ระบบดาวเทียมนำทาง BeiDou

ระบบดาวเทียมนำทาง BeiDou

ระบบดาวเทียมนำทาง BeiDou การบริหารอวกาศของจีน (CNSA) ไม่ใช่หน่วยงานด้านอวกาศที่เก่าแก่ และใหญ่ที่สุดในโลก แต่กำลังจะบรรลุผลสำเร็จ ที่มีเพียงไม่กี่คนในอดีตเท่านั้น ที่ทำได้สำเร็จ

ซึ่งการสร้างระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ หรือ GNSS หรือ GNSS เป็นเพียงระบบนำทางด้วยดาวเทียม ที่ให้บริการด้านภูมิสารสนเทศที่หลากหลายในเวทีโลก ณ ตอนนี้ GPS ที่ผลิตในอเมริกา และ GLONASS ของรัสเซีย เป็นเพียง 2 ระบบที่สามารถใช้งานได้

โดย GPS หรือ Global Positioning System และ GLONASS ซึ่งเป็นคู่แข่งที่ได้รับความนิยมน้อยกว่าเล็กน้อย และ BeiDou (BDS) นั้น เป็นระบบนำทางด้วยดาวเทียมชั้นนำของจีนซึ่งจัดการโดย CNSA แต่เพียงผู้เดียวนั่นเอง

เป็นที่เชื่อกันว่า แนวคิดของโครงการที่กว้างขวางดังกล่าว เกิดขึ้นครั้งแรกในทศวรรษ 1980 โดยรัฐบาลจีน เพื่อตอบสนองต่อความก้าวหน้าของเทคโนโลยีด้านอวกาศทางทหารของอเมริกา เป่ยโต่ว ได้ชื่อมาจากดาวกระบวยใหญ่ ซึ่งเป็นกลุ่มดาวสว่าง ที่ตั้งอยู่ในกลุ่มดาวหมีใหญ่

เช่นเดียวกับ GPS, GLONASS, Galileo และระบบนำทางอื่น ๆ ที่กำลังพัฒนา เป้าหมายสูงสุดของ BeiDou คือ การให้บริการทั่วโลกด้วยความแม่นยำมากขึ้น (เทียบกับ GNSS อื่น ๆ)

เพื่อให้บรรลุผลดังกล่าว โครงการทั้งหมดได้รับการจัดอย่างรอบคอบเป็น 3 ขั้นตอน คือ ระยะแรก (BeiDou-1) เริ่มต้นในปี 2000 ระยะที่สองในปี 2550 และระยะสุดท้าย ที่สาม ในปี 2558 ระบบดาวเทียมนำทางเป่ยโต่ว คาดว่า จะใช้งานได้ทั่วโลกในช่วงปี 2020

พูดง่าย ๆ ว่า BeiDou เป็น GPS เวอร์ชันของจีน แต่อยู่ในระดับภูมิภาค (อย่างน้อยก็ในตอนนี้) เป็นเพียงระบบนำทางระดับภูมิภาคที่สองที่ใช้งานได้ในเอเชีย อีกระบบหนึ่งเป็น NAVIC (อินเดียเป็นเจ้าของ)

หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี BeiDou ของจีน จะเป็นคู่แข่งกับ GLONASS และ GPS ในระดับโลก

BeiDou-1 และ 2

ระยะแรก และระยะสำรวจของระบบดาวเทียมนำทาง BeiDou เริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 30 ตุลาคม พ.ศ. 2543 ด้วยการเปิดตัวดาวเทียม BeiDou-31A ตามด้วย BeiDou-1B และ BeiDou-1C ซึ่งเปิดตัวเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 2000 และ 25 พฤษภาคม 2003 ตามลำดับ

การติดตั้งดาวเทียม BeiDou ที่ประสบความสำเร็จทั้ง 3 ดวง ถือเป็นความสำเร็จครั้งแรกของโครงการ ดาวเทียมสำรอง (BeiDou-4D) ก็เปิดตัวในภายหลังเช่นกันในกรณีฉุกเฉิน

เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าดาวเทียม BeiDou-1 ทั้งสี่ดวงนั้นประจำการอยู่ในวงโคจร geostationary orbit (GEO) และไม่ได้อยู่ในวงโคจรระดับกลางของโลก (MEO) เช่นเดียวกับ GPS และ GLONASS

ด้วยการใช้ดาวเทียมในวงโคจรค้างฟ้า BeiDou-1 ไม่จำเป็นต้องมีกลุ่มดาวบริวารขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ยังจำกัดพื้นที่สูงสุด (บนโลก) ที่สามารถครอบคลุมได้ พื้นที่ครอบคลุมที่มีประสิทธิภาพคือลองจิจูด 70°E ถึง 140°E และละติจูด 5°N ถึง 55°N BeiDou-1 ถูกยกเลิกโดยสิ้นเชิงในปี 2555

ในบันทึกอื่น ย้อนกลับไปในปี 2008 เครื่องรับ BeiDou-1 เครื่องเดียวมีราคาประมาณ 2,929 เหรียญสหรัฐ (20,000 หยวนจีน) ซึ่งแพงกว่าเครื่องรับสัญญาณ GPS ในขณะนั้นเกือบ 10 เท่า ราคาถูกเมามันสูงข่าวเนืองแพง ไมโครชิปนำเข้า เมื่อพวกเขาเริ่มผลิตชิปในประเทศแล้ว ราคาก็ลดลงอย่างมาก

ระยะที่สองของระบบนำทางBeiDou โดย BeiDou-2 หรือที่รู้จักในชื่อเข็มทิศได้รับการแนะนำในปี 2550 เพื่อเป็นการอัพเกรดที่สำคัญเหนือระบบก่อนหน้า จนถึงปี พ.ศ. 2551 เครื่องเดินเรือของจีนให้บริการเฉพาะกับหน่วยงานทางทหารและหน่วยงานรัฐบาลจีนอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง แต่ให้บริการสำหรับพลเรือนและเชิงพาณิชย์

ภายใต้ระยะนี้ มีการติดตั้งดาวเทียมทั้งหมด 19 ดวง (สองในนั้นเลิกใช้งานแล้ว) โดยมีดาวเทียมดวงเดียวที่จะเปิดตัวในปี 2019 ในระยะเริ่มต้น COMPASS นำเสนอความแม่นยำในการระบุตำแหน่งที่รายงานไว้ที่ 25 เมตร แต่ได้รับการปรับปรุงอย่างมากหลังจากมีดาวเทียมมากขึ้น การดำเนินงาน

ระบบใหม่จะกลายเป็นดำเนินการอย่างเต็มที่ในเดือนธันวาคม 2011 และในตอนท้ายของปี 2012 เปิดตำแหน่ง และนำทางให้บริการไปยังประเทศอื่น ๆ ใน ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก

ขอบเขตปัจจุบันของความครอบคลุมของ BeiDou อยู่ระหว่างลองจิจูด 55°E ถึง 180°E และละติจูด 55°S ถึง 55°N

ระบบดาวเทียมนำทาง BeiDou

ความแม่นยำและความถี่

เช่นเดียวกับ GPS และ Galileo BeiDou ให้บริการในสองระดับที่แตกต่างกัน – บริการที่เข้าถึงได้ฟรีสำหรับพลเรือนและรุ่นจำกัดสำหรับกองทัพ ข้าราชการพลเรือนมีความแม่นยำในการติดตามตำแหน่ง 10 เมตร และความแม่นยำในการซิงโครไนซ์นาฬิกา 10 นาโนวินาที

ในทางกลับกัน บริการที่ถูกจำกัดนั้นมีความแม่นยำในการติดตามที่สูงกว่ามากที่ 10 เซนติเมตร และมีความสามารถในการรับส่งข้อมูลขั้นสูง

จนถึงปัจจุบัน การเข้าถึงช่องที่จำกัดของ BeiDou ให้เฉพาะกับกองทัพจีนและปากีสถานเท่านั้น สัญญาณที่หลากหลายของ BeiDou ขึ้นอยู่กับวิธีการเข้าถึงหลายส่วนรหัส (CDMA)

BeiDou-2 มีสี่แถบความถี่ที่รู้จัก E1, E2, E6 และ E5B (แสดงในแถบสีแดงในรูปด้านบน) อย่างที่คุณเห็น แถบทั้งสี่คาบเกี่ยวกันกับแถบของกาลิเลโอ

แม้ว่าการเหลื่อมกันประเภทนี้จะเป็นประโยชน์ในระดับหนึ่ง (สามารถแยกแยะปัญหาที่เกี่ยวข้องกับเครื่องรับหรือการออกแบบขั้วต่อกราวด์) ได้ แต่ส่วนใหญ่จะสร้างปัญหาร้ายแรง เช่น การรบกวนของสัญญาณ

มีความเป็นไปได้สูงที่หากระบบนำทางทั้งสองระบบทำงานพร้อมกันภายใต้สถานการณ์ที่คล้ายคลึงกัน อาจมีสัญญาณรบกวนอย่างหนักโดยเฉพาะภายในย่านความถี่ E1 และ E2 ซึ่งปัจจุบันจัดสรรให้กับบริการสาธารณะของกาลิเลโอ

อย่างไรก็ตาม เพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้งประเภทนี้ สหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) จึงมีกฎหมาย ‘มาก่อนได้ก่อน’ ที่เป็นสากล ซึ่งอนุญาตให้ใช้สิทธิในความถี่เฉพาะแก่ประเทศที่เริ่มออกอากาศก่อน

ประเทศผู้ใช้ที่ตามมาใดๆ ที่ต้องการใช้ความถี่นั้น จะต้องได้รับอนุญาตจากประเทศเจ้าของก่อนจึงจะใช้งานได้ วิธีนี้ทำให้ทั้งสองฝ่ายมั่นใจได้ว่าไม่มีการรบกวนการออกอากาศของพวกเขา

ตอนนี้ เกือบจะแน่ใจว่า BeiDou-2 ของจีนจะเริ่มส่งสัญญาณในแถบพิพาทที่กล่าวถึงข้างต้นก่อนดาวเทียมกาลิเลโอ และได้รับสิทธิ์หลักในความถี่เหล่านี้

BeiDou-3

องค์การอวกาศแห่งชาติจีน (CNSA) ได้เริ่มต้นระยะที่สามของดาวเทียมนำทางเป่ยโต่วเมื่อวันที่ 30 มีนาคม 2558 ด้วยการเปิดตัวดาวเทียม BDS-3 ครั้งแรกจากศูนย์อวกาศซีชางที่ตั้งอยู่ในมณฑลเสฉวน มีกำหนดส่งดาวเทียมทั้งหมด 35 ดวงในช่วงนี้ โดย 19 ดวงอยู่ในวงโคจรตามลำดับ

จากดาวเทียมทั้งหมด 35 ดวง มี 27 ดวงเป็นดาวเทียมโคจรขนาดกลาง (MEO) ดาวเทียมดวงโคจรรอบแนวเอียง (IGSO) 5 ดวง และดาวเทียม Geostationary Orbit (GEO) 3 ดวง ดาวเทียมเหล่านี้ยังมีความสามารถ SAR (เรดาร์รูรับแสงสังเคราะห์) และSBAS (ระบบเสริมบนดาวเทียม) ที่คล้ายกับ GPS และ GLONASS

ต่างจาก GPS อย่างไร

ระบบนำทางด้วยดาวเทียม ไม่ต้องสงสัยเลยว่า เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญที่ทุกประเทศ สามารถมีได้ในปัจจุบัน และยิ่งมีค่ามากขึ้นสำหรับจีนเมื่อพิจารณาจุดยืนทางภูมิศาสตร์การเมือง และเศรษฐกิจในปัจจุบันกับสหรัฐอเมริกา

ด้วย GPS ภายใต้การควบคุม กองทัพสหรัฐฯ สามารถปิดใช้งานบริการของตนได้อย่างมีประสิทธิภาพทั่วทุกภูมิภาคของโลก นั่นคือเหตุผลที่หลายประเทศกำลังพัฒนาระบบที่เหมือน GPS อิสระของตน

ไม่มีความแตกต่างระหว่างสองอย่างอื่นมากนักนอกจากความแม่นยำ GPS มีขนาดกลุ่มดาว 31 ดวง ในขณะที่ BeiDou ใหม่จะมีประมาณ 35 ดวง เมื่อใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ (ภายในปี 2020) ระบบนำทางด้วยดาวเทียม BeiDou คาดว่าจะให้บริการระบุตำแหน่งที่แม่นยำกว่า GPS

ย้อนกลับไปในปี 2559 มีการอ้างว่าระบบของจีนจะมีความแม่นยำระดับมิลลิเมตร (หลังการประมวลผลภายหลัง) ซึ่งหมายความว่าจะมีความแม่นยำมากกว่าระดับ GPS ที่แม่นยำที่สุดถึงสิบเท่า

ในสหรัฐอเมริกา แคนาดา และเม็กซิโก มักใช้ GPS ร่วมกับเครื่องช่วยนำทางที่เรียกว่าWide Area Augmentationหรือระบบ WASS ที่ช่วยเพิ่มความแม่นยำของ GPS ในทวีปอเมริกาเหนือได้อย่างมาก

จากข้อมูลของ gps.gov ระบบในสหรัฐฯ จะสามารถให้ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งแบบเรียลไทม์ได้ภายในไม่กี่เซนติเมตร และวัดระยะทางในระดับมิลลิเมตรด้วยความช่วยเหลือของเครื่องรับระดับไฮเอนด์

และเทคนิคขั้นสูง เช่น จลนศาสตร์แบบเรียลไทม์ ปัจจุบัน กองทัพอากาศสหรัฐฯ พร้อมด้วย Lockheed Martin กำลังทำงานเกี่ยวกับ GPS III ซึ่งเป็นดาวเทียม GPS รุ่นที่เจ็ด

แม้จะทราบกันดีว่าความแม่นยำในแนวตั้งของ GPS นั้นแย่กว่ามากเมื่อเทียบกับบริการบนระนาบแนวนอน แต่ระดับความแม่นยำของส่วนประกอบทั้งสองก็ยังสูงกว่าของ BeiDou (ในแนวนอน 25 เมตรและแนวตั้ง 30 เมตร)

อย่างไรก็ตาม ตามบทความใน Chinese Journal of Aeronautics BDS สามารถบรรลุความแม่นยำได้ดีกว่า 1 ซม. ในแนวนอนและ 3 ซม. ในแนวตั้ง ซึ่งตามมาตรฐานปัจจุบันนั้นดีกว่าระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลก (GPS) มาก

Credit

อ่านบทความน่าสนใจเพิ่มเติม