Beidou

Ten artykuł dotyczy systemu nawigacyjnego. Zobacz też: Beidou – gmina na Tajwanie.

Beidou

Państwo	Chiny
Rodzaj	globalny satelitarny system nawigacyjny (GNSS)
Nadzór programu	China Satellite Navigation Office
Etapy systemu	Beidou-1, Beidou-2, Beidou-3
Start usług regionalnych	2000 (Beidou-1), 2012 (Beidou-2)
Oficjalne uruchomienie BDS-3	31 lipca 2020
Typy orbit	GEO, IGSO, MEO
Zasięg	globalny (Beidou-3)
Dokładność pozycjonowania	lepsza niż 9 m w poziomie i 10 m w pionie (usługa otwarta)
Satelity w eksploatacji	50 (lipiec 2026)
Strona internetowa	en.beidou.gov.cn

Beidou (także BeiDou i BDS, od ang. BeiDou Navigation Satellite System) – chiński satelitarny system nawigacyjny i jeden z czterech globalnych systemów nawigacji satelitarnej (GNSS), obok amerykańskiego GPS, rosyjskiego GLONASS i europejskiego Galileo. Chińska nazwa systemu w piśmie uproszczonym to 北斗卫星导航系统, pinyin: Běidǒu Wèixīng Dǎoháng Xìtǒng. System zbudowały, eksploatują i rozwijają Chiny jako infrastrukturę pozycjonowania, nawigacji i synchronizacji czasu (PNT).

Budowę rozpoczęto w 1994 roku. Eksperymentalny regionalny system Beidou-1, oparty wyłącznie na satelitach geostacjonarnych, zaczął działać pod koniec 2000 roku. Od grudnia 2012 roku Beidou-2 obsługiwał region Azji i Pacyfiku, a globalny Beidou-3 oficjalnie uruchomiono 31 lipca 2020 roku. Konstelacja obejmuje satelity na orbitach: geostacjonarnej (GEO – satelita pozostaje stale nad tym samym punktem równika), nachylonej geosynchronicznej (IGSO – satelita obiega Ziemię w tempie jej obrotu, ale po orbicie nachylonej do równika) i średniej okołoziemskiej (MEO). Poza nawigacją system oferuje m.in. usługę krótkich wiadomości, usługę poszukiwawczo-ratowniczą, wspomaganie satelitarne (SBAS) i precyzyjne pozycjonowanie punktowe (PPP).

Beidou jest wykorzystywany m.in. w transporcie, rolnictwie, rybołówstwie i energetyce, a jego ukończenie uniezależniło chińskie siły zbrojne od GPS. W 2025 roku obsługiwało go ok. 98% telefonów w Chinach. Chiny promują system w państwach partnerskich, a na Tajwanie i w części państw zachodnich budzi on obawy o bezpieczeństwo.

Nazwa

Nazwa systemu pochodzi od chińskiej nazwy Wielkiego Wozu (chiń. 北斗, pinyin: Běidǒu), czyli siedmiu najjaśniejszych gwiazd Wielkiej Niedźwiedzicy. Do 2012 roku oficjalnym angielskim skrótem nazwy systemu był COMPASS. 27 grudnia 2012 roku rzecznik programu Beidou ogłosił angielską nazwę BeiDou Navigation Satellite System i skrót BDS, odtąd stosowane w oficjalnych materiałach anglojęzycznych.

Geneza i wczesny rozwój

Pierwszy chiński projekt nawigacji satelitarnej powstał pod koniec lat 60. XX wieku na potrzeby okrętów podwodnych marynarki wojennej. Był to system dopplerowski, podobny do amerykańskiego systemu Transit. Jego satelita Dengta-1 („Latarnia morska”) doszedł w 1977 roku do etapu montażu końcowego, ale 31 grudnia 1980 roku prace nad nim przerwano. Pomysł chińskiego satelitarnego systemu nawigacyjnego sformułował w latach 80. XX wieku Chen Fangyun(inne języki) wraz ze współpracownikami. Koncepcję regionalnego systemu dwusatelitarnego przetestowano w 1989 roku z użyciem dwóch satelitów telekomunikacyjnych DFH-2A. Test rozpoczęto 25 września 1989 roku, a jego wstępny sukces umocnił zaangażowanie Chin w badania nad nawigacją satelitarną.

Wojna w Zatoce Perskiej w 1991 roku pokazała znaczenie nawigacji satelitarnej dla działań zbrojnych – wojska amerykańskie korzystały z GPS przy nawigacji i naprowadzaniu uzbrojenia. Według Rumi Aoyamy(inne języki) do budowy własnego systemu skłoniła Chiny nieufność wobec Stanów Zjednoczonych, narastająca po kilku incydentach. Podczas incydentu ze statkiem Yinhe(inne języki) w 1993 roku chińskie władze musiały zgodzić się na amerykańską inspekcję, ponieważ – jak podaje Aoyama – USA zablokowały statkowi dostęp do GPS. W Chinach uznano to za narodowe upokorzenie. Wkrótce po incydencie Sun Jiadong(inne języki) zaproponował, by Chiny zbudowały własny GNSS. Program formalnie zatwierdziły Rada Państwa i Centralna Komisja Wojskowa, a uruchomiono go w grudniu 1994 roku. Trzeci kryzys w Cieśninie Tajwańskiej(inne języki) w 1996 roku utwierdził Pekin w tej decyzji. Chiny utraciły wtedy możliwość śledzenia dwóch z trzech własnych rakiet wystrzelonych w stronę cieśniny, a według chińskiej wersji przyczyną było odcięcie przez USA sygnału GPS.

Etapy systemu

Widok z przodu

Widok z boku

Widok znad bieguna

Animacje orbit satelitów geostacjonarnych (GEO) i nachylonych geosynchronicznych (IGSO) systemu Beidou-3 w różnych ujęciach

Budowę Beidou podzielono na trzy etapy. Trzyetapową strategię przedstawiono w maju 2010 roku na pierwszej Chińskiej Konferencji Nawigacji Satelitarnej: eksperymentalny system trzech satelitów (2000–2003), regionalna konstelacja dla Chin i obszarów sąsiednich do 2012 roku oraz pełna konstelacja globalna do 2020 roku.

Beidou-1

Budowę pierwszego etapu, eksperymentalnego regionalnego systemu nawigacyjnego Beidou-1, rozpoczęto w 1994 roku. Tworzyły go początkowo dwa satelity robocze i jeden zapasowy, zbudowane na chińskiej platformie geostacjonarnej DFH-3. Każdy satelita ważył ok. 2200 kg, w tym ok. 1100 kg paliwa. Satelity nadawały na częstotliwości 2491,75 MHz, a terminale użytkowników odpowiadały na częstotliwości 1615,68 MHz. W odróżnieniu od GPS, GLONASS i Galileo system Beidou-1 wykorzystywał wyłącznie satelity geostacjonarne, co ograniczało zasięg do obszaru w przybliżeniu pomiędzy 70° E a 140° E oraz 5° N a 55° N.

Beidou-1 stosował pozycjonowanie aktywne i świadczył w Chinach usługi pozycjonowania, synchronizacji czasu, poprawek różnicowych oraz krótkich wiadomości. Stacja centralna wysyłała przez oba satelity sygnały zapytania, a terminal użytkownika odpowiadał przez satelity. Z różnicy czasów dotarcia obu odpowiedzi stacja obliczała pozycję w dwóch wymiarach, a po zestawieniu jej z cyfrową mapą terenu – w trzech. Wynik odsyłała użytkownikowi łącznością szyfrowaną. Terminal mógł też wysyłać do stacji zaszyfrowane wiadomości tekstowe o długości do 120 chińskich znaków. Dwukierunkowa łączność wymagała w terminalu nadajnika i mocniejszej baterii, dlatego terminale Beidou-1 były większe, cięższe i droższe od odbiorników GPS. Liczbę obsługiwanych użytkowników ograniczała przepustowość sieci.

Pierwszy satelita Beidou-1A wystartował 31 października 2000 roku, drugi Beidou-1B – 21 grudnia 2000 roku, a trzeci Beidou-1C (zapasowy) – 25 maja 2003 roku, co zakończyło budowę systemu Beidou-1. System służył początkowo głównie wojsku, a dla zastosowań cywilnych oficjalnie otwarto go w 2003 roku. W lutym 2007 roku wyniesiono czwartego satelitę Beidou-1D, również zapasowego. Po starcie doszło do awarii systemu sterowania, przez którą nie rozłożyły się panele słoneczne. Usterkę udało się usunąć.

Dokładność pozycjonowania Beidou-1 wynosiła ok. 100 m, a z korekcją różnicową poniżej 20 m. Satelity Beidou-1 zostały później wycofane z eksploatacji. Po osiągnięciu końca żywotności zastąpiły je satelity geostacjonarne Beidou-2, które zajęły te same pozycje i oprócz nawigacji nadal świadczą usługę RDSS na wzór Beidou-1.

Beidou-2 (Compass)

Budowę drugiego etapu rozpoczęto w 2004 roku. Beidou-2 nie był prostym rozszerzeniem Beidou-1, lecz odrębną konstelacją. Zachował zgodność techniczną z Beidou-1, ale wprowadził też pozycjonowanie pasywne, w którym odbiornik sam wyznacza pozycję z odbieranych sygnałów. W listopadzie 2006 roku agencja Xinhua podała, że budowany system ma od 2008 roku świadczyć usługę otwartą o dokładności 10 m, obok szyfrowanej usługi autoryzowanej dla wojska. Według planów z 2010 roku regionalną konstelację drugiego etapu miało do 2012 roku tworzyć 14 satelitów: 5 GEO, 5 IGSO i 4 MEO. Docelowy system globalny miał według ówczesnych planów liczyć 35 satelitów: 5 GEO, 3 IGSO i 27 MEO. Pierwszy satelita Beidou-2 Compass-M1 trafił na orbitę w kwietniu 2007 roku, a drugi, Compass-G2 – 15 kwietnia 2009 roku. Compass-M1 służył do zabezpieczenia zgłoszeń częstotliwości w ITU oraz do testów chińskich zegarów atomowych, wyznaczania orbit i synchronizacji czasu, a Compass-G2 nie wszedł do służby. Trzeciego, Compass-G1, wyniesiono 17 stycznia 2010 roku rakietą Długi Marsz 3C. Od czerwca do grudnia 2010 roku na orbitę trafiły satelity systemu od czwartego do siódmego. Start satelity Beidou-2/Compass IGSO-5 (piątego na orbicie IGSO) 2 grudnia 2011 roku (według czasu pekińskiego) zakończył budowę podstawowego systemu regionalnego dla Chin.

W grudniu 2011 roku Beidou-2 rozpoczął pracę próbną, oferując bezpłatne dane nawigacyjne dla Chin i obszarów sąsiednich. W grudniu 2012 roku Beidou-2 zaczął świadczyć usługi na obszarze 55° E – 180° E i 55° S – 55° N, czyli w regionie Azji i Pacyfiku. Według pracy opublikowanej w 2018 roku operacyjna konstelacja Beidou-2 składała się wówczas z 6 satelitów GEO, 6 IGSO i 3 MEO.

Beidou-3

Budowę trzeciego etapu, globalnego systemu Beidou-3 (BDS-3), rozpoczęto w 2009 roku. Pierwszego eksperymentalnego satelitę nowej generacji wyniesiono 30 marca 2015 roku rakietą Długi Marsz 3C, co oznaczało początek przekształcania systemu regionalnego w globalny. Do lutego 2016 roku wyniesiono pięć satelitów eksperymentalnych BDS-3 – trzy na orbitach MEO i dwa na IGSO – na których sprawdzono m.in. łącza międzysatelitarne w paśmie Ka. Pierwszą parę satelitów MEO docelowej konstelacji wyniesiono 5 listopada 2017 roku, a do sierpnia 2018 roku na orbitę trafiło 12 takich satelitów. Pod koniec 2018 roku Chiny ogłosiły rozpoczęcie świadczenia usług globalnych przez wstępny system BDS-3. W październiku 2019 roku konstelacja liczyła 34 aktywne satelity: 15 satelitów Beidou-2 (5 GEO, 7 IGSO i 3 MEO) oraz 19 satelitów Beidou-3 (18 MEO i 1 IGSO). 23 czerwca 2020 roku z kosmodromu Xichang rakietą Długi Marsz 3B wyniesiono satelitę zamykającego rozmieszczenie podstawowej konstelacji BDS-3, a 31 lipca 2020 roku oficjalnie ogłoszono uruchomienie globalnego systemu Beidou-3.

Po uruchomieniu podstawowej konstelacji Chiny uzupełniały BDS-3 satelitami zapasowymi. W kwietniu 2023 roku podano, że na orbicie pracuje 45 satelitów systemu – 15 z Beidou-2 i 30 z Beidou-3. 17 maja 2023 roku wyniesiono na orbitę geostacjonarną pierwszego satelitę zapasowego BDS-3 – 56. satelitę Beidou według oficjalnej numeracji (obejmującej także satelity już niepracujące). Miał on zwiększyć pojemność regionalnej usługi krótkich wiadomości oraz poprawić dokładność pozycjonowania, dostępność i stabilność systemu. 26 grudnia 2023 roku z kosmodromu Xichang wyniesiono 57. i 58. satelitę systemu Beidou. Były to pierwsze satelity MEO wyniesione od formalnego uruchomienia BDS-3. Mają ulepszone zegary atomowe i zwiększają pojemność globalnej usługi krótkich wiadomości. 19 września 2024 roku wyniesiono ostatnią parę satelitów zapasowych BDS-3, czyli 59. i 60. satelitę systemu. Według głównego projektanta BDS-3 Liu Yingchuna były to ostatnie satelity tej generacji przed przejściem do etapu Beidou-4, dlatego oprócz pracy w konstelacji miały prowadzić weryfikację techniczną. Większość z 30 satelitów podstawowej konstelacji BDS-3 ma projektowaną żywotność 10 lat.

W listopadzie 2024 roku, w 30. rocznicę rozpoczęcia budowy systemu, chińskie biuro nawigacji satelitarnej China Satellite Navigation Office (CSNO) przedstawiło plan Beidou nowej generacji. Trzy satelity eksperymentalne mają zostać wyniesione ok. 2027 roku, rozmieszczanie konstelacji ma się rozpocząć ok. 2029 roku, a jej budowa ma się zakończyć do 2035 roku. Nowy system ma łączyć satelity na orbitach wysokich, średnich i niskich oraz zapewniać nawigację w czasie rzeczywistym z dokładnością od metrów do decymetrów.

Współpraca z programem Galileo

We wrześniu 2003 roku Chiny zadeklarowały przystąpienie do europejskiego programu Galileo i zainwestowanie w kolejnych latach ok. 230 mln euro. W październiku 2004 roku Chiny formalnie przystąpiły do programu, podpisując umowę o współpracy (Agreement on the Cooperation in the Galileo Program) między Galileo Joint Undertaking a National Remote Sensing Centre of China. W grudniu 2004 roku powołano konsorcjum China Galileo Industries jako głównego wykonawcę chińskiej części programu. Do kwietnia 2006 roku w ramach współpracy chińsko-unijnej uzgodniono 11 wspólnych projektów technologicznych. W mediach chińskich pojawiła się krytyka braku zwrotu z inwestycji i marginalnej roli Chin w podejmowaniu decyzji, a Chiny w pełni skoncentrowały się na własnym programie BDS. Gdy w 2007 roku Unia Europejska zrezygnowała z partnerstwa publiczno-prywatnego i postanowiła finansować Galileo w całości z budżetu unijnego, Chiny zostały odsunięte od zarządzania programem. Ogłoszony w lipcu 2008 roku przez Europejską Agencję Kosmiczną przetarg na drugą fazę wdrażania systemu pominął chińskich wykonawców. W listopadzie 2009 roku Rada Państwa zatwierdziła budowę własnego systemu globalnego. Według analizy Kevina McCauleya, opublikowanej w 2014 roku w „China Brief” Jamestown Foundation(inne języki), partnerstwo rozwiązano w 2010 roku po długotrwałych sporach. McCauley zaznacza, że nie wiadomo, ile wiedzy i technologii Chiny zyskały dzięki współpracy, ale zdołały kupić od szwajcarskiej firmy 20 zegarów atomowych.

Budowa systemu

Beidou składa się z trzech segmentów: kosmicznego (satelity), naziemnego (stacje kontrolne) i użytkownika (odbiorniki). Segment naziemny tworzą stacja główna, stacje monitorujące i stacje nadawcze. Stacja główna zbiera dane ze stacji monitorujących, wyznacza orbity i poprawki zegarów satelitów oraz przygotowuje depesze nawigacyjne, które stacje nadawcze przesyłają na satelity. W odróżnieniu od innych systemów GNSS wyznacza też pozycje użytkowników w trybie RDSS i obsługuje krótkie wiadomości. W systemie Beidou-2 segment ten obejmował stację główną i 7 stacji monitorujących typu A, służących głównie do wyznaczania orbit i monitorowania opóźnienia jonosferycznego. Miał też 22 stacje typu B, głównie na potrzeby usług wspomagania i integralności, oraz 2 stacje synchronizacji czasu i wysyłania danych na satelity. Konstelację Beidou-3 tworzą satelity na orbitach trzech typów: geostacjonarnej (GEO), nachylonej geosynchronicznej (IGSO) i średniej okołoziemskiej (MEO). Podstawowa konstelacja BDS-3 obejmuje 3 satelity GEO, 3 satelity IGSO i 24 satelity MEO. Satelity GEO i IGSO krążą na wysokości 35 786 km, a satelity MEO – na wysokości 21 528 km, w trzech płaszczyznach orbitalnych. Orbity IGSO i MEO są nachylone do równika pod kątem 55°. Satelita MEO wykonuje 13 obiegów w ciągu 7 dób gwiazdowych, czyli jeden obieg w ok. 12 godz. 53 min. Taki układ zapewnia zasięg globalny, a jednocześnie zwiększa dostępność usług w Chinach oraz regionie Azji i Pacyfiku. W marcu 2026 roku CSNO zapowiedziało modernizację systemu na orbicie, mającą zoptymalizować pracę części satelitów. 31 lipca 2026 roku agencja Xinhua podała za CSNO, że modernizację zakończono, a system ma 50 działających satelitów.

Częstotliwości Compass/Beidou-2 mieściły się w pasmach E1, E2, E5B i E6, pokrywając się częściowo z pasmami Galileo. Sygnały korzystały z modulacji QPSK i BOC, podobnych do stosowanych w GPS i Galileo. Według artykułu w „The New York Times” z 2009 roku nakładanie się pasm miało znaczenie, bo w myśl reguł Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU) pierwszeństwo w korzystaniu z częstotliwości miało przypaść państwu, którego satelity zaczną nadawać jako pierwsze. W systemie przewidziano dwie usługi: bezpłatną otwartą oraz autoryzowaną, przeznaczoną dla użytkowników o wysokich wymaganiach, w tym wojska.

W paśmie B1 satelity BDS-3 nadają otwarte sygnały B1I (odziedziczony po Beidou-2) i B1C (1575,42 MHz) oraz autoryzowany B1A. W paśmie B2 nadają otwarte sygnały B2a o częstotliwości 1176,45 MHz i B2b o częstotliwości 1207,14 MHz. W paśmie B3 (1268,52 MHz) nadają odziedziczony po Beidou-2 otwarty sygnał B3I oraz autoryzowane B3Q i B3A. Sygnał B2b ma tę samą częstotliwość nośną co B2I – sygnał Beidou-2, którego satelity BDS-3 nie nadają. Satelity eksperymentalne testowały też sygnał Bs o częstotliwości 2492,028 MHz. Dokumenty interfejsu sygnału w przestrzeni kosmicznej (SIS ICD, publiczne specyfikacje sygnału potrzebne producentom odbiorników) dla otwartych sygnałów B1C i B2a opublikowano pod koniec 2017 roku. Dokument B2a definiuje sygnał otwartej usługi nadawany przez satelity MEO i IGSO systemu BDS-3, a nie przez satelity GEO.

Istotnym elementem Beidou-3 są łącza międzysatelitarne, w które wyposażono wszystkie 30 satelitów podstawowej konstelacji. Służą one do przesyłania danych i pomiarów między satelitami, zwiększają dokładność wyznaczania orbit i pozwalają częściej aktualizować depesze nawigacyjne (nadawane przez satelity dane o ich orbitach i zegarach). Inne globalne systemy opierają się na stacjach monitorujących rozmieszczonych na całym świecie, a Beidou korzysta głównie ze stacji na terytorium Chin. Umożliwiają to m.in. łącza międzysatelitarne, które zmniejszają potrzebę korzystania ze stacji zagranicznych i obniżają koszty eksploatacji. Satelity Beidou-3 zbudowały dwa ośrodki: Chińska Akademia Technologii Kosmicznej(inne języki) (CAST) i Szanghajskie Centrum Inżynieryjne Mikrosatelitów (SECM).

Satelity nowej generacji wyposażono w pokładowe zegary atomowe, w tym masery wodorowe. Pierwszy taki zegar trafił na orbitę 30 września 2015 roku na 20. wyniesionym satelicie Beidou (eksperymentalnym, na orbicie IGSO). Czasem systemowym jest czas Beidou (BDT) – ciągła skala czasu w sekundach SI, bez sekund przestępnych, liczona od godz. 0:00 UTC 1 stycznia 2006 roku. Od UTC różni się o całkowitą liczbę sekund przestępnych dodanych od tego dnia, a poza tą różnicą odchyla się od UTC o mniej niż 100 ns.

Wszystkie satelity Beidou wyposażono w zestawy retroreflektorów laserowych umożliwiających satelitarny pomiar laserowy odległości(inne języki) (SLR), wykorzystywany do oceny i weryfikacji jakości orbit. Pomiary laserowe wskazują, że satelity CAST i SECM różnią się konstrukcją i własnościami powierzchni. Badania orbit satelitów Beidou metodą SLR prowadzą m.in. zespoły Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Analizy te wykazały m.in., że orbity satelitów geostacjonarnych Beidou-2 wyznacza się znacznie mniej dokładnie niż orbity pozostałych satelitów. Rozrzut różnic między odległością zmierzoną laserem a wynikającą z wyznaczonej orbity (odchylenie standardowe residuów) wynosił dla satelitów GEO ok. 87 mm, wobec 51 mm dla IGSO i 29 mm dla MEO. Przyczynami są m.in. niestabilność orbit w obszarze geostacjonarnym i niezmienna geometria obserwacji z Ziemi (stacja widzi satelitę GEO zawsze w tym samym kierunku). W 2019 roku koordynator analiz International GNSS Service uruchomił eksperymentalną usługę orbit łączonych (wyznaczanych z rozwiązań wielu centrów analiz) dla wielu systemów GNSS, w tym Beidou. Usługa wykorzystuje wyniki obliczeń poszczególnych centrów, przekazywane m.in. w ramach projektu pilotażowego MGEX (ang. Multi-GNSS Experiment).

Badania nad sygnałami

Po wyniesieniu satelity testowego Compass-M1 w kwietniu 2007 roku rozpoczęły się badania nad jego sygnałami. Pierwsze analizy widma i struktury sygnałów przedstawili w czerwcu 2007 roku inżynierowie francuskiej agencji kosmicznej Centre National d’Études Spatiales (CNES). Miesiąc później badacze z Uniwersytetu Stanforda w pełni zdekodowali składowe „I” sygnału. Na podstawie odtworzonej w ten sposób struktury kodu zespół firmy Septentrio(inne języki) zbudował odbiornik Compass, opublikował charakterystyki śledzenia sygnałów I w pasmach E2 i E5B oraz opisał ich zachowanie przy wielodrogowości (odbiorze sygnału docierającego kilkoma drogami, m.in. po odbiciach od przeszkód).

Główne otwarte sygnały systemu są emitowane w pasmach B1, B2 i B3. Ich częstotliwości nośne i sposób modulacji są w znacznej części takie same jak w sygnałach Galileo i zmodernizowanego GPS albo do nich zbliżone:

Usługi

Podstawową usługą Beidou jest otwarta radionawigacyjna usługa satelitarna (RNSS), obejmująca pozycjonowanie, nawigację i synchronizację czasu. System łączy funkcje nawigacyjne i łącznościowe. Usługi BDS-3 to także regionalna i globalna usługa krótkich wiadomości, międzynarodowa usługa poszukiwawczo-ratownicza zgodna z Cospas-Sarsat, satelitarne i naziemne systemy wspomagające oraz precyzyjne pozycjonowanie punktowe (PPP).

Bezpłatną usługę PPP-B2b dla Chin i obszarów sąsiednich uruchomiono w lipcu 2020 roku. Poprawki orbit i zegarów satelitów BDS-3 oraz GPS nadają trzy satelity geostacjonarne (na 80° E, 110,5° E i 140° E) w sygnale B2b. Badacze z Centrum Badań GNSS Uniwersytetu w Wuhanie ocenili usługę PPP-B2b na podstawie danych z okresu od lipca do grudnia 2020 roku. Dla samego BDS w trybie statycznym (odbiornik nieruchomy) błąd średniokwadratowy pozycji (RMS) wyniósł ok. 2,1 cm w poziomie i 2,6 cm w pionie. W trybie kinematycznym (odbiornik w ruchu) błąd pozycji nieprzekraczany w 95% pomiarów wyniósł ok. 21,5 cm w poziomie i 33,4 cm w pionie, a średni czas zbieżności (dochodzenia do pełnej dokładności) – 17,4 min. Wyniki uznali za zgodne z oficjalnymi deklaracjami dokładności centymetrowej w trybie statycznym i decymetrowej w kinematycznym.

Model satelity Beidou na orbicie geosynchronicznej nachylonej (IGSO) na wystawie InnoTech Expo w Hongkongu (2022)

Ekspozycja systemu nawigacji satelitarnej Beidou na InnoTech Expo w Hongkongu (2022)

W 2010 roku, w okresie budowy Beidou-2, oficjalne materiały programu podawały dla bezpłatnej usługi otwartej dokładność pozycjonowania rzędu 10 m, pomiaru prędkości 0,2 m/s i synchronizacji zegarów ok. 10 ns. Usługa autoryzowana miała zapewniać użytkownikom o wysokich wymaganiach dotyczących dokładności i niezawodności pozycjonowanie, pomiar prędkości, synchronizację czasu i łączność, a także informację o integralności systemu.

W listopadzie 2014 roku Komitet Bezpieczeństwa Morskiego Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO) uznał Beidou za komponent światowego systemu radionawigacji (World-Wide Radionavigation System, WWRNS). Komitet zatwierdził przy tym okólnik w sprawie bezpieczeństwa nawigacji z użyciem BDS, co oznaczało dopuszczenie systemu do wykorzystania w żegludze morskiej.

Charakterystyczną funkcją Beidou jest usługa krótkich wiadomości. Regionalną usługę dla Chin i obszarów sąsiednich zapewniają satelity GEO, a globalną – dla określonych użytkowników – satelity MEO. Z usługi regionalnej korzystało ok. 2020 roku ponad 500 tys. abonentów, zwłaszcza w nadzorze nad statkami rybackimi i w żegludze. W usłudze globalnej wiadomości są przekazywane między satelitami łączami międzysatelitarnymi, a do odbiorcy trafiają w sygnale B2b. Regionalna usługa krótkich wiadomości pozwala też wyznaczać pozycję w trybie radiodeterminacyjnej usługi satelitarnej (RDSS, ang. Radio Determination Satellite Service) z dokładnością do 20 m w poziomie i w pionie. W przeglądzie systemów opublikowanym w 2020 roku Beidou był jedynym z sześciu porównywanych systemów nawigacji satelitarnej (czterech globalnych i dwóch regionalnych) oferującym globalną usługę krótkich wiadomości, a regionalną poza nim zapewniały tylko japoński QZSS i indyjski NavIC. Usługę krótkich wiadomości wykorzystuje m.in. funkcja wysyłania wiadomości przez satelity w smartfonie Huawei Mate 50 z 2022 roku.

Usługi PPP-B2b i BDSBAS-B1C, usługa poszukiwawczo-ratownicza (SAR) oraz wspomaganie naziemne stanowią odrębne warstwy usługowe systemu, a CSNO publikuje dla każdej z nich osobny dokument interfejsu. W listopadzie 2017 roku chińskie Ministerstwo Transportu(inne języki) ogłosiło włączenie Beidou do programu Cospas-Sarsat po przedstawieniu technologii i planu usługi SAR na 31. posiedzeniu Rady Cospas-Sarsat w Montrealu.

Zastosowania

Beidou jest wykorzystywany m.in. w transporcie, rolnictwie, leśnictwie, rybołówstwie, monitoringu hydrologicznym, meteorologii, synchronizacji sieci, energetyce i zarządzaniu kryzysowym. Do 2020 roku w Chinach rozwinięto produkcję odbiorników i układów scalonych obsługujących Beidou, a produkty zgodne z BDS eksportowano do wielu państw. Po trzęsieniu ziemi w Syczuanie w 2008 roku ponad tysiąc terminali Beidou-1 wykorzystano do przekazywania informacji z terenu katastrofy. Sygnały BDS-3 bada się także pod kątem zastosowań w reflektometrii GNSS (pomiarach sygnałów odbitych od powierzchni lądu lub wody), m.in. do pomiarów wysokości terenu i poziomu morza na podstawie danych stacji naziemnych. W jednym z takich badań dla nowego sygnału B2a uzyskano w pomiarach poziomu morza dokładność ok. 21 cm, porównywalną z uzyskiwaną dla sygnału L2C systemu GPS.

Obsługa w smartfonach

Obsługę Beidou miały już w 2014 roku m.in. smartfony chińskiego Xiaomi (Xiaomi Mi 4(inne języki), premiera w sierpniu), południowokoreańskiego Samsunga (Galaxy Note 4, premiera w październiku) i japońskiego Sony (Xperia Z3). W ofercie Apple obsługa Beidou pojawiła się najpóźniej w serii iPhone 12 z 2020 roku. Pod koniec 2017 roku ponad 150 mln chińskich smartfonów (20% rynku) obsługiwało Beidou. Według białej księgi branżowej stowarzyszenia GLAC (ang. Global Navigation Satellite System and Location-Based Services Association of China), omówionej przez agencję Xinhua, do końca 2025 roku w Chinach prawie 1,4 mld smartfonów było wyposażonych w funkcje pozycjonowania Beidou. Odpowiadało to około 98% telefonów komórkowych w kraju. Obsługę systemu miało też ponad 160 mln urządzeń noszonych i ponad 100 mln samochodów osobowych.

Znaczenie międzynarodowe

Chiny deklarują kompatybilność i interoperacyjność z innymi GNSS (systemy nie zakłócają się nawzajem, a odbiornik może łączyć ich sygnały) oraz prowadzą uzgodnienia m.in. w sprawie sygnałów cywilnych BDS i GPS, a także koordynację z GLONASS i Galileo. We wspólnym oświadczeniu CSNO i Departamentu Stanu USA z 2017 roku stwierdzono, że GPS i BDS są kompatybilne radiowo w ramach ITU, a cywilne sygnały GPS L1C i BDS B1C są interoperacyjne dla użytkowników wielosystemowych odbiorników.

Chiny promują wykorzystanie Beidou w wybranych państwach partnerskich. Źródła różnią się co do pierwszego takiego porozumienia. Według Rumi Aoyamy pierwszym państwem azjatyckim, które podpisało z Chinami umowę o współpracy w zakresie Beidou, był w 2013 roku Pakistan, a podobne porozumienia zawarły w 2019 roku Tajlandia, Brunei i Laos. Natomiast według Baar pierwszą taką umowę podpisała w tym samym roku Tajlandia, a wkrótce potem podobne porozumienia zawarły m.in. Laos, Brunei, Kambodża, Pakistan i Sri Lanka. W 2018 roku Pakistan jako pierwszy kraj uzyskał pełny dostęp do danych nawigacyjnych Beidou o jakości wojskowej, w 2019 roku memorandum o wojskowym wykorzystaniu Beidou podpisało Ministerstwo Obrony Arabii Saudyjskiej(inne języki), a w 2020 roku porozumienie o wykorzystaniu BDS zawarła Argentyna.

W kwietniu 2018 roku w Tunisie otwarto Chińsko-Arabskie Centrum BDS/GNSS, pierwszy zagraniczny ośrodek systemu, utworzony jako projekt pilotażowy z Arabską Organizacją Technologii Informacyjnych i Komunikacyjnych. Do początku lat 20. XXI wieku usługi precyzyjnego pozycjonowania BDS/GNSS wdrożyły Algieria, Irak, Liban, Maroko, Oman, Arabia Saudyjska, Tunezja i Zjednoczone Emiraty Arabskie. Produktów opartych na Beidou używało wówczas ponad dziesięć państw Afryki Subsaharyjskiej. W 2021 roku w Pekinie zorganizowano pierwsze chińsko-afrykańskie forum współpracy w zakresie BDS. Według chińskiej niebieskiej księgi z października 2024 roku usługi i produkty BDS eksportowano do ponad 130 państw. Według białej księgi GLAC omówionej w maju 2026 roku przez agencję Xinhua trafiały one już do ponad 140 państw i regionów.

W lutym 2022 roku, podczas wizyty prezydenta Rosji Władimira Putina w Pekinie, Rosja i Chiny podpisały porozumienie o komplementarności systemów GLONASS i Beidou w zakresie skal czasu, przewidujące m.in. zamienne wykorzystanie sygnałów obu konstelacji. Było ono rozwinięciem umów z 2018 roku, na mocy których oba państwa budują na swoim terytorium stacje monitorujące dla systemu partnera.

W 2023 roku Chińska Administracja Lotnictwa Cywilnego(inne języki) (CAAC) poinformowała, że standardy i zalecane praktyki dotyczące BDS zostały włączone do załącznika 10 do konwencji chicagowskiej. CAAC i część mediów przedstawiały to jako uznanie Beidou przez Organizację Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (ICAO) za globalny standard nawigacji w lotnictwie cywilnym.

Rumi Aoyama przedstawia Beidou jako technologię podwójnego zastosowania (cywilnego i wojskowego), za pomocą której Chiny poszerzają swoje globalne wpływy. Według analizy Johna Dotsona, opublikowanej w 2020 roku przez Jamestown Foundation, Chiny promują Beidou jako element inicjatywy „Jeden pas, jedna droga” pod hasłami budowy „informacyjnego”, „kosmicznego” i „cyfrowego jedwabnego szlaku(inne języki)” w Azji, Europie i Afryce. Dotson ocenia, że Pekin zamierza wykorzystać system jako kolejne narzędzie budowania swojej pozycji w Eurazji.

Oceny i porównania z innymi GNSS

Na początku lat 20. XXI wieku dokładność Beidou w regionie Azji i Pacyfiku była porównywalna z dokładnością GPS albo od niej wyższa. Błąd odległości satelita–odbiornik wynikający z niedokładności nadawanych przez satelity danych o orbitach i zegarach oznacza się skrótem SISRE. Według pomiarów chińskiego systemu monitorowania iGMAS (ang. International GNSS Monitoring and Assessment System) przedstawionych w 2020 roku wynosił on dla BDS, Galileo oraz nowszych satelitów GPS (bloki IIF i III) poniżej 1 m. Dla starszych satelitów GPS było to ok. 1–3 m, a dla GLONASS ok. 2–6 m. Ocenę BDS-3 na podstawie danych iGMAS z sierpnia–listopada 2020 roku przedstawił zespół chińskich badaczy, m.in. z Pekińskiego Centrum Nawigacji Satelitarnej. Według niej SISRE 24 satelitów MEO wynosił ok. 0,47 m, dokładność pozycjonowania jednoczęstotliwościowego była lepsza niż 3 m w poziomie i 5 m w pionie, a dokładność czasu wyniosła 14,7 ns wobec projektowanych 20 ns.

Niezależną ocenę jakości orbit i zegarów przedstawili w 2020 roku badacze z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Porównali poprawki dla GPS, GLONASS, Galileo i Beidou-2, które agencja CNES udostępnia w czasie rzeczywistym użytkownikom precyzyjnego pozycjonowania. Najdokładniejsze orbity miał GPS, lecz najmniejszy łączny błąd SISRE uzyskał Galileo dzięki bardzo stabilnym zegarom atomowym. Satelity Beidou-2 na orbitach MEO i IGSO wypadły podobnie jak GLONASS. Satelity geostacjonarne Beidou-2 miały duże błędy orbit i najsłabszą dostępność poprawek, głównie z powodu częstych manewrów. Autorzy zaznaczyli, że jakość tych poprawek zmienia się w czasie i zależy m.in. od typu satelity, orbity i zegara pokładowego.

Amerykańska federalna rada doradcza ds. satelitarnego pozycjonowania, nawigacji i czasu (ang. National Space-Based PNT Advisory Board) opublikowała w styczniu 2023 roku podsumowanie obrad z 16–17 listopada 2022 roku. W rekomendacji wzywającej do zwołania szczytu w Białym Domu i odzyskania przez USA przywództwa w dziedzinie PNT znalazło się stwierdzenie, że możliwości GPS znacząco ustępują możliwościom chińskiego Beidou.

Obawy dotyczące bezpieczeństwa

Władze Tajwanu obawiały się, że urządzenia i aplikacje obsługujące Beidou mogą zawierać złośliwe oprogramowanie. W 2018 roku tajwańska National Communications Commission(inne języki) ogłosiła, że wykorzystywanie na wyspie produktów BDS bez zezwolenia jest nielegalne. Według Rumi Aoyamy obawy zachodnich kręgów politycznych dotyczą przede wszystkim bezpieczeństwa danych. Aoyama opisuje Beidou jako system łączności dwukierunkowej, który pozwala ustalić położenie odbiornika. Nie jest wprawdzie znana wykonalna metoda przenoszenia złośliwego oprogramowania przez sygnały nawigacyjne, ale przytaczani przez Aoyamę badacze uważają, że z czasem chińskie władze mogłyby śledzić użytkowników za pomocą złośliwego oprogramowania przesyłanego w sygnałach nawigacyjnych lub w wiadomościach. Aoyama odnotowuje też obawy, że uzależnienie infrastruktury krytycznej innych państw od BDS zwiększa możliwości wywierania przez Chiny presji, gdyż wyłączenie usługi miałoby poważne skutki dla państw z niej korzystających. Z łącza od użytkownika do systemu korzystają jednak usługi krótkich wiadomości i oparte na nich pozycjonowanie RDSS, natomiast w podstawowej usłudze nawigacyjnej (RNSS) odbiornik jedynie odbiera sygnały satelitów i sam wyznacza swoją pozycję.

Przypisy

Linki zewnętrzne

• Oficjalny serwis internetowy projektu (chiń.)
• Oficjalny serwis internetowy projektu (ang.)
• BeiDou General Introduction w serwisie Navipedia ESA (ang.)