Quasi-Zenith Satellite System (QZSS), "Quasi-Zenith Satellite System" ( Jap. 準天頂 juntencho: ) on alueellisen ajan synkronointijärjestelmän projekti ja yksi GPS : n differentiaalikorjausjärjestelmistä , jonka signaalit ovat saatavilla Japanissa . Ensimmäinen Michibiki-satelliitti (みちびき, "opastaa tietä") laukaistiin 11. syyskuuta 2010 [1] .
QZSS on tarkoitettu mobiilisovelluksiin, viestintäpalveluiden (video-, ääni- ja muu data) tarjoamiseen ja globaaliin paikannukseen. Mitä tulee paikannuspalveluihin, QZSS itsessään tarjoaa rajoitetun tarkkuuden eikä toimi offline-tilassa nykyisten määritelmien mukaan. Käyttäjien näkökulmasta QZSS näyttää differentiaalisena korjausjärjestelmänä . QZSS-paikannusjärjestelmä voi toimia yhdessä geostationaaristen satelliittien kanssa rakenteilla olevassa japanilaisessa MTSAT-järjestelmässä, joka itsessään on differentiaalinen korjausjärjestelmä , samanlainen kuin Yhdysvalloissa rakennettu WAAS .
Järjestelmän käyttöönotto lisää 3D-satelliittinavigoinnin saatavuutta Japanissa jopa 99,8 % ajasta. Satelliittien läheisen zeniittisijainnin lisäetuna on, että megakaupunkien olosuhteissa niiden signaalit eivät suojaudu ja heijastu korkeiden rakennusten seinistä.
Japanin hallitus hyväksyi vuonna 2002 lähes ilmatorjuntasatelliittijärjestelmän kokonaisprojektin. Siihen kuuluivat Advanced Space Business Corporation (ASBC), Mitsubishi Electric Corp. , Hitachi Ltd. ja GNSS Technologies Inc. Alun perin järjestelmä suunniteltiin kolmen satelliitin järjestelmäksi, vuonna 2005 suunniteltiin satelliittien laukaisua vuosina 2008 ja 2009. [2] ASBC kuitenkin lakkasi olemasta vuonna 2007. Työtä jatkoi Satellite Positioning Research and Application Center (SPAC). SPAC:n omistaa neljä Japanin hallituksen osastoa: opetus-, kulttuuri-, urheilu-, tiede- ja teknologiaministeriöt ; sisäasiat ja viestintä; Talous-, kauppa- ja teollisuusministeriö sekä maa-, infrastruktuuri-, liikenne- ja matkailuministeriö [3] .
Maaliskuussa 2013 Japanin hallitus ilmoitti suunnitelmistaan laajentaa QZSS-järjestelmä kolmesta satelliitista neljään, ja kaikkien satelliittien täysi laukaisu siirrettiin vuoden 2017 loppuun. Mitsubishi Electric valittiin pääurakoitsijaksi kolmen seuraavan satelliitin rakentamiseen, joiden kanssa allekirjoitettiin sopimus 526 miljoonan dollarin arvosta. [4]
Järjestelmän ensimmäinen satelliitti laukaistiin vuonna 2010, muut kolme laukaistiin vuonna 2017. [5] [6] Neljän satelliitin järjestelmän virallinen täysi toiminta käynnistettiin 1. marraskuuta 2018. [7]
Tulevaisuudessa vuoteen 2024 mennessä satelliittikonstellaation kokoa suunnitellaan kasvattavan 7 satelliittiin, [8] myös 1 reserviin. [9]
QZSS voi parantaa GPS-suorituskykyä kahdella tavalla: ensinnäkin lisäämällä GPS-signaalien saatavuutta ja toiseksi parantamalla GPS-navigointijärjestelmien tarkkuutta ja luotettavuutta.
Koska QZSS-satelliiteista lähetetyt GPS-käytettävyyssignaalit ovat yhteensopivia päivitettyjen GPS-signaalien kanssa ja siten yhteentoimivia, QZSS lähettää L1C/A-, L1C-, L2C- ja L5-signaaleja. Tämä vähentää tarvittavia muutoksia vastaanottimien spesifikaatioihin ja suunnitteluun.
Verrattuna itsenäiseen GPS-järjestelmään yhdistetty GPS- ja QZSS-järjestelmä tarjoaa paremman suorituskyvyn valitsemalla L1-SAIF- ja LEX-signaalien kautta lähetettävien korjaustietojen alueen QZS:llä. Luotettavuutta parantaa myös satelliitin tilatietojen lähettäminen. Muita tietoja tarjotaan myös GPS-satelliittien etsinnän parantamiseksi.
Alkuperäiset suunnitelmat QZS-satelliiteilla oli kuljettaa kahden tyyppisiä atomikelloja: vetymaser ja rubidium - pohjainen atomikello . Passiivisen vetymaserin kehitys lopetettiin vuonna 2006. Paikannussignaali luodaan käyttämällä atomirubidiumkelloa ja käytetään GPS-aikaviittausjärjestelmän kaltaista arkkitehtuuria. QZSS pystyy myös käyttämään kaksisuuntaista satelliittiaika- ja taajuudensiirtoa (TWSTFT), jota käytetään keräämään perustietoa satelliittikellojen käyttäytymisestä avaruudessa ja muihin tutkimustarkoituksiin.
Vaikka ajanottojärjestelmän (TKS) ensimmäinen sukupolvi perustuu rubidium-atomikelloon, ensimmäinen QZS-satelliitti kantaa prototyypin kokeellisen ajastusjärjestelmän. Kaksivuotisen kiertoratatestivaiheen ensimmäisellä puoliskolla alustavissa testeissä selvitetään atomikellottoman ajanottoteknologian toteutettavuutta, jota käytetään myöhemmin toisen sukupolven QZSS-satelliiteilla.
Mainittu TKS-tekniikka on uusi satelliittiajan mittausjärjestelmä, joka ei vaadi atomikelloja, kuten nykyisissä kehitteillä olevissa GPS-, GLONASS- ja Galileo-satelliiteissa. Tälle konseptille on tunnusomaista synkronointijärjestelmän käyttö yhdistettynä yksinkertaistettuun sisäiseen kelloon, joka toimii lähetin-vastaanottimena, joka välittää tarkan aikainformaation, jonka tarjoaa etänä maassa sijaitseva aikasynkronointiverkko. Tämä mahdollistaa järjestelmän toiminnan optimaalisesti, kun satelliitit ovat suorassa yhteydessä maa-asemaan, mikä tekee järjestelmästä sopivan käytettäväksi QZSS:ssä. Pieni massa ja alhaiset satelliittien valmistus- ja laukaisukustannukset ovat tällaisen uuden järjestelmän merkittäviä etuja. Yleiskatsaus tällaisesta järjestelmästä sekä kaksi mahdollista vaihtoehtoa QZSS:n aikasynkronointiverkon rakentamiseen tutkittiin ja julkaistiin Fabrizio Tapperon (Fabrizio Tappero) teoksessa [10] .
QZSS:n maasegmentti sisältää päävalvonta-aseman Tsukubassa , kaksi seuranta- ja tietoliikennevalvonta-asemaa Okinawassa sekä kahdeksan valvonta-asemaa, joiden sijainti on valittu siten, että maantieteellinen valvonta on mahdollisimman kattava.
Pääohjausasema vastaanottaa telemetriatietoja kaikilta havaintoasemilta, arvioi ja ennustaa lasketuista laivan atomikellojen ja satelliittien kiertoradan elementtien aikaerot, joiden perusteella se generoi navigointiviestejä lähetettäväksi satelliiteille muiden asemien kautta.
Seuranta- ja viestinnän ohjausasemat valvovat satelliittien tilaa ja lähettävät niille aikaleimat maanpäällisistä atomikelloista sekä päävalvonta-asemalta vastaanotettuja navigointiviestejä.
Havaintoasemat, jotka vastaanottavat signaaleja satelliiteista ja lähettävät ne ohjauskeskukseen, sijaitsevat Japanin saarten lisäksi myös Bangkokissa , Bangaloressa , Canberrassa , Havaijilla ja Guamin saarella . [yksitoista]
Satelliittijärjestelmän maainfrastruktuurin suunnittelusta, rakentamisesta ja ylläpidosta sekä sen myöhemmästä käytöstä 15 vuoden ajan suorittaa erityisesti näihin tarkoituksiin luotu QZSS Services Inc .. , NEC Corp.:n tytäryhtiö. , jonka kanssa Japanin hallitus allekirjoitti tätä tarkoitusta varten yli 1,2 miljardin dollarin arvoisen sopimuksen. [4]
| Satelliitti | Alusta | Käynnistyspäivä ( UTC ) | kantoraketti | Rata | NSSDC ID | SCN | Tila |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| QZS-1 (Michibiki-1) (Michibiki-1) | ETS-VIII | 11. syyskuuta 2010 | H-IIA 202 F18 | QZO [12] ( Tundra ) | 2010-045A | 37158 | nykyinen |
| QZS-2 (Michibiki-2) (Michibiki-2) | DS-2000 | 1. kesäkuuta 2017 | H-IIA 202 F34 | QZO (tundra) | 2017-028A | 42738 | näytteleminen [13] |
| QZS-3 (Michibiki-3) (Michibiki-3) | DS-2000 | 19. elokuuta 2017 | H-IIA 204 F35 | GSO | 2017-048A | 42917 | näytteleminen [14] |
| QZS-4 (Michibiki-4) (Michibiki-4) | DS-2000 | 9. lokakuuta 2017 [15] | H-IIA 202 F36 | QZO (tundra) | 2017-062A | 42965 | näytteleminen [16] |
| QZS-1R (Michibiki-1R) (Michibiki-1R) | DS-2000 | 26. lokakuuta 2021 | H-IIA 202 F44 | 2021-096A | 49336 | nykyinen |
QZSS-järjestelmä käyttää japanilaista geodeettista järjestelmää JGS (Japanese geodetic system), joka on parametriltaan lähellä ITRF:ää. JGS-pääellipsoidin parametrit vastaavat vuoden 1980 geodeettista koordinaattijärjestelmää, mukaan lukien Maan painopisteen sijainti ja akselien suunta [17] .
Kolme satelliittia liikkuu 8 tunnin välein geosynkronisella korkealla elliptisellä kiertoradalla Quasi-Zenith Satellite Orbit (QZO) (venäläinen vastine on "Tundra" ). Tällaiset kiertoradat mahdollistavat satelliitin viipymisen yli 12 tuntia vuorokaudessa yli 70°:n korkeuskulmalla (eli suurimman osan ajasta satelliitti on melkein zeniitissä ). Tämä selittää termin "quasi-zenith", eli "näyttää olevan zeniitissä", joka antoi järjestelmälle nimen. Toinen satelliitti on geostationaarisella kiertoradalla pisteessä päiväntasaajan yläpuolella suunnilleen Japanin pituusasteella. [4] [8]
Kolmen geosynkronisen satelliitin nimelliset kiertorataelementit ovat:
| Epoch | 26.12.2009 12:00 UTC |
| Pääakseli ( a ) | 42 164 km |
| Epäkeskisyys ( e ) | 0,075 ± 0,015 |
| Kaltevuus ( i ) | 43° ± 4° |
| Nouseva solmupituusaste ( Ω ) | 195° (alku) |
| Perigee-argumentti ( ω ) | 270° ± 2° |
| Keskimääräinen poikkeama ( M 0 ) | 305° (alku) |
| Maapolun keskipituusaste | 135° E d. ± 5° |
| Navigointijärjestelmät _ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satelliitti |
| ||||||
| Maadoitus | |||||||
| Differentiaalikorjausjärjestelmät | |||||||