سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

مطالعه این نوشته در 12 دقیقه

داشتن یک سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای فواید بسیاری دارد. تا آنجا که تمامی قدرت های جهان سعی در ایجاد و یا توسعه این سیستم ها نموده اند. در ادامه معرفی سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای GNSS، به سیستمی که توسط چین ساخته شده است می پردازم. به آن سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou گفته می شود. اگر می خواهید به صورت مختصر با این سیستم آشنا شوید با من همراه شوید.

BeiDou یا Compass

یکی از نکات جالب در این سیستم، نامگذاری آن است. زمانی که دانشمندان و متخصصان چینی تصمیم به ساخت سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای مختص به خود گرفتند، نام BeiDou را برای آن انتخاب کردند تا به بهترین نحو، مردم این کشور باستانی به کاربرد این سیستم پی ببرند. BeiDou تلفظ چینی 北斗 می باشد که نام یک سری ستاره قابل رویت در نیمکره شمالی زمین می باشد که از آن برای مسیریابی استفاده می شود. به این ستاره ها Big Dipper نیز گفته می شود.

معادل انگلیسی BeiDou را Compass انتخاب کردند. Compass یا قطب نما برای اولین بار توسط چینی ها اختراع شده است و از آن در جنگ های خود برای مسیریابی استفاده می کردند. در تصویر زیر اولین قطب نمای ساخته شده در این کشور را مشاهده می کنید.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

ساخت سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou در دهه 80 میلادی آغاز شد. تکمیل شدن این سیستم در سه مرحله برنامه ریزی شده است که در شکل زیر آن را مشاهده می کنید. در ادامه به بررسی هر مرحله می پردازم.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

مرحله اول یا BDS-1

مرحله اول که به آن BDS-1 گفته می شود از سال 94 شروع و با پرتاب 3 ماهواره GEO در سال های 2002 و 2003 به اتمام رسید. با پایان این مرحله، چین در کنار آمریکا و روسیه، سومین کشوری بود که سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای داشت. از قابلیت های اولیه سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou، می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • تعیین موقعیت کاربر
  • امکان برقراری ارتباط به صورت پیام های کوتاه بین کاربر و ایستگاه کنترل
  • ارسال اطلاعات زمان و تصحیحات آن برای کاربرانی که از قابلیت Timing سیستم استفاده می کنند.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou، در اولین گام خود از ایده اولیه سیستم Geostar که در آمریکا در دهه 80 ایجاد شده بود استفاده کرد. این ایده شامل تکنیک Radio Determination Satellite Service یا RDSS می باشد.

یکی از مهمترین تفاوت های RDSS با سایر سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای محلی (RNSS) این است که در RDDS، موقعیت کاربر توسط ایستگاه کنترل محاسبه و ارسال می شود در حالیکه در RNSS، موقعیت و سرعت کاربر توسط خود او (گیرنده) محاسبه می شود.

در تصویر زیر نحوه عملکرد این فاز از سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou را مشاهده می کنید. در واقع مشاهدات شبه فاصله توسط گیرنده از ماهواره های GEO دریافت شده و از طریق ماهواره GEO به ایستگاه کنترل اصلی ارسال می شود. موقعیت گیرنده در این ایستگاه محاسبه شده و به گیرنده بازگشت داده می شود.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

محل های تحت پوشش این فاز از BeiDou را در تصویر زیر مشاهده می کنید.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

در مورد دقت تعیین موقعیت در این مرحله می توان به اعداد زیر اشاره نمود:

  • دقت تعیین موقعیت مسطحاتی: 20 متر
  • دقت تعیین زمان: 20-100 نانوثانیه

مرحله دوم یا BDS-2

مرحله دوم که به آن مرحله ایجاد سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای منطقه ای می گویند با نام BDS-2 معروف شد. هدف اصلی از این مرحله انتقال از حالت محلی و ایده RDSS به سیستم منطقه ای و RNSS بود.

این مرحله از سال 2004 شروع شد و در سال 2007 اولین ماهواره MEO آن پرتاب شد. در پایان سال 2012 تمامی کشور چین و قسمت های وسیعی از منطقه آسیا-اقیانوسیه تحت پوشش این سیستم قرار گرفت. این مرحله با قرار گرفتن 14 ماهواره (شامل 5 ماهواره GEO و 5 ماهواره IGSO و 4 ماهواره MEO) تکمیل شد.

در تصویر زیر مسیر حرکت ماهواره های این سیستم را مشاهده می کنید.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

رنگ قرمز بیانگر ماهواره های GEO می باشد. همانطور که می دانید این ماهواره ها در ارتفاعی قرار دارند که همواره در بالای سر یک منطقه قرار می گیرند. به این ماهواره ها، Geostationary می گویند.

رنگ آبی بیانگر ماهواره های IGSO می باشد. مسیر حرکت آن ها باعث شده در مناطقی نظیر استرالیا، امکان دسترسی عالی به این ماهواره ها وجود داشته باشد و در نتیجه دقت تعیین موقعیت در حالت استفاده از GNSS در این منطقه بالاتر باشد.

رنگ سبز نیز نشان دهنده ماهواره های MEO می باشند. این ماهواره ها نظیر ماهواره های GPS حول زمین در حال گردش هستند.

سیگنال های BeiDou

سیگنال های ارسالی در این مرحله شامل موارد زیر می باشد:

  • B1 با فرکانس 1561:098 مگاهرتز
  • B2 با فرکانس 1207:14 مگاهرتز
  • B3 با فرکانس 1268:52 مگاهرتز

سیگنال های B1 و B3 دارای اختلافی در حدود 14 و 10 مگاهرتز با سیگنال E1/L1 و E6 سیستم Galelio و GPS دارند. سیگنال B2 نیز کاملا منطبق بر E5b سیستم Galileo می باشد.

سیگنال های B1 و B2 سیگنال های رایگان و B3، سیگنالی مخصوص کاربران مجاز می باشند.

دقت تعیین موقعیت در این فاز از سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou افزایش چشمگیری داشته و به صورت زیر می باشد:

  • دقت تعیین موقعیت مسطحاتی بهتر از 2.5 متر
  • دقت تعیین موقعیت ارتفاعی بهتر از 10 متر
  • پشتیبانی از SBAS

قسمت کنترل سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

همانند سایر سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، قسمت کنترل یکی از مهمترین قسمت های سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou می باشد. از جمله وظایف این سیستم می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • ایجاد و نگهداری دیتوم مرجع مختصاتی و زمانی (سیستم مرجع BeiDou، سیستم CGCS2000 می باشد که مخفف China Geodetic Coordinate System 2000 می باشد. برای دسترسی عملی به آن فریم CTRF تعریف شده است. برای آشنایی با مفهوم فریم و تفاوت آن با سیستم حتما نوشته ITRS-ITRF سیستم و فریم مرجع زمینی را مطالعه نمایید.)
  • محاسبه مدار دقیق ماهواره ها و اطلاعات ساعت اتمی آن ها
  • محاسبه خطای یونسفر
  • محاسبه یکپارچگی سیستم
  • ارسال پیغام ناوبری

محل قرار گیری این ایستگاه ها را در شکل زیر مشاهده می کنید.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

کارکرد سیستم پس از پایان این فاز به صورت زیر تغییر کرد. آن را با حالت BDS-1 مقایسه کنید.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

مرحله سوم یا BDS-3

مرحله سومکه به آن BDS-3 می گویند، مرحله ایجاد پوشش جهانی و تکمیل سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou به عنوان یک سیستم جهانی می باشد. این مرحله تا سال 2020 تکمیل می شود. ماهواره های این سیستم پس از تکمیل این مرحله شامل 5 ماهواره GEO و 27 ماهواره MEO و 3 ماهواره IGSO می باشند.

اخیرا ماهواره 12 ام از سری ماهواره های BDS-3 نیز با موفقیت به فضا پرتاب شد. تا پایان سال 2018، تعداد ماهواره های سری BDS-3 به 18 عدد خواهد رسید.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای BeiDou

در آینده بیشتر از این سیستم خواهیم شنید.

منبع


امیر اللهویردی زاده
دانشجوی دکترای GNSS دانشگاه Curtin، کارشناس ارشد ژئودزی از دانشگاه اصفهان، مدرس دانشگاه، علاقه مند به سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، مدیریت پروژه، برنامه نویسی
LinkedinTelegram

متوسط امتیاز / 5. تعداد رای

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *