¿Qué es el sistema de navegación por satélite BeiDou? ¿En qué se diferencia del GPS?

La administración espacial china (CNSA) no es ni la agencia espacial más antigua ni la más grande del mundo, pero está a punto de lograr una hazaña que solo unos pocos han logrado en el pasado; establecer un sistema global de navegación por satélite o GNSS completamente funcional.

Un GNSS es simplemente un sistema de navegación por satélite que proporciona varios servicios geoespaciales en un escenario global. A partir de ahora, el GPS construido en Estados Unidos y el GLONASS de Rusia son los únicos dos sistemas de este tipo en funcionamiento.

Estoy casi seguro de que la mayoría de nuestros lectores están bien informados sobre el GPS o el Sistema de posicionamiento global y su competidor GLONASS, un poco menos popular, pero ¿le suena el nombre BeiDou? Para aquellos que no lo saben, BeiDou (BDS) es el principal sistema de navegación por satélite de China, administrado únicamente por CNSA.

Se cree que la idea de un proyecto tan extenso fue concebida por primera vez en la década de 1980 por el gobierno chino en respuesta a los avances estadounidenses en tecnologías espaciales militares. BeiDou tomó su nombre del asterismo Big Dipper, un grupo de estrellas brillantes ubicadas en la constelación de la Osa Mayor.

Al igual que GPS, GLONASS, Galileo y otros sistemas de navegación actualmente en desarrollo, el objetivo final de BeiDou es brindar sus servicios a nivel mundial con más precisión (en relación con otros GNSS).

Para lograrlo, todo el proyecto se organizó cuidadosamente en tres fases; la primera fase (BeiDou-1) comenzó en el año 2000, la segunda etapa en 2007 y la tercera etapa final en 2015. Se espera que el sistema de navegación por satélite BeiDou opere a nivel mundial en algún momento de 2020.

En pocas palabras, BeiDou es la versión china del GPS, pero a escala regional (al menos por ahora). Es solo el segundo sistema de navegación regional operativo en Asia, el otro es NAVIC (propiedad de INDIA). Si todo va bien, BeiDou de China competirá con GLONASS y GPS a nivel mundial.

BeiDou-1 y 2

Comparación de órbitas de diferentes sistemas de satélites, incluido BeiDou-2 (COMPASS)

La primera fase exploratoria del sistema de navegación por satélite BeiDou comenzó el 30 de octubre de 2000 con el lanzamiento de BeiDou-1A satélite. Le siguieron BeiDou-1B y BeiDou-1C, que se lanzaron el 20 de diciembre de 2000 y el 25 de mayo de 2003, respectivamente.

El despliegue exitoso de los tres satélites BeiDou marcó el éxito inicial del proyecto. Posteriormente también se lanzó un satélite de respaldo (BeiDou-4D) en caso de emergencia.

Es interesante notar que los cuatro satélites BeiDou-1 estaban estacionados en órbita geoestacionaria (GEO) y no en órbita terrestre media (MEO) como el caso con GPS y GLONASS.

Al usar sus satélites en la órbita geoestacionaria, BeiDou-1 eliminó la necesidad de una gran constelación de satélites, sin embargo, también restringió el área máxima (en la Tierra) que puede cubrir. Su área de cobertura efectiva fue de 70 ° E a 140 ° E de longitud y de 5 ° N a 55 ° N de latitud. BeiDou-1 se eliminó por completo en 2012.

En una nota diferente, en 2008, un solo receptor BeiDou-1 costaba alrededor de US $ 2.929 (CNY 20.000RMB), casi 10 veces más caro que un terminal GPS en ese momento. El precio era increíblemente alto, supuestamente debido a los costosos microchips importados. Una vez que comenzaron a fabricar chips a nivel nacional, sus precios bajaron mucho.

Comparación del área cubierta por BeiDou-1 y BeiDou-2 Imagen cortesía:BeiDou.gov.cn

La segunda fase del sistema de navegación BeiDou, BeiDou-2, también conocido como COMPASS , se introdujo en 2007 como una mejora significativa con respecto al sistema anterior. Hasta 2008, el aparato de navegación chino brindaba sus servicios solo a las fuerzas armadas y otras agencias gubernamentales chinas relacionadas, pero estaba disponible para uso civil y comercial.

En esta fase, se despliegan un total de 19 satélites (dos de los cuales están ahora retirados) y un satélite se lanzará en 2019. Durante su etapa inicial, COMPASS ofreció una precisión de posicionamiento informada de 25 metros, pero mejoró sustancialmente después de que se convirtieron en más satélites. operativo.

El nuevo sistema entra en pleno funcionamiento en diciembre de 2011 y, a finales de 2012, abrió sus servicios de posicionamiento y navegación a otras naciones de la región de Asia y el Pacífico. La extensión actual de la cobertura de BeiDou se encuentra entre 55 ° E y 180 ° E de longitud y entre 55 ° S y 55 ° N de latitud.

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Precisión y frecuencias

Al igual que GPS y Galileo, BeiDou ofrece sus servicios en dos niveles diferentes:un servicio de libre acceso para uso civil y una versión restringida para el ejército. El servicio civil tiene una precisión de seguimiento de ubicación de 10 metros y una precisión de sincronización de reloj de 10 nanosegundos.

Por otro lado, sus servicios restringidos tienen una precisión de seguimiento mucho mayor de 10 centímetros y tienen capacidades avanzadas de transmisión de datos. El acceso al canal restringido de BeiDou, hasta la fecha, se otorga solo a las Fuerzas Armadas de China y Pakistán. Las señales de rango de BeiDou se basan en el método de acceso múltiple por división de código (CDMA).

Asignación de frecuencia de GPS, Galileo y BeiDou 2 (COMPASS)

BeiDou-2 tiene cuatro bandas de frecuencia reconocidas; E1, E2, E6 y E5B (mostrados en barras rojas en la figura anterior). Como puede ver, las cuatro bandas se superponen con las bandas de Galileo. Si bien estos tipos de superposiciones son beneficiosos hasta cierto punto (pueden solucionar problemas asociados con el diseño del receptor o del terminal de tierra), en su mayoría crean problemas serios como interferencias en la señal.

Existe una gran probabilidad de que si ambos sistemas de navegación funcionan simultáneamente en circunstancias similares, experimentarán una fuerte interferencia de señal, especialmente dentro de las bandas E1 y E2, que actualmente están asignadas al servicio público de Galileo.

Sin embargo, para evitar este tipo de conflictos, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) tiene una ley universal de "primero en llegar, primero en servir" que permite los derechos de una frecuencia particular a una nación que comienza a transmitir en ella primero. Cualquier nación usuaria posterior que desee utilizar esa frecuencia, deberá obtener el permiso de la nación propietaria antes de su uso. De esta manera, ambas partes pueden asegurarse de que no haya interferencia con su transmisión.

Ahora, es casi seguro que el BeiDou-2 chino comenzará a transmitir en las bandas disputadas antes mencionadas antes que los satélites Galileo y, por lo tanto, obtendrá los derechos primarios sobre estas frecuencias.

BeiDou-3

La Administración Nacional del Espacio de China (CNSA) inició la tercera fase del satélite de navegación BeiDou el 30 de marzo de 2015, con el lanzamiento inaugural del satélite BDS-3 desde el Centro Espacial Xichang ubicado en la provincia de Sichuan. Está previsto poner en servicio un total de 35 satélites en esta fase, de los cuales 19 ya se encuentran en sus respectivas órbitas.

El BeiDou-3 está configurado para introducir nuevas bandas de frecuencia; B1C / B1I / B1A, (1575,42 MHz), B2a / B2b (1191,795 MHz), B3I / B3Q / B3A (1268,52 MHz) incluida una frecuencia de prueba Bs (2492,028 MHz).

Del total de 35 satélites, 27 son satélites de órbita terrestre media (MEO), 5 satélites de órbita geosincrónica inclinada (IGSO) y 3 satélites de órbita geoestacionaria (GEO). Estos satélites también tienen capacidades SAR (radar de apertura sintética) y SBAS (sistema de aumento basado en satélites) similares a GPS y GLONASS.

Uso comercial de BeiDou

El sistema de navegación por satélite BeiDou ha sido un éxito comercial en China. Según China Daily, BDS ayudó a varias empresas privadas y estatales como China Aerospace Science and Industry Corp y AutoNavi Holdings Ltd a generar más de $ 31 mil millones (200 mil millones de yuanes) en ingresos en 2015. El artículo también señaló que esta cifra podría aumentar a 400 mil millones de yuanes para el año 2020.

Desde 2013, muchos fabricantes de teléfonos móviles en China han hecho que sus productos sean compatibles con el sistema de navegación BeiDou. Millones de vehículos comerciales, miles de embarcaciones pesqueras (en China) también han sido equipados con el BDS y es más probable que gane una base de clientes en los próximos años.

Como sabrá, cada vez más dispositivos móviles vienen con tecnología GPS y GLONASS para una mejor cobertura y servicios de ubicación, por lo que probablemente sea cuestión de tiempo que BeiDou también se incorpore a la mezcla.

En qué se diferencia del GPS

Un sistema de navegación por satélite es sin duda una de las piezas tecnológicas más importantes que cualquier país puede tener en la actualidad, y es aún más valioso para China considerando su actual posición geopolítica y económica con Estados Unidos.

Con el GPS bajo su control, el Ejército de los EE. UU. Puede desactivar eficazmente sus servicios en cualquier región del mundo, por eso muchas naciones están desarrollando sus sistemas independientes similares al GPS.

No hay mucha diferencia entre los dos además de la precisión. El GPS tiene un tamaño de constelación de 31 satélites, mientras que el nuevo BeiDou tendrá unos 35 de ellos. Cuando esté en pleno funcionamiento (para 2020), se espera que el sistema de navegación por satélite BeiDou proporcione servicios de ubicación más precisos que el GPS.

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En 2016, se afirmó que el sistema chino alcanzará una precisión de nivel milimétrico (después del posprocesamiento), lo que significa que será diez veces más preciso que los niveles de GPS más precisos.

Área cubierta por WAAS (Sistema de aumento de área amplia) Imagen cortesía:Administración Federal de Aviación de EE. UU.

En Estados Unidos, Canadá y México, el GPS se utiliza a menudo con una ayuda de navegación conocida como Ampliación de área amplia . o sistema WASS que aumenta sustancialmente la precisión del GPS en el continente norteamericano.

Según gps.gov, el sistema con sede en EE. UU. Podrá proporcionar precisión de posicionamiento en tiempo real en unos pocos centímetros y medir distancias a niveles milimétricos con la ayuda de receptores de alta gama y técnicas avanzadas como la cinemática en tiempo real. Actualmente, la Fuerza Aérea de EE. UU. Junto con Lockheed Martin está trabajando en GPS III, la séptima generación de satélites GPS.

Si bien es un conocimiento común que la precisión vertical del GPS es mucho peor en comparación con su servicio en un plano horizontal, sus niveles de precisión en ambos componentes siguen siendo más altos que los de BeiDou (25 metros en horizontal y 30 metros en vertical).

Sin embargo, según un artículo de la revista Chinese Journal of Aeronautics, el BDS puede alcanzar una precisión superior a 1 cm en horizontal y 3 cm en vertical, lo que según los estándares actuales es mucho mejor que el sistema de posicionamiento global (GPS).

Otros sistemas de navegación por satélite

Aparte de BeiDou, hay pocos otros sistemas de navegación por satélite actualmente en construcción o en funcionamiento. El más notable de esos sistemas es Galileo . . Galileo de la Unión Europea es un proyecto de miles de millones de dólares que se inició con el fin de proporcionar un sistema de posicionamiento altamente preciso e independiente a las naciones europeas teniendo en cuenta los factores geopolíticos. Toda la constelación de Galileo consta de 26 satélites con seis despliegues adicionales durante la próxima década.

El IRNSS (abreviatura de Indian Regional Navigation System) o NAVIC es otro sistema de navegación autónomo que consta de una constelación de cuatro satélites (están programados tres satélites más). NAVIC es desarrollado y mantenido de forma independiente por la Organización de Investigación Espacial de la India.

Aparentemente, el IRNSS proporciona una precisión posicional de 10 m (servicio abierto) y 10 cm (servicio restringido). A diferencia del GPS, GLONASS y Galileo, el sistema de navegación de la India no tiene planes inmediatos para brindar un servicio global.

Una animación que representa la órbita del satélite QZSS Imagen cortesía:Hiroshi FUKUDA

El siguiente en la línea es el sistema de satélites Quasi-Zenith de Japón o QZSS . Es un sistema de aumento basado en satélites compatible con GPS que básicamente aumentará la precisión y confiabilidad del GPS en Japón y sus áreas circundantes. Actualmente, el sistema QZSS consta de cuatro satélites, pero se extenderá gradualmente a siete satélites para el año 2023 (estimación).

Tres de sus cuatro satélites están colocados en órbitas geosincrónicas muy inclinadas, a unos 120 ° entre sí. Esta alta inclinación les permite orbitar en un patrón asimétrico único conocido como analemas y tener presencia sobre Japón en todo momento. Las señales transmitidas por los satélites QZSS son idénticas a las señales GPS antiguas y modernizadas (L1C / A, L1C, L2C), lo que facilita la colaboración con la red de navegación estadounidense.

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Si bien es casi seguro que no tenemos que depender completamente del GPS para nuestras necesidades económicas y políticas, será bastante interesante ver cómo le va al BeiDou de China frente a sus contrapartes estadounidenses, rusas y europeas en el futuro.