Обзор квазизенитной спутниковой системы QZSS

Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) – это прорыв японских разработчиков в области навигации. Благодаря ей погрешность определения местоположения любого объекта составляет несколько сантиметров. Это система спутников, находящихся на орбите, и наземной инфраструктуры, которая обеспечивает бесперебойный прием и обработку сигналов.

Квазизенитная спутниковая система

QZSS создана для приложений смартфонов, улучшения качества связи и глобальной локации в границах Японии. Введение в строй этого искусственного созвездия сделало доступнее трехмерную спутниковую навигацию. Каждую минуту один из сателлитов располагается в зените над Японскими островами, и его сигнал не экранируется от стен и прочих высоких объектов, не искажается.

Комплекс включает 4 спутника «Митибики», находящихся на высоте 36 тыс. км под определенным углом к экваториальной плоскости. QZSS действует в тандеме с американской системой GPS, охватывающей всю планету, и автономно не работает. Но в будущем возможно.

История создания

В 2002 году японское руководство одобрило план квазизенитной спутниковой системы. К работе подключились ряд ведущих компаний и министерства. Изначально предполагалось введение 3 спутников, но в 2013 г. было решено внедрить еще один. В дальнейшем, к 2024 г., планируется вывести в космос 7 объектов. Это позволит повысить точность приема и передачи данных.

Предназначение

QZSS – спутниковая система, улучшающая действие GPS. Это осуществляется двумя способами:

• улучшение качества сигналов GPS;
• увеличение точности и надежности навигационных систем, базирующихся на GPS.

Данные со спутников GPS и QZSS синхронизируются и взаимодействуют, они могут транслировать сигналы L1C/A, L1C, L2C и L5. Это позволит изменить объемы и размеры приемников в ближайшем будущем. Комбинация GPS и QZSS улучшает производительность в связи с широким диапазоном транслируемых данных.

Основные услуги

Качественная и надежная навигационная система – это стратегически важная задача для любой страны. Япония в ноябре 2018 года начала эксплуатацию QZSS. Эта высокоточная система показывает местонахождение объектов.

В Стране восходящего солнца сложный ландшафт, к тому же в мегаполисах большое количество небоскребов. Это усложняет определение геолокации, например, когда человек окружен строениями или горными хребтами. QZSS – система дифференциальной корректировки, повышающая точность навигационных данных.

Координаты и время

QZSS для ориентирования использует геодезическую систему, принятую в 1980 г. В нее включено расположение гравитационного центра планеты и ориентация осей.

Время системы взаимосвязано с координированным всемирным временем с постоянной разницей на целое число секунд со шкалой, применяемой в GPS. Также у них единая нумерация недель. Это позволяет выдавать точные данные. На борту установлены атомные часы на основе рубидия. Помимо прочего, QZSS изучает поведение этих хронометров в условиях космоса.

Состав QZSS

Система состоит из двух частей: спутниковой, выведенной на орбиту, и наземной, которая обеспечивает бесперебойную обработку данных. Для понимания принципа работы стоит изучить состав QZSS подробнее.

Космические аппараты

Сейчас в космос выведено 4 сателлита – они находятся на высоте 36 тыс. км над поверхностью земли. Их орбиты напоминают неправильную восьмерку, меньшая петля которой располагается над Японией, а большая захватывает Океанию и достигает Австралии.

Один из спутников всегда располагается над территорией Страны восходящего солнца, причем почти в зените. Двое других тоже находятся в зоне видимости. Именно такое положение спутников и дало название всему комплексу. Расположение позволяет минимизировать помехи, связанные с рельефом и высотными строениями.

На орбиту выведены четыре спутника «Митибики», посылающие сигналы. Номера 1, 2 и 4 совершают обороты по квазизенитной орбите под заданным углом к плоскости экватора. А «Митибики 3» имеет геостационарную орбиту.

Наземная инфраструктура

Для того чтобы космические аппараты функционировали бесперебойно, на Земле возведены станции управления, принимающие и обрабатывающие получаемые данные. Инфраструктура:

1. Главная станция расположена в Цукубе. Она получает данные из всех источников, оценивает и делает прогнозы.
2. 2 станции контроля и слежения находятся на острове Окинава.
3. 8 станций расположены в регионе Тихого океана.
4. 4 станции мониторинга находятся в Японии, 5 – за ее границами. В планах разработчиков – привлечение еще 3 объектов, обслуживающих GPS.
5. Пункт лазерной дальнометрии.
6. Станция управления временем.

Улучшение работы GPS

QZSS корректирует и улучшает работу GPS. Сателлиты постоянно находятся над Японскими островами и сканируют пространство, передавая данные на Землю. На сегодняшний день это самая передовая и точная система навигации в мире, погрешность которой составляет считанные сантиметры.

К сведению. У GPS погрешность может быть до нескольких метров.

Перспективы QZSS

В настоящее время в QZSS погрешность ориентации составляет несколько сантиметров. Перспективы ее использования безграничны:

1. Транспортные дроны – в ближайшем будущем, когда грузы будут доставляться летательными аппаратами.
2. Беспилотные автомобили – внедрению этого вида транспорта препятствует искажение передачи данных со спутников. Но при использовании QZSS можно будет воплотить идею в жизнь.
3. Сельское хозяйство – планируется использовать беспилотники для посадки саженцев, посева семян, распыления удобрений. Для этого необходимы точные движения вдоль грядок, которые будут возможно благодаря QZSS.
4. Геодезия, где требуются точные координаты.
5. Оповещение о природных катаклизмах, поиск пострадавших.
6. QZSS в смартфонах – позволит улучшить качество услуг связи, передачи информации через телефон и определения локации.

К сведению. Систему можно будет использовать для борьбы с преступностью и правонарушениями.

Японская QZSS функционирует в тандеме с американской GPS и отдельно пока не используется. Совместная работа двух систем позволяет передавать точные данные и раскрывает потенциал для применения в будущем.