intención de unirse al proyecto europeo del sistema de posicionamiento Galileo e invertiría 230 millones de euros (296 millones de dólares estadounidenses, 160 millones de libras esterlinas) en Galileo durante los próximos años. [38] En ese momento, se creía que el sistema de navegación "BeiDou" de China sólo sería utilizado por sus fuerzas armadas. [28]
En octubre de 2004, China se unió oficialmente al proyecto Galileo mediante la firma del Acuerdo de Cooperación en el Programa Galileo entre la "Empresa Conjunta Galileo" (GJU) y el "Centro Nacional de Teledetección de China" (NRSCC) . [39] Sobre la base del Acuerdo de Cooperación Sino-Europea sobre el programa Galileo, China Galileo Industries (CGI), [40] el contratista principal de la participación de China en los programas Galileo, se fundó en diciembre de 2004. [41] En abril de 2006, se habían firmado once proyectos de cooperación en el marco de Galileo entre China y la UE. [42]
Fase III
Modelo de las órbitas de los satélites de la Fase III de BeiDou
En noviembre de 2014, BeiDou pasó a formar parte del Sistema Mundial de Radionavegación (WWRNS) en la 94ª reunión del Comité de Seguridad Marítima de la Organización Marítima Internacional (OMI), [43] que aprobó la "Circular de Seguridad de la Navegación" del Sistema de Navegación por Satélite BeiDou (BDS). [44] [45]
A las 21:52 hora de Beijing, el 30 de marzo de 2015, el primer satélite de navegación BeiDou de nueva generación (y el 17.º en total) fue puesto en órbita con éxito por un cohete Long March 3C . [46] [47]
El 20 de abril de 2019 se lanzó con éxito un satélite BeiDou. El lanzamiento se produjo a las 22:41 hora de Pekín , y el Long March 3B colocó la carga útil de navegación BeiDou en una órbita de transferencia elíptica que oscilaba entre 220 kilómetros y 35.787 kilómetros, con una inclinación de 28,5° respecto del ecuador, según datos de seguimiento militar de Estados Unidos. [48]
El 23 de junio de 2020 se lanzó con éxito el último satélite BeiDou, el 55.º de la familia. La tercera versión del sistema de navegación por satélite BeiDou proporciona cobertura global para cronometraje y navegación, y ofrece una alternativa al GLONASS de Rusia y al sistema de posicionamiento europeo Galileo , así como al GPS de Estados Unidos . [49]
Uso fuera de China
En 2018, las Fuerzas Armadas de Pakistán recibieron acceso a BeiDou para fines militares. [50] En 2019, el Ministerio de Defensa de Arabia Saudita firmó un acuerdo para el uso militar de BeiDou. [50] En 2020, Argentina firmó un acuerdo de cooperación con China sobre el uso de BeiDou. [51] En 2021, se celebró en Beijing el primer Foro de Cooperación del Sistema BeiDou entre China y África. [51] En 2022, Vladimir Putin firmó un acuerdo para la interoperabilidad de BeiDou y GLONASS . [50] [52]
Capacidades de GPS frente a BeiDou
El Consejo Asesor Nacional de Posicionamiento, Navegación y Temporización Basados en el Espacio (PNT), que ofrece orientación independiente al gobierno de los EE. UU. sobre la política del GPS, emitió un informe resumido de su 27.ª reunión celebrada el 16 y 17 de noviembre de 2022. Durante la reunión, se destacó que "las capacidades del GPS ahora están significativamente superadas por el sistema BeiDou de China". [53]
La tercera fase del sistema BeiDou (BDS-3) incluye tres satélites GEO, tres satélites IGSO y veinticuatro satélites MEO que introducen nuevas frecuencias de señal: B1C/B1I/B1A (1575,42 MHz), B2a/B2b (1191,79 MHz), B3I/B3Q/B3A (1268,52 MHz) y la frecuencia de prueba Bs (2492,02 MHz). Los documentos de control de interfaz sobre las nuevas señales abiertas se publicaron en 2017-2018. [54]
De izquierda a derecha: maquetas de satélites Beidou-3 que operan en MEO , IGSO y GEO
Las características de las señales "I" en E2 y E5B son generalmente similares a los códigos civiles del GPS (L1-CA y L2C), pero las señales de Compass tienen una potencia algo mayor. La notación de las señales de Compass que se utiliza en esta página sigue la denominación de las bandas de frecuencia y coincide con la notación utilizada en la literatura estadounidense sobre el tema, pero la notación utilizada por los chinos parece ser diferente. [ cita requerida ]
También se ha realizado una transmisión experimental en banda S denominada "Bs" a 2492,028 MHz, [54] siguiendo experimentos similares en BeiDou-1. [60]
Antecesores
BeiDou-1
Polígono de cobertura de BeiDou-1
BeiDou-1 era un sistema de navegación regional experimental que constaba de cuatro satélites (tres satélites de trabajo y uno de reserva). Los satélites se basaban en el satélite de comunicaciones geoestacionario chino DFH-3 y tenían un peso de lanzamiento de 1.000 kg cada uno. [61]
A diferencia de los sistemas estadounidense GPS , ruso GLONASS y europeo Galileo , que utilizan satélites de órbita terrestre media , BeiDou-1 utiliza satélites en órbita geoestacionaria . Esto significa que el sistema no requiere una gran constelación de satélites, pero también limita la cobertura a las áreas de la Tierra donde los satélites son visibles. [27] El área que puede recibir servicio es de longitud 70° E a 140° E y de latitud 5° N a 55° N. La frecuencia del sistema es de 2.491,75 MHz. [30]
Terminación
El primer satélite, BeiDou-1A, fue lanzado el 31 de octubre de 2000. El segundo satélite, BeiDou-1B, fue lanzado con éxito el 21 de diciembre de 2000. El último satélite operativo de la constelación, BeiDou-1C, fue lanzado el 25 de mayo de 2003. [27]
Cálculo de posición
En 2007, la agencia oficial de noticias Xinhua informó que la resolución del sistema BeiDou era de hasta 0,5 metros. [62] Con los terminales de usuario existentes parece que la precisión calibrada es de 20 m (100 m, sin calibrar). [63]
Terminales
En 2008, un terminal terrestre BeiDou-1 costaba alrededor de 20.000 yuanes chinos ( 2.929 dólares estadounidenses ), casi 10 veces el precio de un terminal GPS contemporáneo. [64] El precio de los terminales se explicó como debido al coste de los microchips importados. [65] En la Feria de Alta Tecnología de China ELEXCON de noviembre de 2009 en Shenzhen , se presentó un terminal BeiDou con un precio de 3.000 yuanes chinos . [66]
A partir de octubre de 2009, todos los guardias fronterizos chinos en Yunnan estaban equipados con dispositivos BeiDou-1. [68]
Sun Jiadong , el diseñador jefe del sistema de navegación, dijo en 2010 que "Muchas organizaciones han estado usando nuestro sistema durante un tiempo y les gusta mucho". [69]
Desmantelamiento
El sistema BeiDou-1 fue desmantelado a finales de 2012, después de que el sistema BeiDou-2 entrara en funcionamiento.
BeiDou-2
Polígono de cobertura de BeiDou-2 en 2012Asignación de frecuencia de GPS , Galileo y COMPASS; el color rojo claro de la banda E1 indica que aún no se ha detectado la transmisión en esta banda.
BeiDou-2 (antes conocido como COMPASS) [70] no es una extensión del antiguo BeiDou-1, sino que lo reemplaza por completo. El nuevo sistema es una constelación de 35 satélites, que incluyen 5 satélites de órbita geoestacionaria para compatibilidad con versiones anteriores de BeiDou-1, y 30 satélites no geoestacionarios (27 en órbita terrestre media y 3 en órbita geoestacionaria inclinada ), [71] que ofrecen una cobertura completa del globo.
Las señales de medición de distancia se basan en el principio CDMA y tienen una estructura compleja típica de Galileo o GPS modernizado . De manera similar a los otros sistemas globales de navegación por satélite (GNSS), existen dos niveles de servicio de posicionamiento: abierto (público) y restringido (militar). El servicio público está disponible globalmente para los usuarios generales. Cuando se implementen todos los GNSS actualmente planificados, los usuarios de receptores multiconstelación se beneficiarán de un total de más de 100 satélites, lo que mejorará significativamente todos los aspectos del posicionamiento, especialmente la disponibilidad de las señales en los llamados cañones urbanos . [72] El diseñador general del sistema de navegación COMPASS es Sun Jiadong , quien también es el diseñador general de su predecesor, el sistema de navegación BeiDou original. [ cita requerida ] Todos los satélites BeiDou están equipados con matrices de retrorreflectores láser para la medición de distancia por láser del satélite [73] y la verificación de la calidad de la órbita. [74] [75]
Exactitud
Se ofrecen dos niveles de servicio: un servicio gratuito para civiles y un servicio autorizado para el gobierno y el ejército chino . [34] [76] [77] El servicio civil gratuito tiene una precisión de seguimiento de ubicación de 10 metros, sincroniza relojes con una precisión de 10 nanosegundos y mide velocidades con una precisión de 0,2 m/s. El servicio militar restringido tiene una precisión de ubicación de 10 cm, [78] se puede utilizar para la comunicación y proporcionará información sobre el estado del sistema al usuario. [ cita requerida ] En 2019, el Servicio GNSS Internacional comenzó a proporcionar órbitas precisas de satélites BeiDou en productos experimentales. [73]
Las frecuencias para COMPASS están asignadas en cuatro bandas: E1, E2, E5B y E6; se superponen con Galileo. El hecho de la superposición podría ser conveniente desde el punto de vista del diseño del receptor, pero por otro lado plantea el problema de la interferencia del sistema, especialmente dentro de las bandas E1 y E2, que están asignadas para el servicio regulado públicamente de Galileo. [82] Sin embargo, según las políticas de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), el primer país que comience a transmitir en una frecuencia específica tendrá prioridad sobre esa frecuencia, y cualquier usuario posterior deberá obtener permiso antes de usar esa frecuencia, y de otra manera asegurarse de que sus transmisiones no interfieran con las transmisiones del país original. A partir de 2009, parecía que los satélites chinos COMPASS comenzarían a transmitir en las bandas E1, E2, E5B y E6 antes que los satélites europeos Galileo y, por lo tanto, tendrían derechos primarios sobre estos rangos de frecuencia. [83]
Brújula-M1
Compass-M1 es un satélite experimental lanzado para pruebas y validación de señales y para la presentación de solicitudes de frecuencias el 14 de abril de 2007. La función de Compass-M1 para Compass es similar a la de los satélites GIOVE para el sistema Galileo. La órbita de Compass-M1 es casi circular, tiene una altitud de 21.150 km y una inclinación de 55,5°. [ cita requerida ]
La investigación de las señales transmitidas comenzó inmediatamente después del lanzamiento de Compass-M1 el 14 de abril de 2007. Poco después, en junio de 2007, los ingenieros del CNES informaron sobre el espectro y la estructura de las señales. [84] Un mes después, investigadores de la Universidad de Stanford informaron sobre la decodificación completa de los componentes de las señales "I". [85] [86] El conocimiento de los códigos permitió a un grupo de ingenieros de Septentrio construir el receptor COMPASS [87] e informar sobre las características de seguimiento y trayectos múltiples de las señales "I" en E2 y E5B. [88]
En diciembre de 2011, el sistema entró en funcionamiento a modo de prueba. [89] Comenzó a proporcionar datos de navegación, posicionamiento y cronometraje a China y la zona vecina de forma gratuita a partir del 27 de diciembre de 2011. Durante esta prueba, Compass ofreció una precisión de posicionamiento de hasta 25 metros y la precisión mejoró a medida que se lanzaron más satélites. Tras el lanzamiento oficial del sistema, se comprometió a ofrecer a los usuarios generales información de posicionamiento con una precisión de hasta los 10 m más cercanos, medir velocidades con una precisión de 0,2 metros por segundo y proporcionar señales para la sincronización del reloj con una precisión de 0,02 microsegundos. [90]
El sistema BeiDou-2 comenzó a ofrecer servicios para la región Asia-Pacífico en diciembre de 2012. [16] En ese momento, el sistema podía proporcionar datos de posicionamiento entre la longitud 55° E y 180° E y desde la latitud 55° S hasta la latitud 55° N. [91]
Los satélites BeiDou de nueva generación admiten el servicio de mensajes cortos. [47]
Terminación
En diciembre de 2011, Xinhua declaró que "la estructura básica del sistema BeiDou ya está establecida y los ingenieros están realizando pruebas y evaluaciones integrales del sistema. El sistema proporcionará servicios de prueba de posicionamiento, navegación y tiempo para China y las áreas vecinas antes de fin de año, según las autoridades". [92] El sistema comenzó a funcionar en la región de China ese mismo mes. [15] El sistema de navegación global debería estar terminado para 2020. [93]
En diciembre de 2012, se habían lanzado 16 satélites para BeiDou-2, y 14 de ellos estaban en servicio. En diciembre de 2017, 150 millones de teléfonos inteligentes chinos (el 20 % del mercado) estaban equipados para utilizar BeiDou. [94]
Constelaciones
El sistema regional BeiDou-1 fue desmantelado a finales de 2012. [ cita requerida ]
El primer satélite del sistema de segunda generación, Compass-M1, se lanzó en 2007. Le siguieron otros nueve satélites entre 2009 y 2011, consiguiendo una cobertura regional funcional. En total, se lanzaron 16 satélites durante esta fase. [ cita requerida ]
En 2015, el sistema comenzó su transición hacia una cobertura global con el primer lanzamiento de una nueva generación de satélites, [47] y el 17º dentro del nuevo sistema. El 25 de julio de 2015, los satélites 18º y 19º fueron lanzados con éxito desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang , marcando la primera vez que China lanza dos satélites a la vez sobre un cohete portador Long March 3B / Expedition 1. El Expedition-1 es una etapa superior independiente capaz de entregar una o más naves espaciales en diferentes órbitas. El 29 de septiembre de 2015, se lanzó el 20º satélite, que transportaba un máser de hidrógeno por primera vez dentro del sistema. [95]
En 2016, se lanzaron los satélites 21, 22 y 23 desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang , [96] los dos últimos de los cuales entraron en servicio el 5 de agosto y el 30 de noviembre, respectivamente. [97] [98]
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