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 radionavegación por satélite propiedad de la Administración Espacial Nacional de China y operado por ella . [4] Es uno de los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) que proporciona geolocalización e información horaria a un receptor BDS en cualquier lugar de la Tierra o cerca de ella donde haya una línea de visión sin obstáculos hacia 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 del BDS. [6]
El servicio actual, BeiDou-3 (BeiDou de tercera generación), proporciona cobertura global completa para cronometraje y navegación, junto con el GLONASS de Rusia, el Galileo europeo y el GPS de Estados Unidos . [7]
Consta de satélites en tres órbitas diferentes, incluidos 24 satélites en órbitas de círculo medio (que cubren el mundo), 3 satélites en órbitas geosincrónicas inclinadas (que cubren la región de Asia y el Pacífico) y 3 satélites en órbitas geoestacionarias (que cubren China). ). El sistema BeiDou-3 estaba en pleno funcionamiento en julio de 2020. [8] [9] [10] [11] [12] En 2016, BeiDou-3 alcanzó una precisión milimétrica con posprocesamiento. [13]
Sus predecesores incluyeron BeiDou-1 (BeiDou de primera generación), que consta de tres satélites en un sistema regional de navegación por satélite . Desde el año 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) era también un sistema de navegación por satélite regional que contenía 16 satélites, incluidos 6 satélites geoestacionarios, 6 satélites de órbita geosincrónica 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 del lanzamiento del sistema satelital, generaba 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 hasta alcanzar los 64 mil millones de dólares en 2020. [19] [20]
Nomenclatura
El nombre oficial en inglés del sistema es BeiDou Navigation Satellite System . [21] Lleva el nombre del asterismo de la Osa Mayor , que se conoce en chino 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 utilizaba en la navegación para localizar la Estrella Polar . Como tal, el nombre BeiDou también sirve como metáfora del sistema de navegación por satélite. [ cita necesaria ]
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 los años 1980. [23] La Guerra del Golfo en 1991 demostró cómo el GPS dio a Estados Unidos 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 , impulsó 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 cubrirá China y las regiones vecinas.
Para 2020: sistema de navegación global BeiDou
El primer satélite, BeiDou-1A , fue lanzado el 30 de octubre de 2000, seguido del 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] [28] El exitoso lanzamiento de 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. [29]
En febrero de 2007, se lanzó el cuarto y último satélite del sistema BeiDou-1, BeiDou-1D (a veces llamado BeiDou-2A , que sirve como satélite de respaldo). [30] Se informó que el satélite había sufrido un mal funcionamiento del sistema de control pero luego fue completamente restaurado. [31] [32]
En abril de 2007, el primer satélite de BeiDou-2, el Compass-M1 (para validar las frecuencias de la constelación BeiDou-2), fue puesto con éxito en su órbita de trabajo. El segundo satélite de la constelación BeiDou-2, Compass-G2, se lanzó el 15 de abril de 2009. [33]
El 15 de enero de 2010, el sitio web oficial del Sistema de Navegación por Satélite BeiDou entró en línea, [34] 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. [34]
El 2 de junio de 2010 se puso en órbita con éxito el cuarto satélite. [35]
Tres meses después, el 1 de noviembre de 2010, el LM-3C puso en órbita el sexto satélite. [37]
Otro satélite, el BeiDou-2/Compass IGSO-5 (quinta órbita geosincrónica inclinada), fue lanzado desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang mediante un Long March 3A el 1 de diciembre de 2011 (UTC). [38]
Representación del satélite BeiDou en la televisión de noticias 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 y debía invertir 230 millones de euros (296 millones de dólares estadounidenses, 160 millones de libras esterlinas) en Galileo durante los próximos años. [39] En ese momento, se creía que el sistema de navegación "BeiDou" de China entonces sólo sería utilizado por sus fuerzas armadas. [29]
En octubre de 2004, China se unió oficialmente al proyecto Galileo al firmar el Acuerdo de Cooperación en el Programa Galileo entre la "Empresa Conjunta Galileo" (GJU) y el "Centro Nacional de Teledetección de China" (NRSCC) . [40] Sobre la base del Acuerdo de Cooperación Sino-Europea sobre el programa Galileo, China Galileo Industries (CGI), [41] el contratista principal de la participación de China en los programas Galileo, fue fundada en diciembre de 2004. [42] En abril de 2006, once cooperaciones China y la UE habían firmado proyectos en el marco de Galileo. [43]
Fase III
Modelo de órbitas del satélite BeiDou Fase III
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), [44] que aprobó la "Circular de Seguridad de la Navegación" del Sistema de Navegación por Satélite BeiDou. (BDS). [45] [46]
A las 21:52 hora de Beijing del 30 de marzo de 2015, el primer satélite de navegación BeiDou de nueva generación (y el 17º en total) fue puesto con éxito en órbita mediante un cohete Gran Marcha 3C . [47] [48]
El 20 de abril de 2019 se lanzó con éxito un satélite BeiDou. El lanzamiento se produjo a las 22:41 hora de Beijing , y el Gran Marcha 3B entregó la carga útil de navegación BeiDou a una órbita de transferencia elíptica que oscilaba entre 220 y 35.787 kilómetros, con una inclinación de 28,5° con respecto al ecuador, según datos de seguimiento militar de Estados Unidos. [49]
El 23 de junio de 2020 se lanzó con éxito el último satélite BeiDou, el lanzamiento del satélite número 55 de la familia BeiDou. La tercera versión del sistema de navegación por satélite BeiDou proporciona cobertura global para sincronización y navegación, ofreciendo una alternativa al GLONASS de Rusia y al sistema de posicionamiento europeo Galileo , así como al GPS de EE. UU . [50]
Uso fuera de China
En 2018, las Fuerzas Armadas de Pakistán obtuvieron acceso a BeiDou con fines militares. [51] En 2019, el Ministerio de Defensa saudita firmó un acuerdo para el uso militar de BeiDou. [51] En 2020, Argentina celebró un acuerdo de cooperación con China sobre el uso de BeiDou. [52] En 2021, se celebró en Beijing el primer Foro de Cooperación del Sistema BeiDou China-África. [52] En 2022, Vladimir Putin firmó un acuerdo para la interoperabilidad de BeiDou y GLONASS . [51] [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 frecuencia de prueba Bs (2492,02 MHz). En 2017-2018 se publicaron documentos de control de interfaz sobre las nuevas señales abiertas. [54]
De izquierda a derecha: maquetas de satélites Beidou-3 operando en MEO , IGSO y GEO
Las características de las señales "I" en E2 y E5B son generalmente similares a los códigos civiles de GPS (L1-CA y L2C), pero las señales de Compass tienen una potencia algo mayor. La notación de las señales de Compass utilizada en esta página sigue la denominación de las bandas de frecuencia y concuerda con la notación utilizada en la literatura estadounidense sobre el tema, pero la notación utilizada por los chinos parece ser diferente. [ cita necesaria ]
También ha habido una transmisión experimental en banda S llamada "Bs" a 2492,028 MHz, [54] luego de 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 un satélite de respaldo). Los satélites estaban basados 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 GPS estadounidense , GLONASS ruso y Galileo europeo , que utilizan satélites en órbita terrestre media , BeiDou-1 utilizó satélites en órbita geoestacionaria . Esto significa que el sistema no requiere una gran constelación de satélites, pero también limita la cobertura a áreas de la Tierra donde los satélites son visibles. [27] El área que puede ser atendida es desde la longitud 70° E hasta 140° E y desde la latitud 5° N hasta 55° N. La frecuencia del sistema es 2.491,75 MHz. [31]
Terminación
El primer satélite, BeiDou-1A, se lanzó el 31 de octubre de 2000. El segundo satélite, BeiDou-1B, se lanzó con éxito el 21 de diciembre de 2000. El último satélite operativo de la constelación, BeiDou-1C, se lanzó el 25 de mayo de 2003. [27]
Cálculo de posición
En 2007, la agencia de noticias oficial Xinhua informó que la resolución del sistema BeiDou era tan baja como 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 ( 2.929 dólares estadounidenses ), casi 10 veces el precio de un terminal GPS contemporáneo. [64] Se explicó que el precio de los terminales se debía al coste de los microchips importados. [65] En la feria de alta tecnología de China ELEXCON celebrada en noviembre de 2009 en Shenzhen , se presentó un terminal BeiDou con un precio de 3.000 CN¥ . [66]
En 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 utilizando nuestro sistema durante un tiempo y les gusta mucho". [69]
Desmantelamiento
BeiDou-1 fue dado de baja 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 frecuencias 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 (anteriormente 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 en órbita geoestacionaria para compatibilidad con BeiDou-1, y 30 satélites no geoestacionarios (27 en órbita terrestre media y 3 en órbita geosincrónica inclinada ), [71] que ofrecen completa cobertura del globo.
Las señales de medición se basan en el principio CDMA y tienen una estructura compleja típica de Galileo o GPS modernizado . Al igual que con 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 previstos, los usuarios de receptores multiconstelaciones 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 necesaria ] Todos los satélites BeiDou están equipados con conjuntos de retrorreflectores láser para el alcance del láser del satélite [73] y la verificación de la calidad de la órbita. [74] [75]
Exactitud
Se proporcionan dos niveles de servicio: un servicio gratuito para civiles y un servicio con licencia para el gobierno y el ejército chinos . [35] [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 un margen de error 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 necesaria ] En 2019, el Servicio Internacional GNSS comenzó a proporcionar órbitas precisas de los satélites BeiDou en productos experimentales. [73]
Las frecuencias de 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 problemas de interferencia del sistema, especialmente dentro de las bandas E1 y E2, que están atribuidas al servicio regulado públicamente de Galileo. [82] Sin embargo, según las políticas de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), la primera nación que comience a transmitir en una frecuencia específica tendrá prioridad para esa frecuencia, y cualquier usuario posterior deberá obtener permiso antes de usar esa frecuencia y, de lo contrario, garantizar que sus transmisiones no interfieran con las transmisiones de la nación original. En 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 el registro de frecuencias el 14 de abril de 2007. La función de Compass-M1 para Compass es similar a la función 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 necesaria ]
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 las características de seguimiento y trayectorias 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 sincronización a China y el área 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 lanzaban más satélites. Tras el lanzamiento oficial del sistema, se comprometió a ofrecer a los usuarios generales información de posicionamiento con una precisión de 10 m, medir velocidades dentro 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 de Asia y el 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 55° N. [ 91]
Los satélites BeiDou de nueva generación admiten el servicio de mensajes cortos. [48]
Terminación
En diciembre de 2011, Xinhua declaró que "[l]a estructura básica del sistema BeiDou ya se ha establecido y los ingenieros están realizando pruebas y evaluaciones integrales del sistema. El sistema proporcionará servicios de prueba de posicionamiento, navegación y hora para China. y las zonas aledañas antes de finales de este año, según las autoridades". [92] El sistema entró en funcionamiento en la región de China ese mismo mes. [15] El sistema de navegación global debería estar terminado en 2020. [93]
En diciembre de 2012, se habían lanzado 16 satélites para BeiDou-2, de los cuales 14 estaban en servicio. En diciembre de 2017, 150 millones de teléfonos inteligentes chinos (20% del mercado) estaban equipados para utilizar BeiDou. [94]
Constelaciones
El sistema regional BeiDou-1 fue dado de baja a finales de 2012. [ cita necesaria ]
El primer satélite del sistema de segunda generación, Compass-M1, se lanzó en 2007. Le siguieron nueve satélites más durante el período 2009-2011, logrando una cobertura regional funcional. Durante esta fase se lanzaron un total de 16 satélites. [ cita necesaria ]
En 2015, el sistema inició su transición hacia una cobertura global con el primer lanzamiento de una nueva generación de satélites, [48] y el 17º dentro del nuevo sistema. El 25 de julio de 2015, los satélites 18 y 19 se lanzaron 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 Gran Marcha 3B / Expedición 1 . La Expedition-1 es una etapa superior independiente capaz de llevar una o más naves espaciales a diferentes órbitas. El 29 de septiembre de 2015 se lanzó el vigésimo satélite, que por primera vez lleva dentro del sistema un máser de hidrógeno . [95]
En 2016, se lanzaron los satélites 21, 22 y 23 desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang , [96] los dos últimos entraron en servicio el 5 de agosto y el 30 de noviembre, respectivamente. [97] [98]
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