1. Низкоорбитальные группировки и сигналы обладают уникальными преимуществами
(1) Низкоорбитальные спутники имеют низкие орбиты, малый вес и низкие затраты на строительство и запуск спутников
Низкоорбитальные спутники легче по весу и находятся на более низкой орбите, чем спутники со средне-высокой орбитой, и могут быть запущены с помощью мультиспутникового метода. Затраты на исследования и разработки спутников и запуск ракет ниже.
(2) Интенсивность посадочного сигнала выше, что может улучшить эффект позиционирования в условиях окклюзии и повысить удобство использования.
Низкоорбитальные спутники обычно имеют высоту орбиты около 1000 км. По сравнению со среднеорбитальными навигационными спутниками с высотами более 20 000 км, низкоорбитальные спутники имеют более короткие пути передачи сигнала, меньшие задержки сигнала и меньшие потери мощности. Проще говоря, если низкоорбитальный спутник и спутник со средне-высокой орбитой передают одинаковую мощность сигнала, мощность сигнала, передаваемого низкоорбитальным спутником на поверхность Земли, будет на 30 дБ (т.е. в 1000 раз) выше, чем у спутника со средне-высокой орбитой. Более высокая мощность наземного сигнала может улучшить эффект позиционирования в условиях сложного рельефа и сложной электромагнитной среды, а также улучшить возможности защиты от помех и подмены.
(3) Низкоорбитальные спутники работают быстро, ускоряют время сближения для высокоточного позиционирования и обеспечивают лучший пользовательский интерфейс.
Геометрическая конфигурация группировки спутников на средней и высокой орбитах меняется медленно, и корреляция между уравнениями наблюдений между соседними эпохами слишком сильна. Следовательно, требуется много времени, чтобы оценить и отделить различные ошибки при оценке параметров позиционирования, а затем на несущей фазе фиксируется неоднозначность и точное позиционирование. Таким образом, время сближения при традиционном высокоточном позиционировании обычно составляет от 15 до 30 минут.
Время, необходимое низкоорбитальному спутнику для обращения вокруг Земли, намного короче, чем у спутника на средней или высокой орбите. За тот же период времени траектория становится длиннее, а геометрическая конфигурация быстро меняется. Теоретически, работа низкоорбитального спутника в течение 1 минуты эквивалентна геометрическому изменению текущего спутника на средней орбите в течение 20 минут. Орбитальные характеристики низкоорбитальных спутников помогают ускорить время сближения при высокоточном позиционировании, достигая 1 минуты сближения, и улучшают пользовательский интерфейс. На рисунке ниже показаны траектории спутников на низкой и среднеорбитальной орбитах одновременно, где красным обозначена траектория спутника на средней и высокой орбитах, синим - траектория спутника на низкой орбите.
(4) Более высокая скорость передачи информации, позволяет передавать более точную информацию о коррекции
По мере увеличения мощности наземного сигнала низкоорбитальный усиленный сигнал может передавать более высокую скорость передачи информации или большую полосу пропускания сигнала и служит каналом вещания для базовых спутниковых навигационных сообщений и сообщений с дифференциальной коррекцией.
(5) Миниатюризация, интеграция, низкое энергопотребление терминала, простота в использовании пользователями
Увеличение мощности сигнала на низкой орбите способствует использованию наземными пользователями оконечного оборудования меньшего размера; в то же время для целей связи наземные пользователи обычно могут быть приняты низкоорбитальными спутниками с меньшей мощностью сигнала.
2. Помощь в создании глобальной сети космического мониторинга GNSS
(1) Обеспечить высококачественный глобальный мониторинг спутниковых навигационных сигналов
По сравнению с наземной сетью мониторинга наблюдение за низкоорбитальными спутниками по навигационным сигналам отличается тем, что на него меньше влияют ионосфера и тропосфера, длина дуги слежения больше, охват больше, а эффект многолучевости меньше. Являясь высокоточной станцией космического мониторинга для ГНСС, низкоорбитальные спутники могут значительно улучшить геометрию наблюдений, ослабить корреляцию между тангенциальной орбитой и фазовой неоднозначностью, повысить точность определения орбиты и разности часов навигационных спутников и эффективно компенсировать космическое покрытие наземных сетей мониторинга. О недостатках в обеспечении высококачественного глобального мониторинга.
(2) Может эффективно повысить точность определения орбиты спутника
Благодаря выбору из 30 навигационных спутников моделируются и анализируются возможности определения орбиты только наземных станций мониторинга, а также низкоорбитального спутникового мониторинга и наземного совместного мониторинга. Только наземные станции мониторинга выполняют определение орбиты космических сигналов с точностью около 0,3 метра; плюс 12 низкоорбитальных спутников для формирования станций мониторинга космического базирования для совместного моделирования определения орбиты, точность сигнала составляет около 0,1 метра. Предварительный анализ показывает, что совместный наземный и космический мониторинг и определение орбиты на основе низкоорбитальной группировки могут повысить точность определения орбиты группировки более чем в два раза. На рисунке ниже приведены результаты сравнения определения наземной орбиты и совместного определения орбиты наземного космического базирования.
3. Помощь в предоставлении глобальных высокоточных услуг в режиме квазиреального времени
(1) Диверсификация поставщиков услуг высокоточного позиционирования и иерархических моделей обслуживания
В настоящее время услуги высокоточного позиционирования (точное одноточечное позиционирование, PPP) в основном включают в себя два типа коммерческих услуг PPP и услуги PPP, встроенные в спутниковые навигационные системы.
В последние годы, в связи с растущим спросом на высокоточные приложения в промышленности и среди широкой общественности, европейские Galileo, японские QZSS и китайские Beidou также разрабатывают встроенные системы и предоставляют услуги PPP в системах спутниковой навигации. Galileo предоставляет бесплатные услуги PPP на основе сигналов E6B со скоростью вещания 500 Бит/с. Это расширяет возможности систем GPS и Galileo для определения местоположения на дециметровом уровне. Прецизионное позиционирование QZSS делится на два типа услуг с расширением до субметрового уровня (SLAS) и услуг с расширением до сантиметрового уровня (CLAS), оба из которых являются бесплатными услугами, предоставляемыми сигналами L1 и L6, из которых скорость вещания услуги CLAS достигает 2000 бит/с, что позволяет одновременно использовать пять систем, GNSS и QZSS, были усовершенствованы. Система BeiDou в Китае использует геоспутники для предоставления бесплатных услуг высокоточного позиционирования пользователям в Китае и прилегающих районах. Частота вещания - B2b, а скорость - 500 бит/с. Достигается позиционирование на дециметровом уровне и после сантиметрового уровня в режиме реального времени.
(2) Повышение точности низкоорбитальных спутников характеризуется быстрой конвергенцией, что может улучшить работу пользователей с высокой точностью
В настоящее время услуга PPP, предоставляемая GNSS через спутники на средней или высокой орбите, из-за медленного изменения орбиты обычно занимает от 15 до 30 минут для согласования. Хотя японская система QZSS использует технологию PPP-RTK для сокращения времени конвергенции служб PPP менее чем до одной минуты, для этого требуется большое количество наземных станций мониторинга с высокой плотностью, и только на территории Японии необходимо построить тысячи станций мониторинга. Низкоорбитальные спутники обладают возможностями глобального высокоточного мониторинга GNSS и имеют большие геометрические изменения, что облегчает быстрое согласование высокоточного позиционирования. Соответствующие исследования показывают, что время конвергенции услуг PPP спутниковой навигационной системы может быть сокращено менее чем до 1 минуты после интеграции низкоорбитальной спутниковой группировки, и пользователи могут получать высокоточные услуги в режиме квазиреального времени.
4. Помощь в предоставлении глобальных услуг по мониторингу целостности
1) Каждая спутниковая система усиления в настоящее время предоставляет региональные услуги по обеспечению целостности
Служба целостности относится к своевременному оповещению пользователей о сбоях навигационных спутников и риске для повышения безопасности использования. Это особенно важно для гражданской авиации и других пользователей, занимающихся вопросами безопасности жизнедеятельности.
В настоящее время спутниковые системы усиления (SBAS) в основном включают в себя систему широкомасштабного усиления FAA (WAAS), европейскую систему наложения геостационарной спутниковой навигации (EGNOS), китайскую систему усиления на базе Большой Медведицы (BDSBAS) и российскую систему дифференциальной коррекции и мониторинга (SDCM), Японская многофункциональная спутниковая система увеличения (MSAS), Индийская навигационная система увеличения геостационарной орбиты с помощью GPS (GAGAN), Южнокорейская спутниковая система увеличения (KASS) и т.д. Все транслируемые номера дифференциальной коррекции в определенную область повышают точность и целостность GNSS.
2) С более качественными возможностями космического мониторинга целостности
С помощью глобальной сети космического мониторинга низкоорбитальных группировок GNSS можно осуществлять космический мониторинг целостности навигационных спутников, а орбитальные характеристики низкоорбитальных группировок защищены от ионосферных и тропосферных воздействий, и эффекты многолучевости также меньше, чем на земле. Может улучшить способность контролировать целостность навигационных спутников.
3) Информация о предупреждении о целостности может передаваться по всему миру
В будущем спрос пользователей на услуги SBAS будет удовлетворяться не только на региональном уровне, но и расширяться по всему миру. Характеристики глобального покрытия созвездий LEO естественным образом делают его способным транслировать глобальные службы integrity.
