Индийская региональная навигационная спутниковая система ( IRNSS ) с рабочим названием NavIC (аббревиатура от Navigation with Indian Constellation ; также nāvik — «моряк» или «навигатор» на индийских языках) [2] — это автономная региональная спутниковая навигационная система, которая предоставляет услуги точного позиционирования и синхронизации в реальном времени. [3] Она охватывает Индию и регион, простирающийся на 1500 км (930 миль) вокруг нее, с планами дальнейшего расширения до 3000 км (1900 миль). [4] Расширенная зона обслуживания лежит между первичной зоной обслуживания и прямоугольной зоной, ограниченной 30-й параллелью южной широты до 50-й параллели северной широты и 30-м меридианом восточной долготы до 130-го меридиана восточной долготы , на 1500–6000 км (930–3730 миль) за пределами границ, где видны некоторые спутники NavIC, но местоположение не всегда можно вычислить с гарантированной точностью. [5] В настоящее время система состоит из созвездия из восьми [6] спутников [7] [8] с двумя дополнительными спутниками на земле в качестве резерва. [9]
Спутниковая группировка находится на орбите с 2018 года. [10] [11] [12] [13] NavIC будет предоставлять два уровня услуг: «стандартную услугу позиционирования», которая будет открыта для гражданского использования, и «ограниченную услугу» (зашифрованную ) для авторизованных пользователей (включая военных).
Трекеры на базе NavIC являются обязательными для коммерческих транспортных средств в Индии [14] [15] , а некоторые потребительские мобильные телефоны с их поддержкой доступны с первой половины 2020 года. [16] [17] [18] [19] [20]
Планируется расширить систему NavIC, увеличив число спутников с 7 до 11. [21]
Система была разработана отчасти потому, что доступ к глобальным навигационным спутниковым системам, контролируемым иностранным правительством , не гарантирован в ситуациях враждебности, как это произошло с индийскими военными в 1999 году, когда Соединенные Штаты отклонили запрос Индии на данные Глобальной системы позиционирования (GPS) для региона Каргил , которые могли бы предоставить жизненно важную информацию. [22] Правительство Индии одобрило проект в мае 2006 года. [23]
В рамках проекта Индийская организация космических исследований (ISRO) открыла новый центр спутниковой навигации в кампусе ISRO Deep Space Network (DSN) в Бьялалу , Карнатака , 28 мая 2013 года. [24] Сеть из 21 станции измерения дальности, расположенных по всей стране, будет предоставлять данные для определения орбит спутников и мониторинга навигационного сигнала.
Была заявлена цель полного индийского контроля, при этом космический сегмент, наземный сегмент и пользовательские приемники будут построены в Индии. Его расположение в низких широтах облегчает покрытие с помощью спутников с низким наклоном . Три спутника будут находиться на геостационарной орбите над Индийским океаном . Нацеливание ракет может быть важным военным применением для созвездия. [25]
Общая стоимость проекта, как ожидалось, составит ₹ 14,2 млрд (US$ 170 млн), при этом стоимость наземного сегмента составит ₹ 3 млрд (US$ 36 млн), каждый спутник будет стоить ₹ 1,5 млрд (US$ 18 млн) и стоимость ракеты версии PSLV-XL составит около ₹ 1,3 млрд (US$ 16 млн). Планируемые семь ракет потребовали бы затрат в размере около ₹ 9,1 млрд (US$ 109 млн). [9] [26] [27]
Необходимость в двух заменяющих спутниках и запусках PSLV-XL изменила первоначальный бюджет, и Генеральный контролер и аудитор Индии сообщил о расходах (по состоянию на март 2017 года) в размере 22,46 млрд рупий (269 млн долларов США). [1]
Сигнал NavIC в космическом ICD был выпущен для оценки в сентябре 2014 года. [28]
С 1 апреля 2019 года использование систем слежения за транспортными средствами на базе NavIC, соответствующих стандарту AIS 140 , стало обязательным для всех коммерческих транспортных средств в Индии. [14] [15]
В соответствии с Законом о национальной обороне 2020 года министр обороны США по согласованию с директором Национальной разведки обозначил NavIC, Galileo и QZSS как союзные навигационные спутниковые системы. [29]
В соответствии с требованиями к дальности действия NavIC для военных и коммерческих приложений, Организация оборонных исследований и разработок через схему Фонда развития технологий поручила Accord Software and Systems создать адаптированную и гибкую систему синхронизации сети IRNSS внутри страны. Используя данные NavIC, чип приемника будет получать и распространять индийское время для навигации. В настоящее время Индия зависит от США в этом сервисе. [30]
В 2020 году Qualcomm выпустила четыре чипсета Snapdragon 4G и один чипсет 5G с поддержкой NavIC. [31] [32] Планируется, что NavIC будет доступен для гражданского использования в мобильных устройствах после того, как Qualcomm и ISRO подпишут соглашение. [16] [33] Для повышения совместимости с существующим оборудованием ISRO добавит поддержку диапазона L1. Для стратегического применения также появится поддержка длинного кода. [34] [35]
7 декабря 2023 года Qualcomm сообщила, что некоторые платформы чипсетов будут поддерживать сигналы NavIC L1. Пакет определения местоположения Qualcomm поддерживает до семи спутниковых созвездий одновременно и позволяет быстрее определять местоположение с помощью Time to first fix (TTFF) для расширенных услуг на основе определения местоположения . Он также использует все сигналы NavIC L1 и L5 для точного позиционирования. Во второй половине 2024 года платформы чипсетов Qualcomm добавят дополнительную поддержку сигналов NavIC L1, а в первой половине 2025 года коммерческие продукты, поддерживающие сигналы NavIC L1, должны появиться в продаже. [36] [37]
В апреле 2010 года сообщалось, что Индия планирует начать запуск спутников к концу 2011 года, со скоростью один спутник каждые шесть месяцев. Это сделало бы NavIC функциональным к 2015 году. Но программа была отложена, [38] и Индия также запустила 3 новых спутника в дополнение к этому. [39]
Семь спутников с префиксом «IRNSS-1» составят космический сегмент IRNSS. IRNSS-1A , первый из семи спутников, был запущен 1 июля 2013 года. [40] [41] IRNSS-1B был запущен 4 апреля 2014 года на борту ракеты PSLV-C24. Спутник был выведен на геосинхронную орбиту . [42] IRNSS-1C был запущен 16 октября 2014 года, [43] IRNSS-1D 28 марта 2015 года, [44] IRNSS-1E 20 января 2016 года, [45] IRNSS-1F 10 марта 2016 года и IRNSS-1G был запущен 28 апреля 2016 года. [46]
Восьмой спутник, IRNSS-1H , который должен был заменить IRNSS-1A, не был запущен 31 августа 2017 года, поскольку тепловые экраны не отделились от 4-й ступени ракеты. [47] IRNSS-1I был запущен 12 апреля 2018 года для его замены. [48] [49]
Система IRNSS состоит из космического сегмента и наземного сегмента поддержки .
Созвездие состоит из 7 спутников. Три из семи спутников расположены на геостационарной орбите (GEO) на долготах 32,5° в. д., 83° в. д. и 131,5° в. д., примерно в 36 000 км (22 000 миль) над поверхностью Земли. Остальные четыре спутника находятся на наклонной геосинхронной орбите (GSO). Два из них пересекают экватор на 55° в. д., а два — на 111,75° в. д. [50] [51] [52]
Наземный сегмент отвечает за обслуживание и эксплуатацию созвездия IRNSS. Наземный сегмент включает в себя: [50]
IRSCF работает в Главном центре управления (MCF), Хасане и Бхопале. MCF передает навигационные данные и используется для отслеживания, телеметрии и командных функций. [53] Семь 7,2-метровых (24 фута) FCA и два 11-метровых (36 футов) FMA IRSCF в настоящее время работают для LEOP и орбитальных фаз спутников IRNSS. [50] [54]
INC, созданный в Бьялалу, выполняет удаленные операции и сбор данных со всех наземных станций. Навигационные центры ISRO (INC) работают в Бьялалу, Бангалоре и Лакхнау. INC1 (Бьялалу) и INC2 (Лакхнау) вместе обеспечивают бесперебойную работу с избыточностью. [55]
В настоящее время действуют 16 IRIMS, которые поддерживают операции IRNSS [56], еще несколько запланированы в Брунее, Индонезии, Австралии, России, Франции и Японии. [57] Дальномер CDMA выполняется четырьмя станциями IRCDR на регулярной основе для всех спутников IRNSS. IRNWT был создан и обеспечивает системное время IRNSS с точностью 2 нс (2,0 × 10−9 с ) (2 сигма) относительно UTC . Лазерная дальномерность выполняется при поддержке станций ILRS по всему миру. Навигационное программное обеспечение работает в INC с 1 августа 2013 года. Все навигационные параметры, такие как эфемериды спутников , поправки часов, параметры целостности и вторичные параметры, такие как поправки на ионную задержку, смещения времени относительно UTC и других GNSS , альманах , текстовые сообщения и параметры ориентации Земли, генерируются и загружаются на космический корабль автоматически. IRDCN установила наземные и VSAT- связи между наземными станциями. По состоянию на март 2021 года ISRO и JAXA проводят эксперименты по калибровке и проверке наземной опорной станции NavIC в Японии. [58] ISRO также ведет переговоры с CNES о наземной опорной станции NavIC во Франции. [59] ISRO планирует наземную станцию NavIC на островах Кокос (Килинг) и ведет переговоры с Австралийским космическим агентством . [60]
Сигналы NavIC будут состоять из стандартной службы позиционирования и ограниченной службы. Оба будут передаваться в диапазоне L5 (1176,45 МГц) и S (2492,028 МГц). [61] Сигнал SPS будет модулироваться сигналом BPSK 1 МГц . Ограниченная служба будет использовать BOC(5,2) . Сами навигационные сигналы будут передаваться в диапазоне L5 (1176,45 МГц) и S (2492,028 МГц) и транслироваться через фазированную антенную решетку для поддержания необходимого покрытия и мощности сигнала. Спутники будут весить приблизительно 1330 кг (2930 фунтов), а их солнечные панели будут генерировать 1400 Вт.
Интерфейс обмена сообщениями встроен в систему NavIC. Эта функция позволяет командному центру отправлять предупреждения в определенную географическую область. Например, рыбаки, использующие систему, могут быть предупреждены о циклоне. [62]
Система Standard Positioning Service предназначена для обеспечения абсолютной точности определения местоположения около 5–10 метров по всей территории Индии и точности около 20 метров (66 футов) в Индийском океане, а также в регионе, простирающемся примерно на 1500 км (930 миль) вокруг Индии. [63] [64] GPS, для сравнения, имеет точность определения местоположения 5 м при идеальных условиях. [65] Однако, в отличие от GPS, который зависит только от L-диапазона, NavIC имеет две частоты (S и L-диапазоны). Когда низкочастотный сигнал проходит через атмосферу, его скорость изменяется из-за атмосферных возмущений. GPS зависит от атмосферной модели для оценки погрешности частоты, и ему приходится время от времени обновлять эту модель, чтобы оценить точную погрешность. В NavIC фактическая задержка оценивается путем измерения разницы в задержке двух частот (S и L-диапазоны). Поэтому NavIC не зависит ни от какой модели для определения погрешности частоты и может быть точнее GPS. [66]
В 2017 году было объявлено, что все три атомных часа SpectraTime на борту IRNSS-1A вышли из строя, что отражает аналогичные сбои в созвездии Galileo Европейского союза. [67] [68] Первый сбой произошел в июле 2016 года, вскоре за ним последовали двое других часов на IRNSS-1A. Это сделало спутник нефункциональным и потребовало замены. [69] ISRO сообщила, что заменила атомные часы на двух резервных спутниках, IRNSS-1H и IRNSS-1I, в июне 2017 года. [21] Последующий запуск IRNSS-1H в качестве замены IRNSS-1A оказался неудачным, когда миссия PSLV-C39 потерпела неудачу 31 августа 2017 года. [21] [70] Второй резервный спутник, IRNSS-1I, был успешно выведен на орбиту 12 апреля 2018 года. [71]
В июле 2017 года было сообщено, что еще двое часов в навигационной системе также начали показывать признаки ненормальной работы, таким образом, общее число неисправных часов достигло пяти, [21] в мае 2018 года было сообщено об отказе еще 4 часов, в результате чего число часов на орбите достигло 9 из 24. [72]
В качестве меры предосторожности для продления срока службы навигационного спутника ISRO использует только одни рубидиевые атомные часы вместо двух на оставшихся спутниках. [21]
По состоянию на май 2023 года [update]только четыре спутника способны предоставлять навигационные услуги [73], что является минимальным количеством, необходимым для поддержания работоспособности сервиса. [74]
Чтобы снизить зависимость от импортных частотных стандартов, Центр космических приложений (SAC) ISRO в Ахмадабаде работал над отечественными атомными часами на основе рубидия, разработанными и произведенными . [3] [75] [76] [77] Чтобы преодолеть сбои часов на навигационных спутниках первого поколения и их последующее влияние на службы определения местоположения, навигации и времени NavIC , эти новые часы будут дополнять импортные атомные часы в навигационных спутниках следующего поколения. [78] [79] [80] [81]
5 июля 2017 года ISRO и Израильское космическое агентство (ISA) подписали Меморандум о взаимопонимании по сотрудничеству в области космической квалификации рубидиевого стандарта на основе модели AccuBeat AR133A и его испытания на спутнике ISRO. [6]
Департамент космоса Индии в своем 12-м пятилетнем плане (FYP) (2012–17) заявил об увеличении количества спутников в созвездии с 7 до 11 для расширения покрытия. [77] Эти дополнительные четыре спутника будут изготовлены в течение 12-го пятилетнего плана и запущены в начале 13-го пятилетнего плана на геосинхронной орбите с наклонением 42°. [82] [83] Также была начата разработка индийских атомных часов, пригодных для использования в космосе, [76] наряду с инициативой по исследованию и разработке полностью оптических атомных часов (сверхстабильных для IRNSS и дальней космической связи ). [75] [77]
ISRO запустит пять спутников следующего поколения с новыми полезными нагрузками и увеличенным сроком службы до 12 лет. Пять новых спутников, а именно NVS-01, NVS-02, NVS-03, NVS-04 и NVS-05, дополнят и увеличат текущую группировку спутников. Новые спутники будут иметь диапазоны L5 и S и введут новый совместимый гражданский сигнал в диапазоне L1 в навигационной нагрузке и будут использовать индийский рубидиевый атомный стандарт частоты (iRAFS.) [81] [84] [85] [86] Введение нового диапазона L1 будет способствовать распространению NavIC в носимых интеллектуальных и IoT- устройствах с навигационной системой с низким энергопотреблением. NVS-01 является заменой спутника IRNSS-1G и был запущен на GSLV в 2023 году. [87] [53] [88]
Исследование и анализ Глобальной индийской навигационной системы (GINS) были начаты в рамках технологических и политических инициатив в 12-м пятилетнем плане (2012–17). [75] Предполагается, что система будет иметь созвездие из 24 спутников, расположенных на высоте 24 000 км (14 913 миль) над Землей. По состоянию на 2013 год была завершена обязательная подача заявки на частотный спектр спутниковых орбит GINS в международном пространстве. [update][ 89 ] Согласно новому проекту политики 2021 года, [90] ISRO и Департамент космоса (DoS) работают над расширением покрытия NavIC с регионального до глобального, которое будет независимым от других подобных систем, работающих в настоящее время, а именно GPS , ГЛОНАСС , BeiDou и Galileo, при этом оставаясь совместимыми и бесплатными для глобального общественного использования. [91] ISRO предложила правительству Индии расширить созвездие для глобального покрытия, первоначально разместив двенадцать спутников на средней околоземной орбите (MEO). [34]
Созвездие состоит из 7 активных спутников. Три из семи спутников в созвездии расположены на геостационарной орбите (GEO), а четыре — на наклонной геосинхронной орбите (IGSO). Все спутники, запущенные или предложенные для системы, следующие:
Проект создания IRNSS стоимостью 1420 крор рупий был одобрен правительством Союза в июне 2006 г.
ISTRAC создал сеть станций для поддержки спутников IRNSS, состоящую из четырех станций IRCDR (Хасан, Бхопал, Джодхпур и Шиллонг), 16 станций IRIMS (Бангалор, Хасан, Бхопал, Джодхпур, Шиллонг, Дехрадун, Порт-Блэр, Махендрагири, Лакхнау, Калькутта, Удайпур, Шаднагар, Пуна и Маврикий). ISTRAC также создал ISRO Navigation Centre-1, включая объект IRNWT в Бангалоре, и ISRO Navigation Centre-2, включая объект IRNWT в Лакхнау.
Бруней, Индонезия, Австралия, Россия, Франция, Япония (IRIMS)
В настоящее время только четыре спутника IRNSS способны предоставлять услуги определения местоположения, по словам должностных лиц ISRO. Остальные спутники могут использоваться только для служб обмена сообщениями, таких как предоставление предупреждений о стихийных бедствиях или сообщений о потенциальных зонах рыболовства для рыбаков.
определения местоположения и времени требуется минимум четыре спутника.
NavIC предлагает услугу обмена короткими сообщениями для пользователей в индийском регионе через спутники IRNSS-1A и 1E.