BeiDou 항법 위성 시스템이란 무엇입니까? GPS와 어떻게 다른가요?

중국 우주 관리국(CNSA)은 세계에서 가장 오래되거나 가장 큰 우주 기관은 아니지만 과거에 소수만이 달성한 위업을 달성하려고 합니다. 완전한 기능을 갖춘 글로벌 항법 위성 시스템 또는 GNSS를 구축합니다.

GNSS는 단순히 글로벌 무대에서 다양한 공간 서비스를 제공하는 위성 항법 시스템입니다. 현재로서는 미국에서 만든 GPS와 러시아의 GLONASS가 작동하는 두 시스템뿐입니다.

나는 우리 독자의 대부분이 GPS 또는 위성 위치 확인 시스템(Global Positioning System)과 약간 덜 인기 있는 경쟁자인 GLONASS에 대해 잘 알고 있다고 거의 확신하지만 BeiDou라는 이름이 당신에게 어떤 종을 울리는가? 모르는 사람들을 위해 BeiDou(BDS)는 CNSA에서 단독으로 관리하는 중국 최고의 위성 항법 시스템입니다.

이러한 광범위한 프로젝트에 대한 아이디어는 1980년대에 중국 정부가 미국의 군사 우주 기술 발전에 대한 대응으로 처음 구상한 것으로 믿어집니다. BeiDou는 큰곰자리에 위치한 밝은 별 그룹인 북두칠성 별자리에서 이름을 따왔습니다.

현재 개발 중인 GPS, GLONASS, Galileo 및 기타 내비게이션 시스템과 마찬가지로 BeiDou의 궁극적인 목표는 (다른 GNSS에 비해) 더 정확한 서비스를 전 세계적으로 제공하는 것입니다.

이를 달성하기 위해 전체 프로젝트를 세 단계로 신중하게 구성했습니다. 첫 번째 단계(BeiDou-1)는 2000년에 시작되었고, 두 번째 단계는 2007년에, 세 번째 단계는 2015년에 시작되었습니다. BeiDou Navigation Satellite System은 2020년에 전 세계적으로 작동할 것으로 예상됩니다.

간단히 말해서 BeiDou는 중국의 GPS 버전이지만 지역적 규모입니다(적어도 현재로서는). NAVIC(인도 소유)에 이어 아시아에서 두 번째로 운영되는 지역 내비게이션 시스템입니다. 모든 것이 순조롭게 진행된다면 중국의 BeiDou는 글로벌 수준에서 GLONASS 및 GPS와 경쟁하게 될 것입니다.

베이두-1과 2

BeiDou-2(COMPASS)를 포함한 다양한 위성 시스템의 궤도 비교

BeiDou Navigation Satellite System의 첫 번째이자 탐색 단계는 BeiDou-1A의 발사와 함께 2000년 10월 30일에 시작되었습니다. 위성. 그 뒤를 BeiDou-1B와 BeiDou-1C가 각각 2000년 12월 20일과 2003년 5월 25일에 발사되었습니다.

BeiDou 위성 3개 모두의 성공적인 배치는 프로젝트의 초기 성공을 의미했습니다. 비상시에는 백업 위성(BeiDou-4D)도 나중에 발사되었습니다.

4개의 BeiDou-1 위성이 모두 GPS 및 GLONASS의 경우처럼 중간 지구 궤도(MEO)가 아닌 정지 궤도(GEO)에 배치되었다는 점은 흥미롭습니다.

정지궤도에서 위성을 사용함으로써 BeiDou-1은 위성을 많이 배치할 필요가 없었지만 커버할 수 있는 최대 영역(지구)도 제한했습니다. 유효 적용 범위는 경도 70°E~140°E, 위도 5°N~55°N입니다. BeiDou-1은 2012년에 완전히 폐지되었습니다.

참고로 2008년에는 BeiDou-1 수신기 한 대가 당시 GPS 단말기보다 거의 10배나 더 비쌌던 약 US$2,929(CNY 20,000RMB)였습니다. 값비싼 수입 마이크로칩 때문에 가격이 엄청나게 비쌌습니다. 일단 국내에서 칩 제조를 시작하자 가격이 많이 떨어졌습니다.

BeiDou-1 및 BeiDou-2가 적용되는 영역 비교 이미지 제공:BeiDou.gov.cn

BeiDou 탐색 시스템의 두 번째 단계인 BeiDou-2(COMPASS라고도 함) , 이전 시스템에 대한 상당한 업그레이드로 2007년에 도입되었습니다. 2008년까지 중국 항법 장치는 군 및 기타 관련 중국 정부 기관에만 서비스를 제공했지만 민간 및 상업용으로 제공되었습니다.

이 단계에서 2019년 발사 예정인 1개의 위성과 함께 총 19개의 위성(현재 2개는 퇴역)이 배치됩니다. 초기 단계에서 COMPASS는 보고된 25미터의 위치 정확도를 제공했지만 더 많은 위성이 추가되면서 상당히 개선되었습니다. 운영 중입니다.

새로운 시스템은 2011년 12월에 완전히 운영되고 2012년 말까지 아시아 태평양 지역의 다른 국가에 위치 및 탐색 서비스를 제공했습니다. 현재 BeiDou의 범위는 경도 55°E~180°E, 위도 55°S~55°N입니다.

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정확도 및 빈도

GPS 및 Galileo와 마찬가지로 BeiDou는 민간용으로 무료로 액세스할 수 있는 서비스와 군용으로 제한된 버전의 두 가지 수준에서 서비스를 제공합니다. 민간 서비스의 위치 추적 정확도는 10미터이고 시계 동기화 정확도는 10나노초입니다.

반면에 제한된 서비스는 10센티미터의 훨씬 더 높은 추적 정확도를 가지며 고급 데이터 전송 기능을 가지고 있습니다. 현재까지 BeiDou의 제한된 채널에 대한 액세스는 중국과 파키스탄 군대에만 부여됩니다. BeiDou의 거리 측정 신호는 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 방식을 기반으로 합니다.

GPS, Galileo 및 BeiDou 2(COMPASS)의 주파수 할당

BeiDou-2에는 4개의 인식된 주파수 대역이 있습니다. E1, E2, E6 및 E5B(위 그림에서 빨간색 막대로 표시). 보시다시피 4개의 밴드가 모두 Galileo의 밴드와 겹칩니다. 이러한 유형의 겹침은 어느 정도 유용하지만(수신기 또는 접지 단자 설계와 관련된 문제를 해결할 수 있음) 대부분 신호 간섭과 같은 심각한 문제를 발생시킵니다.

유사한 상황에서 두 내비게이션 시스템이 동시에 작동하면 특히 현재 Galileo의 공공 서비스에 할당된 E1 및 E2 대역 내에서 심한 신호 간섭을 경험할 가능성이 높습니다.

그러나 국제전기통신연합(ITU)은 이러한 유형의 충돌을 피하기 위해 특정 주파수에서 먼저 방송을 시작한 국가에게 특정 주파수의 권리를 허용하는 보편적인 '선착순' 법을 마련하고 있습니다. 해당 주파수를 사용하려는 후속 사용자 국가는 사용 전에 소유자 국가의 허가를 받아야 합니다. 이러한 방식으로 양 당사자는 방송에 간섭이 없는지 확인할 수 있습니다.

이제 중국 BeiDou-2가 Galileo 위성보다 앞서 언급한 분쟁 대역에서 전송을 시작하여 이러한 주파수에 대한 기본 권한을 획득할 것이 거의 확실합니다.

베이두-3

중국 국가 우주국(CNSA)은 2015년 3월 30일 쓰촨성에 위치한 시창 우주 센터에서 BDS-3 위성의 첫 발사와 함께 BeiDou Navigation Satellite의 3단계를 시작했습니다. 이 단계에서 총 35개의 위성이 시운전될 예정이며 그 중 19개는 이미 각각의 궤도에 있습니다.

BeiDou-3는 새로운 주파수 대역을 도입할 예정입니다. B1C/B1I/B1A,(1575.42MHz), B2a/B2b(1191.795MHz), B3I/B3Q/B3A(1268.52MHz)(테스트 주파수 Bs(2492.028MHz) 포함)

총 35개의 위성 중 27개는 MEO(중지구궤도) 위성, 5개 IGSO(경사지동기궤도), 3개 GEO(정지궤도) 위성입니다. 이 위성에는 GPS 및 GLONASS와 유사한 SAR(Synthetic Aperture Radar) 및 SBAS(Satellite-based Augmentation System) 기능도 있습니다.

BeiDou의 상업적 사용

BeiDou Navigation Satellite System은 중국에서 상업적으로 성공했습니다. China Daily에 따르면 BDS는 China Aerospace Science and Industry Corp 및 AutoNavi Holdings Ltd와 같은 다양한 민간 및 국영 기업이 2015년에 310억 달러(2,000억 위안) 이상의 수익을 창출하도록 도왔습니다. 2020년까지 4000억 위안으로 증가

2013년부터 중국의 많은 휴대전화 제조업체는 제품을 BeiDou 내비게이션 시스템과 호환되도록 만들었습니다. 수백만 대의 상업용 차량, 수천 대의 어선(중국)에도 BDS가 장착되어 있으며 향후 몇 년 동안 고객 기반을 확보할 가능성이 더 높습니다.

아시다시피, 점점 더 많은 모바일 장치에 GPS와 GLONASS 기술이 함께 제공되어 더 나은 서비스 범위와 위치 서비스를 제공하므로 BeiDou도 함께 사용하는 것은 시간 문제일 것입니다.

GPS와 다른 점

위성 항법 시스템은 의심할 여지 없이 오늘날 모든 국가가 가질 수 있는 중요한 기술 중 하나이며, 미국과의 현재 지정학적 및 경제적 입장을 고려할 때 중국에게는 훨씬 더 가치가 있습니다.

GPS를 제어하는 ​​미 육군은 전 세계 모든 지역에서 서비스를 효과적으로 비활성화할 수 있으므로 많은 국가에서 GPS와 유사한 독립적인 시스템을 개발하고 있습니다.

정확도 외에는 둘 사이에 큰 차이가 없습니다. GPS에는 31개의 위성 크기가 있는 반면 새로운 BeiDou는 그 중 약 35개를 갖게 됩니다. 완전히 가동되면(2020년까지) BeiDou 위성 항법 시스템은 GPS보다 더 정확한 위치 서비스를 제공할 것으로 예상됩니다.

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2016년에 중국 시스템은 밀리미터 수준의 정확도(후처리 후)에 도달할 것이라고 주장했습니다. 즉, 가장 정확한 GPS 수준보다 10배 더 정확합니다.

WAAS(Wide Area Augmentation System)가 적용되는 영역 이미지 제공:미국 연방 항공국

미국, 캐나다 및 멕시코에서 GPS는 광역 증강이라는 탐색 보조 장치와 함께 자주 사용됩니다. 또는 북미 대륙에서 GPS 정확도를 크게 높이는 WASS 시스템입니다.

gps.gov에 따르면 미국 기반 시스템은 고급 수신기와 실시간 운동학과 같은 고급 기술의 도움으로 몇 센티미터 내에서 실시간 위치 정확도를 제공하고 밀리미터 수준의 거리를 측정할 수 있습니다. 현재 미 공군은 록히드 마틴과 함께 7세대 GPS 위성인 GPS III를 개발하고 있습니다.

GPS의 수직 정확도가 수평면 서비스에 비해 훨씬 나쁘다는 것은 일반적인 지식이지만 두 구성 요소의 정확도 수준은 여전히 ​​BeiDou(수평 25m, 수직 30m)보다 높습니다.

그러나 Chinese Journal of Aeronautics의 기사에 따르면 BDS는 수평으로 1cm, 수직으로 3cm 이상의 정확도를 달성할 수 있으며, 이는 현재 표준에 따르면 GPS(위성 위치 확인 시스템)보다 훨씬 우수합니다.

기타 위성 항법 시스템

BeiDou 외에 현재 건설 중이거나 이미 작동 중인 다른 위성 항법 시스템은 거의 없습니다. 이러한 시스템 중 가장 주목할만한 것은 Galileo입니다. . 유럽연합의 갈릴레오는 지정학적 요인을 염두에 두고 유럽 국가들에게 매우 정확하고 독립적인 측위 시스템을 제공하기 위해 시작된 수십억 달러 프로젝트입니다. 전체 갈릴레오 별자리는 26개의 위성으로 구성되며 향후 10년 동안 6개의 추가 배치가 이루어집니다.

IRNSS(Indian Regional Navigation System의 약자) 또는 NAVIC 4개의 위성으로 구성된 또 다른 자율 항법 시스템입니다(3개 이상의 위성이 예정되어 있음). NAVIC은 인도 우주 연구 기구(Indian Space Research Organization)에서 독립적으로 개발 및 유지 관리합니다.

분명히 IRNSS는 10m(공개 서비스) 및 10cm(제한 서비스)의 위치 정확도를 제공합니다. GPS, GLONASS, Galileo와 달리 인도 내비게이션 시스템은 글로벌 서비스를 제공할 즉각적인 계획이 없습니다.

QZSS의 위성 궤도를 묘사한 애니메이션 이미지 제공:Hiroshi FUKUDA

다음은 일본의 준천정 위성 시스템 또는 QZSS입니다. . 기본적으로 일본과 그 주변 지역에서 GPS의 정확도와 신뢰성을 높이는 GPS 호환 위성 기반 증강 시스템입니다. 현재 QZSS 시스템은 4개의 위성으로 구성되어 있지만 2023년(추정)까지 점차적으로 7개의 위성으로 확장할 예정입니다.

4개의 위성 중 3개는 서로 약 120° 떨어진 고도로 기울어진 정지 궤도에 배치됩니다. 이러한 높은 기울기로 인해 아날렘마라고 하는 독특한 비대칭 패턴으로 궤도를 돌며 항상 일본 전역에 존재합니다. QZSS 위성에서 전송되는 신호는 구형 및 현대화된 GPS 신호(L1C/A, L1C, L2C)와 동일하므로 미국 항법 네트워크와 보다 쉽게 ​​협력할 수 있습니다.

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경제적, 정치적 필요를 위해 GPS에 전적으로 의존할 필요가 없다는 것은 거의 확실하지만, 미래에 중국의 BeiDou가 미국, 러시아 및 유럽 국가와 경쟁하는 방식을 보는 것은 매우 흥미로울 것입니다.