QZSS-Квазизенитная спутниковая система

QZSS logo

Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) — проект трёхспутниковой региональной системы синхронизации времени и одна из систем дифференциальной коррекции для GPS, сигналы которой будут доступны в Японии. QZSS предназначена для обслуживания потребителей в Тихоокеанском Азиатском регионе.

 

История развития QZSS

Орбита QZSS

Работа над общим проектом квази-зенитной спутниковой системы была одобрена правительством Японии в 2002 году. В неё включились компании Advanced Space Business Corporation (ASBC), Mitsubishi Electric Corp., Hitachi Ltd. и GNSS Technologies Inc. Однако ASBC прекратила существование в 2007 году. Работа была продолжена организацией Satellite Positioning Research and Application Center (SPAC). SPAC принадлежит четырём департаментам правительства Японии: министерствам образования, культуры, спорта, науки и технологий; внутренних дел и связи ; Министерство экономики, торговли и промышленности и министерству земли, инфраструктуры, транспорта и туризма.

Согласно первоначальному плану спутниковая группировка QZSS должна была состоять из 3-х спутников. Система была спроектирована таким образом, чтобы в любой момент времени хотя бы один из спутников системы находился вблизи точки зенита над территорией Японии (угол места составляет минимум 60 градусов). Спутники должны были размещаться на трех элиптических наклонных геосинхронных орбитах (наклонение 43 +/- 4 градуса к экватору) в трех орбитальных плоскостях. При этом орбитальные плоскости разнесены на 120 градусов. Таким образом, каждый из спутников должен находиться над территорией Японии в течении 8 часов каждые сутки.

В июне 2011 года после разрушительного землетрясения правительство Японии пересмотрело программу развития системы. Новая программа предполагает расширение конфигурации группировки до 4 КА, 3 из которых (КА QZS-1, -2, -3) предполагается разместить на квазизенитных орбитах, а 1 КА на геостационарной орбите, с возможностью последующего расширения группировки до 7 КА.

QZSS предназначена для мобильных приложений, для предоставления услуг связи (видео, аудио и другие данные) и глобального позиционирования. Что касается услуг позиционирования, QZSS сама по себе предоставляет ограниченную точность и по существующей спецификации не работает в автономном режиме. С точки зрения пользователей QZSS предстаёт как система дифференциальной коррекции. Система позиционирования QZSS может работать совместно с геостационарными спутниками в японской системе MTSAT, находящейся в процессе создания, которая сама по себе является системой дифференциальной коррекции, подобной системе WAAS, созданной США.

 

QZSS и дополнение к системе позиционирования

QZSS может улучшить работу системы GPS двумя способами: во-первых, повышением доступности GPS-сигналов, и во-вторых, повышением точности и надёжности работы навигационных систем, работающих с GPS.

Поскольку сигналы о доступности спутников GPS, передаваемые со спутников QZSS, совместимы с модернизированными сигналами GPS и таким образом обеспечена возможность их взаимодействия, QZSS будет передавать сигналы L1C/A, L1C, L2C и L5. Эти уменьшает необходимые изменения в спецификации и дизайне приёмников.

В сравнении с автономной системой GPS, комбинированная система GPS и QZSS даёт улучшенную производительность благодаря выбору диапазона коррекционных данных, передаваемых по сигналам L1-SAIF и LEX с QZS. Надёжность повышается также путём передачи данных о состоянии спутников. Предоставляется и другие данные для улучшения поиска спутников GPS.

Сигнал позиционирования будет генерироваться с использованием атомных рубидиевых часов и будет использована архитектура подобная системе отсчёта времени GPS. QZSS также будет способна использовать двунаправленный спутниковый перенос времени и частоты (Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT), которая будет использована для сбора фундаментальных знаний о поведении спутниковых часов в космосе и других исследовательских целей.

 

Измерение времени и удалённая синхронизация QZSS

Несмотря на то, что первое поколение системы измерения времени (timekeeping system (TKS)) будет основано на рубидиевых атомных часах, первый спутник QZS будет нести прототип экспериментальной системы синхронизации. В течение первой половины двухгодичной орбитальной тестовой фазы, предварительные тесты исследуют возможность технологии отсчёта времени без атомных часов, которая будет использована в дальнейшем на спутниках QZSS второго поколения.

Упомянутая технология TKS является новой спутниковой системой измерения времени, которая не требует атомных часов на борту, как в используемых ныне спутниках GPS, ГЛОНАСС и разрабатываемых спутниках системы Galileo. Этот концепт отличается использованием системы синхронизации объединённой с упрощёнными часами на борту, которые работают как приёмопередатчики, перераспространяющие информацию о точном времени, предоставленную удалённо сетью синхронизации времени, расположенной на земле. Это позволяет системе работать оптимально когда спутники находятся в непосредственном контакте с наземной станцией, что делает систему подходящей для использования в QZSS. Небольшая масса и невысокая стоимость изготовления и запуска спутников являются значительными преимуществами такой новой системы.

 

Космический сегмент

Японская квазизенитная спутниковая система QZSS (Quazi-Zenith Satellite System (QZSS)- это региональная навигационная спутниковая система, предназначенная для обслуживания потребителей в Тихоокеанско-Азиатском регионе.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ:

● передача сигналов, идентичных сигналам системы GPS, что позволяет повысить доступность навигации для потребителей услуг GPS, особенно на территории с плотной городской застройкой;

● передача поправок и информации целостности, рассчитанных по измерениям сети наземных станций;

● передача текстовых сообщений. Услуга предназначена для обеспечения связи и передачи данных в условиях плотной городской застройки и гористой местности.

ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА:

Система спроектирована таким образом, чтобы в любой момент времени хотя бы один из спутников системы находился вблизи точки зенита над территорией Японии (угол места составляет минимум 60º), т.е. спутники должны размещаться на трех эллиптических наклонных геосинхронных орбитах (наклонение 43º± 4º к экватору) в трех орбитальных плоскостях. При этом орбитальные плоскости разнесены на 120º, т.е. постоянно 1 спутник должен находится над территорией Японии в течении 8 часов каждые сутки. 

Работы по созданию QZSS начались в 2003 году. 

Первый космический аппарат MICHIBIKI был успешно запущен на околоземную орбиту в сентябре 2010 года. Успешное завершение летных испытаний позволило ввести QZSS в опытную эксплуатацию 22 июня 2011 года с предоставлением услуг посредством навигационных сигналов L1C/A и L2C GPS, а 11 июля 2011 года - услуг с помощью радиосигналов L1C и L5. 

Программа по созданию конфигурации группировки из 4 КА, 3 из которых (КА QZS-1,-2,-3), размещенны на квазизенитных орбитах, а 1 КА на геостационарной орбите, была выполнена к 2018 году.

Официальная полноценная эксплуатация системы из четырех спутников была начата 1 ноября 2018 года.

В перспективе к 2024 году размер спутниковой группировки планируется довести до 7 спутников, так же 1 резервный.


ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ОГ QZSS

SVN

Тип КА

Дата запуска

J001

Michibiki QZS-1

11.09.2010

J002

Michibiki QZS-2

01.06.2017

J003

Michibiki QZS-3

19.08.2017

J004

Michibiki QZS-4

09.10.2017

 

ТИПЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ QZSS

КА Michibiki QZS-1

КА Michibiki QZS-2

КА Michibiki QZS-3

КА Michibiki QZS-4

 

ТИП АППАРАТА QZS-1 QZS-2 QZS-3 QZS-4
ГОЛОВНОЙ ПОДРЯДЧИК Mitsubishi Electric Corp.
СРОК АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ 12 лет 15 лет 15 лет 15 лет
МАССА 4100 кг (стартовая)
1800 кг (сухая)
4000 кг (стартовая)
1550 кг (сухая)
4700 кг (стартовая)
1685 кг (сухая)
4000 кг (стартовая)
1550 кг (сухая)
ГАБАРИТЫ 2,35м × 2,35м × 5,70м 2,40м × 2,85м × 6,20м 2,40м × 2,40м × 5,41м 2,40м × 2,85м × 6,20м
СИГНАЛЫ L1, L2, L5, L6 L1, L2, L5, L6 L1, L2, L5, L6 L1, L2, L5, L6
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ лазерные отражатели

 

Наземный сегмент управления QZSS включает в себя:

наземные станции

● главную станцию управления, находящуюся на территории Японии (Окинава);

● командно-измерительные телеметрические станции и станции закладки информации на борт спутников. На этапе запуска и орбитальных проверок задействуются 8 глобально распределенных станций. На этапе эксплуатации 1 станция на территории Японии;

● сеть станций мониторинга (4 станции на территории Японии Окинава, Коганей, Соя и острова Огасавакра, а также 5 станций за пределами Японии в Бангалоре, Бангкоке, Канберре, на Гавайских островах, на острове Гуам; кроме того планируется привлекать 3 станции мониторинга системы GPS;

● пункт лазерной дальнометрии;

● станция управления временем

 

Навигационные радиосигналы

Спектр навигационных радиосигналов системы QZSS

Спектр навигационных радиосигналов

 

 

Характеристики навигационных радиосигналов системы QZSS

Диапазон

Несущая частота, МГц

Сигнал

Длительность
кода ПСП, символы

Тактовая частота, МГц

Вид модуляции

Скорость
передачи ЦИ,
БИТ/С

E1

1 575,42

L1 C/A
L1CD
L1C P
L1-SAIF

10 230
10 230
10 230
10 230

1,023
1,023
1,023
1,023

BPSK
BOC (1, 1)
BOC (1, 1)
BPSK

50/50
100/50
нет данных
500/250

L2

1 227,6

L2C

1,023

BPSK

50/25

L5

1 176,45

L5I
L5Q

10 230

10,23
10,23

BPSK
BPSK

100/50
100/50

E6

1 278,75

LEX

10 230

5,115

BPSK

2 000