Qu'est-ce que le système de navigation par satellite BeiDou ? En quoi est-ce différent du GPS ?

L'administration spatiale chinoise (CNSA) n'est ni la plus ancienne ni la plus grande agence spatiale du monde, mais elle est sur le point de réaliser un exploit qui n'a été accompli que par quelques-uns dans le passé ; établir un système mondial de navigation par satellite ou GNSS entièrement fonctionnel.

Un GNSS est simplement un système de navigation par satellite qui fournit divers services géospatiaux à l'échelle mondiale. À l'heure actuelle, le GPS américain et le GLONASS russe sont les deux seuls de ces systèmes opérationnels.

Je suis presque certain que la plupart de nos lecteurs connaissent bien le GPS ou le système de positionnement global et son concurrent légèrement moins populaire GLONASS, mais le nom BeiDou vous dit-il quelque chose ? Pour ceux qui ne le savent pas, BeiDou (BDS) est le premier système de navigation par satellite de Chine, géré uniquement par la CNSA.

On pense que l'idée d'un projet aussi vaste a été conçue pour la première fois dans les années 1980 par le gouvernement chinois en réponse aux progrès américains dans les technologies spatiales militaires. BeiDou tire son nom de l'astérisme de la Grande Ourse, un groupe d'étoiles brillantes situées dans la constellation de la Grande Ourse.

Comme GPS, GLONASS, Galileo et d'autres systèmes de navigation actuellement en développement, l'objectif ultime de BeiDou est de fournir ses services à l'échelle mondiale avec plus de précision (par rapport aux autres GNSS).

Pour y parvenir, l'ensemble du projet a été soigneusement organisé en trois phases; la première phase (BeiDou-1) a commencé en 2000, la deuxième étape en 2007 et la troisième étape finale en 2015. Le système de navigation par satellite BeiDou devrait fonctionner dans le monde en 2020.

En termes simples, BeiDou est la version chinoise du GPS, mais à l'échelle régionale (du moins pour l'instant). Ce n'est que le deuxième système de navigation régional opérationnel en Asie, l'autre étant NAVIC (propriété de l'INDE). Si tout se passe bien, le chinois BeiDou rivalisera avec le GLONASS et le GPS au niveau mondial.

BeiDou-1 et 2

Comparaison d'orbites de différents systèmes satellitaires dont BeiDou-2 (COMPASS)

La première phase exploratoire du système de navigation par satellite BeiDou a démarré le 30 octobre 2000, avec le lancement de BeiDou-1A Satellite. Il a été suivi par BeiDou-1B et BeiDou-1C, qui ont été lancés respectivement le 20 décembre 2000 et le 25 mai 2003.

Le déploiement réussi des trois satellites BeiDou a marqué le succès initial du projet. Un satellite de secours (BeiDou-4D) a également été lancé plus tard en cas d'urgence.

Il est intéressant de noter que les quatre satellites BeiDou-1 étaient stationnés en orbite géostationnaire (GEO) et non en orbite terrestre moyenne (MEO) comme c'est le cas avec le GPS et le GLONASS.

En utilisant ses satellites sur l'orbite géostationnaire, BeiDou-1 a éliminé le besoin d'une grande constellation de satellites, mais il a également restreint la zone maximale (sur Terre) qu'il peut couvrir. Sa zone de couverture effective était de 70°E à 140°E de longitude et de 5°N à 55°N de latitude. BeiDou-1 a été entièrement supprimé en 2012.

Sur une note différente, en 2008, un seul récepteur BeiDou-1 coûtait environ 2 929 $ US (20 000 CNY RMB), soit près de 10 fois plus cher qu'un terminal GPS à l'époque. Le prix était incroyablement élevé, apparemment en raison de puces électroniques importées à grand prix. Une fois qu'ils ont commencé à fabriquer des puces dans le pays, leurs prix ont considérablement baissé.

Comparaison de la zone couverte par BeiDou-1 et BeiDou-2 Image avec l'aimable autorisation :BeiDou.gov.cn

La deuxième phase du système de navigation BeiDou, BeiDou-2, également connu sous le nom de COMPASS , a été introduit en 2007 en tant que mise à niveau importante par rapport au système précédent. Jusqu'en 2008, l'appareil de navigation chinois ne fournissait ses services qu'à l'armée et à d'autres agences gouvernementales chinoises connexes, mais était disponible pour un usage civil et commercial.

Au cours de cette phase, un total de 19 satellites sont déployés (dont deux sont maintenant retirés) avec un satellite dont le lancement est prévu en 2019. Au cours de sa phase initiale, COMPASS offrait une précision de positionnement signalée de 25 mètres, mais a été considérablement améliorée après l'arrivée de plus de satellites. opérationnel.

Le nouveau système devient pleinement opérationnel en décembre 2011 et, fin 2012, a ouvert ses services de positionnement et de navigation à d'autres pays de la région Asie-Pacifique. L'étendue actuelle de la couverture de BeiDou se situe entre 55 ° E et 180 ° E de longitude et de 55 ° S à 55 ° de latitude N.

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Précision et fréquences

Tout comme GPS et Galileo, BeiDou propose ses services à deux niveaux différents :un service librement accessible pour un usage civil et une version restreinte pour l'armée. Le service civil a une précision de localisation de 10 mètres et une précision de synchronisation d'horloge de 10 nanosecondes.

D'autre part, ses services restreints ont une précision de suivi beaucoup plus élevée de 10 centimètres et ont des capacités de transmission de données avancées. L'accès à la chaîne restreinte de BeiDou, à ce jour, n'est accordé qu'aux forces armées chinoises et pakistanaises. Les signaux de télémétrie de BeiDou sont basés sur la méthode d'accès multiple par division de code (CDMA).

Affectation des fréquences GPS, Galileo et BeiDou 2 (COMPASS)

BeiDou-2 a quatre bandes de fréquences reconnues; E1, E2, E6 et E5B (indiqués par des barres rouges dans la figure ci-dessus). Comme vous pouvez le voir, ses quatre groupes se chevauchent avec les groupes de Galileo. Bien que ces types de chevauchements soient bénéfiques dans une certaine mesure (ils peuvent résoudre les problèmes associés à la conception du récepteur ou du terminal au sol), ils créent principalement de graves problèmes comme des interférences de signal.

Il est fort probable que si les deux systèmes de navigation fonctionnent simultanément dans des circonstances similaires, ils subiront de fortes interférences de signal, en particulier dans les bandes E1 et E2, qui sont actuellement attribuées au service public de Galileo.

Cependant, afin d'éviter ce type de conflits, l'Union internationale des télécommunications (UIT) a mis en place une loi universelle « premier arrivé, premier servi » qui autorise les droits d'une fréquence particulière à une nation qui commence à émettre en premier. Tout pays utilisateur ultérieur, désireux d'utiliser cette fréquence, devra obtenir l'autorisation du pays propriétaire avant son utilisation. De cette façon, les deux parties peuvent s'assurer qu'il n'y a pas d'interférence avec leur diffusion.

Maintenant, il est presque certain que le chinois BeiDou-2 commencera à émettre dans les bandes contestées susmentionnées avant les satellites Galileo et obtiendra ainsi les droits principaux sur ces fréquences.

BeiDou-3

L'Administration spatiale nationale chinoise (CNSA) a lancé la troisième phase du satellite de navigation BeiDou le 30 mars 2015, avec le lancement inaugural du satellite BDS-3 depuis le centre spatial de Xichang situé dans la province du Sichuan. Au total, 35 satellites devraient être mis en service au cours de cette phase, dont 19 sont déjà sur leurs orbites respectives.

Le BeiDou-3 est sur le point d'introduire de nouvelles bandes de fréquences ; B1C/B1I/B1A, (1575,42 MHz), B2a/B2b (1191,795 MHz), B3I/B3Q/B3A (1268,52 MHz) y compris une fréquence de test Bs (2492,028 MHz).

Sur un total de 35 satellites, 27 sont des satellites en orbite terrestre moyenne (MEO), 5 satellites en orbite géosynchrone inclinée (IGSO) et 3 satellites en orbite géostationnaire (GEO). Ces satellites ont également des capacités SAR (radar à ouverture synthétique) et SBAS (système d'augmentation par satellite) similaires à celles du GPS et du GLONASS.

Utilisation commerciale de BeiDou

Le système de navigation par satellite BeiDou a été un succès commercial en Chine. Selon China Daily, BDS a aidé diverses entreprises privées et publiques comme China Aerospace Science and Industry Corp et AutoNavi Holdings Ltd à générer des revenus de plus de 31 milliards de dollars (200 milliards de yuans) en 2015. L'article a également souligné que ce chiffre pourrait atteindre à 400 milliards de yuans d'ici 2020.

Depuis 2013, de nombreux fabricants de téléphones portables en Chine ont rendu leurs produits compatibles avec le système de navigation BeiDou. Des millions de véhicules commerciaux, des milliers de bateaux de pêche (en Chine) ont également été équipés du BDS et il est plus probable qu'il gagne une clientèle dans les années à venir.

Comme vous le savez peut-être, de plus en plus d'appareils mobiles sont désormais équipés de la technologie GPS et GLONASS pour une meilleure couverture et des services de localisation, ce n'est donc probablement qu'une question de temps lorsque BeiDou entrera également dans le mix.

En quoi c'est différent du GPS

Un système de navigation par satellite est sans aucun doute l'un des éléments technologiques importants que tout pays peut avoir aujourd'hui, et il est encore plus précieux pour la Chine compte tenu de sa position géopolitique et économique actuelle avec les États-Unis.

Avec le GPS sous leur contrôle, l'armée américaine peut désactiver efficacement ses services sur n'importe quelle région du globe, c'est pourquoi de nombreux pays développent leurs systèmes indépendants de type GPS.

Il n'y a pas beaucoup de différence entre les deux autres que la précision. Le GPS a une taille de constellation de 31 satellites, tandis que le nouveau BeiDou en aura environ 35. Lorsqu'il sera pleinement opérationnel (d'ici 2020), le système de navigation par satellite BeiDou devrait fournir des services de localisation plus précis que le GPS.

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En 2016, il a été affirmé que le système chinois atteindrait une précision millimétrique (après post-traitement), ce qui signifie qu'il serait dix fois plus précis que les niveaux GPS les plus précis.

Zone couverte par WAAS (Wide Area Augmentation System) Image avec l'aimable autorisation de :US Federal Aviation Administration

Aux États-Unis, au Canada et au Mexique, le GPS est souvent utilisé avec une aide à la navigation connue sous le nom d'Augmentation de zone étendue ou le système WASS qui augmente considérablement la précision du GPS sur le continent nord-américain.

Selon gps.gov, le système basé aux États-Unis sera en mesure de fournir une précision de positionnement en temps réel de quelques centimètres et de mesurer des distances au millimètre à l'aide de récepteurs haut de gamme et de techniques avancées telles que la cinématique en temps réel. Actuellement, l'US Air Force et Lockheed Martin travaillent sur le GPS III, la septième génération de satellites GPS.

Bien qu'il soit de notoriété publique que la précision verticale du GPS est bien pire par rapport à son service sur un plan horizontal, ses niveaux de précision sur les deux composants sont toujours plus élevés que celui de BeiDou (25 mètres horizontalement et 30 mètres verticalement).

Cependant, selon un article du Chinese Journal of Aeronautics, le BDS peut atteindre une précision meilleure que 1 cm en horizontal et 3 cm en vertical, ce qui selon les normes actuelles est bien meilleur que le système de positionnement global (GPS).

Autres systèmes de navigation par satellite

En dehors de BeiDou, il existe peu d'autres systèmes de navigation par satellite actuellement en construction ou déjà fonctionnels. Le plus remarquable de ces systèmes est Galileo . Galileo de l'Union européenne est un projet de plusieurs milliards de dollars qui a été lancé afin de fournir un système de positionnement très précis et indépendant aux nations européennes en tenant compte des facteurs géopolitiques. L'ensemble de la constellation Galileo se compose de 26 satellites avec six autres déploiements au cours de la prochaine décennie.

L'IRNSS (abréviation de Indian Regional Navigation System) ou NAVIC est un autre système de navigation autonome constitué d'une constellation de quatre satellites (trois autres satellites sont prévus). NAVIC est développé et maintenu de manière indépendante par l'Organisation indienne de recherche spatiale.

Apparemment, l'IRNSS fournit une précision de position de 10 m (service ouvert) et de 10 cm (service restreint). Contrairement au GPS, GLONASS et Galileo, le système de navigation indien n'a pas de plan immédiat pour fournir un service mondial.

Une animation illustrant l'orbite du satellite QZSS Image avec l'aimable autorisation de : Hiroshi FUKUDA 

Le prochain en ligne est le système de satellites japonais Quasi-Zenith ou QZSS . Il s'agit d'un système d'augmentation par satellite compatible GPS qui augmentera essentiellement la précision et la fiabilité du GPS sur le Japon et ses environs. Actuellement, le système QZSS se compose de quatre satellites, mais s'étendra progressivement à sept satellites d'ici 2023 (estimation).

Trois de ses quatre satellites sont placés sur des orbites géosynchrones fortement inclinées, distantes d'environ 120° les unes des autres. Cette forte inclinaison leur permet d'orbiter selon un schéma asymétrique unique connu sous le nom d'analemmes et d'avoir une présence au-dessus du Japon à tout moment. Les signaux émis par les satellites QZSS sont identiques aux signaux GPS anciens et modernisés (L1C/A, L1C, L2C) facilitant la collaboration avec le réseau de navigation américain.

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S'il est presque certain que nous ne devons pas compter entièrement sur le GPS pour nos besoins économiques et politiques, il sera assez intéressant de voir comment le BeiDou de la Chine se comportera à l'avenir par rapport à ses homologues américains, russes et européens.