Японская космическая радионавигационная система QZSS (2020)

Майор С. Платонов

Япония c 2018 года для предоставления навигационных услуг военным и гражданским потребителям в Азиатско-Тихоокеанском регионе использует космическую радионавигационную систему (КРНС) QZSS (QuasiZenith Satellite System). Она в отличие от американской GPS (Global Position System) обеспечивает непрерывный, устойчивый прием сигналов в условиях плотной городской застройки и горной местности.

Принцип функционирования японской системы основан на совместном использовании в приемной аппаратуре сигналов как от национальных спутников, так и от американских GPS, а также корректирующих данных от наземных станций. В состав QZSS входят три ИСЗ на геосинхронных высоких эллиптических орбитах и один – на геостационарной.

Взаимное расположение потребителя, спутников QZS и GPS

Состав японского регионального дополнения MSAS

Геосинхронные спутники размещены в одной плоскости таким образом, что два из них всегда находятся относительно потребителей под углами наблюдения не менее 20º, а один – более 60º.

Для геостационарного аппарата данный показатель составляет 40–50º. Такое орбитальное построение позволяет принимать радионавигационные сигналы одновременно от трех-четырех аппаратов в зоне прямой видимости.

Для использования в составе японской системы разработано три модификации спутников. Они имеют различные массо-габаритные характеристики и состав навигационного оборудования.

Система QZSS функционирует в двух режимах: автономном – точность определения местоположения до 7–10 м, и дифференциальном – до нескольких сантиметров. При этом предусмотрена передача бортовым оборудованием спутников по четыре навигационных и корректирующих (дифференциальный режим) сигнала, а также трех пилот-сигналов для оценки параметров канала распространения и сокращения времени на синхронизацию аппаратуры потребителей.

Корректирующий сигнал L1S за счет трансляции поправок от 14 наземных станций мониторинга, расположенных на национальной территории, улучшает точность до 1–3 м для потребителей в Японии и на удалении до 1000 км от ее побережья. Кроме того, в нем передаются сообщения о состоянии наземного и космического элементов КРНС QZSS, а также предупреждения о чрезвычайных ситуациях.

Сигнал L6D применяется для обеспечения сантиметровой точности на территории Японии. Он позволяет устранять ошибки, вносимые ионосферой и тропосферой, нестабильностью бортовых стандартов частоты и погрешностью измерения текущих координат ИСЗ.

Экспериментальный сигнал L6E используется для отработки технологии повышения точности во всей зоне обслуживания системы.

Одновременное задействование сигналов L5S и L1S значительно повышает надежность навигационного обеспечения военной и гражданской авиации.

Дифференциальные поправки, передаваемые в корректирующих сигналах, предполагается также использовать в аппаратуре потребителей систем GPS, ГЛОНАСС (Россия), Galileo (Европейский союз) и Beidou (Китай).

Геостационарный спутник QZS-3 позволяет ретранслировать в S-диапазоне сообщения от абонентов, терпящих бедствие на территории и в прибрежных водах Японии. С 2020 года данный ИСЗ предусмотрено применять для передачи корректирующего сигнала L1Sb регионального дифференциального дополнения MSAS (Multitransport Satellite based Augmentation System) к системе GPS.

Планами развития QZSS к 2020 году намечается заменить ИСЗ QZS-1 в связи с завершением срока его эксплуатации, а к 2023-му – расширить зону обслуживания системы и повысить с 90 до 99,8% надежность приема сигналов за счет увеличения состава орбитальной группировки до семи аппаратов (четыре – на геосинхронных высоких эллиптических орбитах и три – на геостационарной).

Наземный сегмент японской космической радионавигационной системы включает два центра управления (Хитатиота и Кобе), семь командно-измерительных пунктов, 19 станций мониторинга (из них пять за пределами страны: в Австралии, Индии, Таиланде, на Гавайских о-вах и о. Гуам), а также более 1 300 автоматических опорных станций. Управление наземным элементом осуществляет компания QZS Services, а функционированием ИСЗ – японское космическое агентство JAXA.

В целом КРНС Японии удовлетворяет требованиям министерства обороны страны по предоставлению навигационных услуг потребителям сил самообороны в Азиатско-Тихоокеанском регионе, а ее высокая точность и надежность местоопределения создают условия для развития автономных робототехнических комплексов различного назначения.

Таблица 1 Основные ТТХ ИСЗ типа QZS
Характеристики	QZS-1	QZS-2	QZS-3	QZS-4
Дата запуска	11.09.2010	01.06.2017	19.08.2017	10.10.2017
Модификация	IQ	IIQ	IIG	IIQ
Параметры орбиты:
тип	Геосинхронная
высота апогея/перигея, тыс. км	39/32	39/32	35,8/35,8	39/32
подспутниковая точка, град	139 в. д.	139 в. д.	127 в. д.	139 в. д.
наклонение, град	41	44,7	0	40,5
Тип спутниковой платформы	ETS-8-Bus	DS-2000	DS-2000	DS-2000
Мощность системы электропитания, кВт	5,3	6.3	6.3	6.3
Габаритные размеры при запуске, м	2,9х3,1х6,2	2,8х2,9х6,5	3,2х4,1х5,4	2,8х2,9х6,5
Масса спутника, кг	4 100	4 000	4 700	4 000
Расчетный срок эксплуатации, лет	12	15	15	15

 

Таблица 2 Основные характеристики сигналов, транслируемых спутниками типа QZS
Обозначение	Несущая частота, МГц	Ширина полосы рабочих частот, МГц	Вид модуляции	Тип сигнала
L1СD	1575,42	30,69	BOC	Навигационный
L1СP	1575,42	30,69	TMBOC	Пилот-сигнал
L1C/A	1575,42	30,69	QPSK	Навигационный
L1S	1575,42	30,69	QPSK	Корректирующий
L2СМ	1227,6	30,69	BPSK	Навигационный
L2СL	1227,6	30,69	BPSK	Пилот-сигнал
L5I	1176,45	25	QPSK	Навигационный
L5Q	1176,45	25	QPSK	Пилот-сигнал
L5S	1176,45	24,9	QPSK	Корректирующий
L6D	1278,75	42	BPSK	Корректирующий
L6E	1278,75	42	BPSK	Корректирующий

Зарубежное военное обозрение. - 2020. - №1. - С. 62-64