北斗ナビゲーション衛星システムとは？ GPSとどう違うの？

中国国家航天局（CNSA）は、世界で最も古い宇宙機関でも最大の宇宙機関でもありませんが、これまでに数人しか達成できなかった偉業を達成しようとしています。完全に機能するグローバルナビゲーション衛星システムまたはGNSSを確立する。

GNSSは、グローバルなステージでさまざまな地理空間サービスを提供する単なる衛星ナビゲーションシステムです。現在のところ、アメリカで構築されたGPSとロシアのGLONASSだけがそのようなシステムを運用しています。

私たちの読者のほとんどは、GPSまたは全地球測位システムとそのわずかに人気のない競合他社のGLONASSについて十分な知識を持っているとほぼ確信していますが、BeiDouという名前はあなたのために何か鐘を鳴らしますか？知らない人のために、北斗（BDS）は、CNSAによってのみ管理されている中国の最高の衛星ナビゲーションシステムです。

このような大規模なプロジェクトのアイデアは、米国の軍事宇宙技術の進歩に対応して、1980年代に中国政府によって最初に考案されたと考えられています。 BeiDouの名前は、おおぐま座の星座にある明るい星のグループである北斗七星のアステリズムに由来しています。

GPS、GLONASS、Galileo、および現在開発中の他のナビゲーションシステムと同様に、BeiDouの最終的な目標は、（他のGNSSと比較して）より正確にサービスをグローバルに提供することです。

それを達成するために、プロジェクト全体が慎重に3つのフェーズに編成されました。第1フェーズ（BeiDou-1）は2000年に開始され、第2ステージは2007年に、第3フェーズは2015年に開始されました。BeiDouナビゲーション衛星システムは2020年中にグローバルに運用される予定です。

簡単に言えば、北斗は中国版のGPSですが、地域規模です（少なくとも今のところ）。これは、アジアで運用されている2番目の地域航法システムであり、もう1つはNAVIC（インドが所有）です。すべてがうまくいけば、中国の北斗は世界レベルでGLONASSやGPSに匹敵するでしょう。

BeiDou-1および2

BeiDou-2（COMPASS）を含むさまざまな衛星システムの軌道比較

北斗ナビゲーション衛星システムの最初の探索的フェーズは、2000年10月30日に開始され、北斗-1A が発売されました。 衛生。続いて、2000年12月20日と2003年5月25日にそれぞれ発売されたBeiDou-1BとBeiDou-1Cが続きました。

3つの北斗衛星すべての配備が成功したことは、プロジェクトの最初の成功を示しました。緊急時に備えて、バックアップ衛星（BeiDou-4D）も後で打ち上げられました。

興味深いことに、BeiDou-1衛星の4つすべてが静止軌道（GEO）に配置されており、GPSやGLONASSの場合のように中軌道（MEO）には配置されていません。

BeiDou-1は、静止軌道で衛星を使用することにより、衛星の大規模なコンステレーションの必要性を排除しましたが、それがカバーできる（地球上の）最大領域も制限しました。その有効なカバレッジエリアは、経度70°Eから140°E、緯度5°Nから55°Nでした。 BeiDou-1は2012年に完全に段階的に廃止されました。

別の言い方をすれば、2008年には、1台のBeiDou-1受信機の価格は約2,929米ドル（20,000元）で、当時のGPS端末の約10倍でした。伝えられるところによると、高価な輸入マイクロチップが原因で、価格はめちゃくちゃ高かった。国内でチップの製造を開始すると、価格は大幅に下がりました。

BeiDou-1とBeiDou-2の対象地域の比較画像提供：BeiDou.gov.cn

BeiDouナビゲーションシステムの第2フェーズ、BeiDou-2、別名 COMPASS は、以前のシステムからの大幅なアップグレードとして2007年に導入されました。 2008年まで、中国の航法装置は軍隊およびその他の関連する中国政府機関にのみサービスを提供していましたが、民間および商用利用が可能でした。

このフェーズでは、合計19個の衛星が配備され（そのうち2個は廃止されました）、2019年に打ち上げられる予定の衛星が1個あります。COMPASSは、初期段階で25メートルの測位精度を提供しましたが、衛星が増えると大幅に改善されました。運用可能。

新しいシステムは2011年12月に完全に機能し、2012年末までに、アジア太平洋地域の他の国々にポジショニングとナビゲーションサービスを提供しました。 BeiDouの現在のカバレッジ範囲は、経度55°Eから180°E、緯度55°Sから55°Nです。

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精度と頻度

GPSやGalileoと同様に、BeiDouは2つの異なるレベルでサービスを提供します。民間で使用するための自由にアクセスできるサービスと軍用の制限付きバージョンです。民間サービスの位置追跡精度は10メートル、時計同期精度は 10ナノ秒です。

一方、その制限されたサービスは、10センチメートルのはるかに高い追跡精度を持ち、高度なデータ送信機能を備えています。現在まで、BeiDouの制限されたチャネルへのアクセスは、中国軍とパキスタン軍にのみ許可されています。 BeiDouの測距信号は、符号分割多元接続（CDMA）方式に基づいています。

GPS、Galileo、BeiDou 2（COMPASS）の周波数割り当て

BeiDou-2には4つの認識された周波数帯があります。 E1、E2、E6、およびE5B（上の図の赤いバーで示されています）。ご覧のとおり、4つのバンドすべてがガリレオのバンドと重なります。これらのタイプのオーバーラップはある程度有益ですが（受信機または接地端子の設計に関連する問題を解決できます）、ほとんどの場合、信号干渉などの深刻な問題を引き起こします。

同様の状況で両方のナビゲーションシステムが同時に稼働している場合、特に現在ガリレオの公共サービスに割り当てられているE1およびE2帯域内で、信号の干渉が大きくなる可能性が高くなります。

ただし、この種の紛争を回避するために、国際電気通信連合（ITU）には、最初に放送を開始する国に特定の周波数の権利を許可する普遍的な「先着順」法があります。その周波数を利用することをいとわない後続のユーザー国は、その使用前に所有者国から許可を得る必要があります。このようにして、両方の当事者が放送に干渉しないようにすることができます。

現在、中国のBeiDou-2は、ガリレオ衛星の前に上記の係争中の帯域で送信を開始し、したがってこれらの周波数に対する主要な権利を取得することはほぼ確実です。

北斗-3

中国国家航天局（CNSA）は、2015年3月30日に北斗ナビゲーション衛星の第3フェーズを開始し、四川省にある西昌宇宙センターからBDS-3衛星を初打ち上げました。このフェーズでは、合計35の衛星が試運転される予定であり、そのうち19の衛星はすでにそれぞれの軌道上にあります。

BeiDou-3は、新しい周波数帯を導入するように設定されています。 B1C / B1I / B1A、（1575.42 MHz）、B2a / B2b（1191.795 MHz）、B3I / B3Q / B3A（1268.52 MHz）、テスト周波数Bs（2492.028 MHz）を含む。

合計35の衛星のうち、27は中軌道（MEO）衛星、5つの傾斜静止軌道（IGSO）衛星、3つの静止軌道（GEO）衛星です。これらの衛星には、GPSやGLONASSと同様のSAR（合成開口レーダー）およびSBAS（衛星ベースの補強システム）機能もあります。

北斗の商用利用

BeiDouナビゲーション衛星システムは中国で商業的に成功しています。チャイナデイリーによると、BDSは、China Aerospace Science and IndustryCorpやAutoNaviHoldings Ltdなどのさまざまな民間企業や国営企業が2015年に310億ドル（2,000億元）をはるかに超える収益を生み出すのを支援しました。 2020年までに4,000億元に達する。

2013年以降、中国の多くの携帯電話メーカーは、自社製品をBeiDouナビゲーションシステムと互換性のあるものにしています。数百万台の商用車、数千隻の​​漁船（中国）にもBDSが装備されており、今後数年間で顧客ベースを獲得する可能性が高くなります。

ご存知かもしれませんが、より多くのモバイルデバイスにGPSとGLONASSテクノロジーの両方が搭載され、カバレッジと位置情報サービスが向上しているため、BeiDouも登場するのは時間の問題でしょう。

GPSとの違い

衛星航法システムは、間違いなく、どの国も今日持つことができる重要な技術の1つであり、米国に対する現在の地政学的および経済的立場を考えると、中国にとってさらに価値があります。

GPSを制御することで、米陸軍は世界中のあらゆる地域でサービスを効果的に無効にすることができます。そのため、多くの国が独自のGPSのようなシステムを開発しています。

精度以外に大きな違いはありません。 GPSの星座サイズは31衛星ですが、新しい北斗衛星には約35衛星が搭載されます。 BeiDou衛星ナビゲーションシステムは、完全に機能するようになると（2020年までに）、GPSよりも正確な位置情報サービスを提供することが期待されます。

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2016年に、中国のシステムは（後処理後）ミリメートルレベルの精度を達成すると主張されていました。つまり、最も正確なGPSレベルの10倍の精度になります。

WAAS（Wide Area Augmentation System）の対象地域画像提供：米国連邦航空局

米国、カナダ、メキシコでは、GPSは広域拡張と呼ばれる航法援助施設でよく使用されます。 または、北米大陸でGPSの精度を大幅に向上させるWASSシステム。

gps.govによると、米国を拠点とするシステムは、ハイエンドの受信機とリアルタイムキネマティクスなどの高度な技術を利用して、数センチメートル以内のリアルタイムの測位精度を提供し、ミリメートルレベルで距離を測定できるようになります。現在、米国空軍はロッキードマーティンとともに、第7世代のGPS衛星であるGPSIIIに取り組んでいます。

GPSの垂直方向の精度は、水平面でのサービスに比べてはるかに悪いことはよく知られていますが、両方のコンポーネントの精度レベルは、BeiDouの精度レベル（水平方向に25メートル、垂直方向に30メートル）よりも高くなっています。

ただし、Chinese Journal of Aeronauticsの記事によると、BDSは、水平で1 cm、垂直で3 cmを超える精度を達成できます。これは、現在の標準によれば、全地球測位システム（GPS）よりもはるかに優れています。

その他の衛星ナビゲーションシステム

BeiDouを除いて、現在建設中またはすでに機能している衛星ナビゲーションシステムは他にほとんどありません。これらのシステムの中で最も注目に値するのは、ガリレオです。 。欧州連合のガリレオは、地政学的要因を念頭に置いて、欧州諸国に非常に正確で独立した測位システムを提供するために開始された数十億ドルのプロジェクトです。ガリレオ星座全体は26の衛星で構成されており、今後10年間でさらに6つの衛星が配備されます。

IRNSS（インド地域航法システムの略）または NAVIC は、4つの衛星からなる別の自律航法システムです（さらに3つの衛星が予定されています）。 NAVICは、インド宇宙研究機関によって独自に開発および保守されています。

どうやら、IRNSSは10 m（オープンサービス）と10 cm（制限付きサービス）の位置精度を提供します。 GPS、GLONASS、Galileoとは異なり、インドのナビゲーションシステムには、グローバルサービスを提供するための当面の計画はありません。

QZSSの衛星軌道を描いたアニメーション画像提供：福田宏

次は、日本の準天頂衛星システムまたは QZSS 。これはGPSと互換性のある衛星ベースの補強システムであり、基本的に日本とその周辺地域でGPSの精度と信頼性を向上させます。現在、QZSSシステムは4つの衛星で構成されていますが、2023年までに7つの衛星に徐々に拡張される予定です（推定）。

4つの衛星のうち3つは、互いに約120°離れた高度に傾斜した静止軌道に配置されています。この高い傾斜により、アナレンマと呼ばれる独特の非対称パターンで軌道を回ることができ、常に日本上空に存在します。 QZSS衛星によって送信される信号は、古くて近代化されたGPS信号（L1C / A、L1C、L2C）と同一であるため、アメリカのナビゲーションネットワークとの連携が容易になります。

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経済的および政治的ニーズのためにGPSに完全に依存する必要はないことはほぼ確実ですが、将来、中国の北斗がアメリカ、ロシア、ヨーロッパの対応国とどのように戦うかを見るのは非常に興味深いでしょう。