GNSS Workshop Haarlem HSB-NIN-VPN-GIN 12-Dec-2014

BeiDou : Made in China

北斗卫星导航系统

Hans Visser Xianglin Liu Niels Treffers Fugro Intersite BV

hans.visser@fugro.com

www.fugro.com 2

Navigatie in 2014

www.fugro.com 3

Navigatie in 2020

Met BeiDou

720 Kanalen

Met Galileo

Met Glonass

www.fugro.com 4

Huidige Satellietsystemen

GPS

SBAS

GLONASS Galileo BeiDou

QZSS IRNSS

√ √

India Japan WAAS/ EGNOS

www.fugro.com 5

Is meer GNSS Satellieten beter (Hein 2012)

Ruisvloer No

Horizontale nauwkeurigheid 95% (HDOP)

Signaalruis

Hoogte 95% (VDOP)

Aantal Satellieten

BeiDou BeiDou IRNSS

www.fugro.com 6

BeiDou-1 (Fase-1) (Compas)

BeiDou 1A 30-Oct-2000 59 Oost

BeiDou 1B 20-Dec-2000 80 Oost

BeiDou 1C 25-Mei-2003 110.5 Oost

BeiDou 1D 3-Feb-2007 Mislukt

Frequentie 2491.75 MHz (S-Band) Beter dan 20 Meter nauwkeurig Gebruiker kan SMS ontvangen en verzenden (120 karakters)

2009 Alle grenswachten van China krijgen BeiDou-1 ontvangers

2008 Aardbeving Sichuan (SMS) en deformatie metingen

www.fugro.com 7

BeiDou en Galileo

2003 Samenwerking BeiDou en Galileo: China investeert 230 miljoen Euro in Galileo 2004 Galileo Joint Undertaking" (GJU) en "National Remote Sensing Centre of China" Tekenen samenwerkingsovereenkomst. 2006 Elf Samenwerkingsprojecten 2008 Volgens “South China Morning Post”: “China is niet tevreden over de Galileo samenwerking en gaat de concurrentie aan.” BeiDou en Galileo gebruiken dezelfde frequenties. Via ITU en bilateraal overleg wordt dit oplost “Het lijkt dat BeiDou en Galileo gelijktijdig dezelfde frequenties kunnen gebruiken.”

www.fugro.com 8

BeiDou-2 Fase 2

BeiDou Satellite Navigation System (BDS) M1 14 Apr-2007 (Testen) G2 15-Apr-2009 (Mislukt) G1 17-Jan-2010 144.5 Oost IGSO-1 01-Aug-2010 118 Oost (55°Z- 55°N) G4 01-Nov-2010 160 Oost IGSO-5 18-Dec-2011 2011 Werkt in China met 10 BDS satellieten 2012 Werkt in heel Z/O Azie met 10 BDS satellieten 2013 14 Satellieten (5 GEO, 5 IGSO, 4 MEO) 2014 Mei BeiDou DGPS Radiobakens 2014 November: IMO goedgekeurd

www.fugro.com 9

Beidou-2 Lanceringsschema (Wiki)

www.fugro.com 10

GNSS Systems - BeiDou

5 Geostationaire Earth Orbit satellites (GEO) 5 Inclined Geosynchronous Orbit satellites (IGSO) 4 Medium Earth Orbit (MEO)

www.fugro.com 11

BeiDou Fase 3

2017/2020 Wereldwijd beschikbaar met 35 BDS satellieten Vrije Service <10 meter nauwkeurig Militaire Service (Gebruikt door het Chinees leger en Pakistaans leger) Kosten 8 Miljard US$ (6.5 Miljard Euro) Geo-MS Tweewegcommunicatie Geo-SMS Alarmering naar gebruikers Tyfoon, Tsjunami, Overstroming, Aardbeving, .. van QPSK naar MBOC berichten van 1561 Mhz naar 1575 Mhz (Zelfde frequentie als GPSIII en Galileo)

www.fugro.com 12

Geostationaire baan

• Radius 42.164 km • Afstand 35.786 km • Satelliet valt even snel als

aarde draait. • Satelliet draait in 24 uur

rond de aarde. • Lijkt dus stil te staan • Kan alleen in vlak evenaar

• BDS1.. 5 (zijn

Geostationair)

www.fugro.com 13

BeiDou: Constellatie

27 MEO

GEO

IGSO-1

1 2 3 4 5

IGSO-2

IGSO-3

www.fugro.com 14

IGSO Satellietbaan ouderdom in uren

Uren

www.fugro.com 15

IGSO zichtbaarheid in Europa

http://www.satflare.com/track.asp?q=37763#TOP

www.fugro.com 16

IGSO Satellietbaan ouderdom in uren

MEO Satellietbanen boven India, Kazachstan Kunnen 24 uur oud zijn

Uren

BeiDou: Ontwikkelplan en status

Date

GPS PDOP waarden met

Constellatie van 27 satellieten

BeiDou PDOP waarden met constellatie van 35 satellieten

Van Grelier et al.

www.fugro.com 18

BeiDou: Dekking uiteindelijke constellatie

? ?

www.fugro.com 19

D1-Nav structuur voor MEO en IGSO Satellieten

www.fugro.com 20

BeiDou Signalen

• ICD (Interface Control Document ) beschikbaar sinds 2012 dec voor B1 en B2 • Signaalstructuur voor B3 is bekend door reverse engineering • Afstandmeting wordt CDMA (Zoals Galileo BOC1) • Chiprate 2.046 Mchips/sec. • 15 Meter codelengte • Codelengte 1 milliseconde (Zelfde als GPS) • Symbolen 50 per sec (Zelfde als GPS) • 37 codes gereserveerd • Dus maximaal 37 BeiDou Satellieten (Nu 35 Satellieten gepland)

www.fugro.com 21

BeiDou frequenties

BeiDou

1176.45 MHz 1207.14 Mhz 1227.60 Mhz 1268.52 MHz 1561.098 Mhz 1575.42 Mhz 1278.75 MHz

www.fugro.com 23

BeiDou Electronisch signaal

QPSK = Quatro Phase Shift Keying AB11 = Amplitude van signaal CjB1I = Afstand modulatie signaal DjB11 = Datasignaal Voordeel: Meer bits per bandbreedte. Nadeel : Gecompliceerder

www.fugro.com 24

BeiDou Nav-D2

www.fugro.com 25

BeiDou en Glonass Klokfout ten opzichte van GPS

https://www.ion.org/news/upload/Stuart-Riley-Multi-GNSS-Ship-Set.pdf

2011 2012 2013

BeiDou tijd = 01-Jan-2006 BeiDou Tijd = ~UTC <100 ns

www.fugro.com 27

Beidou Satellietbaan nauwkeurigheid

www.fugro.com 28

IGS Beidou satellietbaan nauwkeurigheid

www.fugro.com 29

BeiDou Satellietbaan en klokfouten

Gemiddelde -3 cm +/-120 cm standaardafwijking +6 Meter

-6 Meter

www.fugro.com 30

BeiDou horizontale posities in Beijing (Trimble data)

Glonass

BeiDou BDS Iono

GPS- Standard Iono model

GPS- Glonass-BeiDou Iono

GPS- Glonass-BeiDou Geo Iono

www.fugro.com 31

BeiDou RTK Resultaten vergeleken met GPS

Date

www.fugro.com 32

RTK 10%-30% Beter

RTK 10-70% Beter

RTK Verbeteringen met BeiDou 10-40%

Trimble RTK Analyse • 2 KM tot 22 KM basislijnen

Data uit verschillende omgevingen • Goede omgeving • Veel multipad, Bomen, Huizen • 15 basislijnen

Meeste in China • 22 km Perth Australia • 6 km ChristChurch Nieuw-Zeeland

Vergelijking tussen: GPS+GLONASS+QZSS GPS+GLONASS+QZSS BeiDou

0 5 10 15 20 25 KM

https://www.ion.org/news/upload/Stuart-Riley-Multi-GNSS-Ship-Set.pdf

80%

60%

40%

30%

20%

10%

0%

80%

60%

40%

30%

20%

10%

0%

www.fugro.com 33

BeiDou L1 Ionosfeermodel

• Lijkt op GPS Ionosfeer (Klobuchar) model. • BeiDou Model is beter(70%) dan GPS Ionosfeer model (50%). • Nauwkeurigheid:

• ~1.5 meter op het noordelijk halfrond. • ~3.5 meter op het zuidelijk halfrond.

• ‘s Nachts (1.5 Meter afstandcorrectie) • Ionoparameters worden alleen in China gemeten. • Elke 2 uur worden nieuwe parameters verzonden. Ionospherische Grid Punten (IGP):

• 7.5 – 55 Noorderbreedte. • 70 - 145Oosterlengte. • Lengte 5° x breedte2.5° • 320 IGP.

www.fugro.com 34

BeiDou professionele ontvangers

• Javad Triumph Delta-G3TH (2011)

• Topcon GR5, B110 (2012)

• Septentrio AsteRx3 (2013)

• Trimble Netr9, BD9xx, SPS (2013)

• Novatel OEMV6 B1 en B2 (2013)

• Leica Viva GNSS (2014)

• Unistrong Unicore (2011)

• Fugro 9205G4…

www.fugro.com 35

BeiDou Massamarkt

• Unistrong China (2013) 199 Yuan (=26 Euro)

• Comnav China (2013)

• U-Blox UBX-M8030, BCM47531, (2013)

• STMicroelectronics Teseo III chip (2014)

• Qualcomm (2013) Totaal 3 Miljard GNSS chips verkocht

• Broadcom, (2013) Totaal 500 Miljoen GPS chips in Azië

• Software Defined Radio’s (SDR) (2014)

• Hackaday 2014 Maak je eigen GNSS ontvanger voor 20 Euro

www.fugro.com 36

Onze missie is om marktleider te zijn in het verzamelen en interpreteren van data verbonden met de aarde.

Fugro Missie

GNSS Workshop Haarlem HSB-NIN-VPN-GEOINFO 12-Dec-2014 Hans Visser

www.fugro.com 37

G2 GPS + GLONASS Baan/Klok Stations en Fugro Satellieten

www.fugro.com 38

Fugro G4 Tracking netwerk (Dec-2014) IOR Broadcast

www.fugro.com 39

Aantal zichtbare BeiDou Satellieten

10-14 2-7

0-5

0-4 1-7

8-13

8-13

8-11

3-9

3-6

3-7

Min - Max >5° elevation 12-Dec-2014

www.fugro.com 40

Amsterdam 12-Dec-2014

GEO

IGSO

MEO

IGSO -4 Minuten per dag

www.fugro.com 41

Amsterdam 13-Dec-2014

IGSO -4 Minuten per dag

www.fugro.com 42

Amsterdam 01-Jan-2014

www.fugro.com 43

BeiDou Satellieten in zicht in Amsterdam 12-Dec-2014

www.fugro.com 44

BeiDou Satellieten in zicht op 01-Jan-2015 Amsterdam

www.fugro.com 45

De lokatie is te slecht om goede GNSS positie uit te voeren. (Zelfs met 2 Beidou satellieten). Positie fouten tot 50 meter

Rotterdam Kop van Zuid tussen de wolkenkrabbers

Hans Visser

www.fugro.com 46

Fugro Oslo GNSS “Hemel Overzicht.”

www.fugro.com 47

Fugro G4 Oslo GPS, Glonass, BeiDou Horizontaal

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 Tijd in UTC

10cm

8cm

5cm

3cm

0cm

Geen BeiDou

www.fugro.com 48

Fugro G4 : Meer is beter

GNSS Workshop Haarlem HSB-NIN-VPN-GEOINFO 12-Dec-2014 Hans Visser

G4 = GPS +Glonass + BeiDou + Galileo Maandag 8 December 2014 zendt Fugro BeiDou satellietbaan correcties over de Indian Ocean Region (IOR) G4 nauwkeurigheid • Kleine verbetering in nauwkeurigheid • Meer BeiDou en Galileo satellieten zullen de oplossing verbeteren • Beter wegen van metingen zal de oplossing verbeteren • BeiDou baan en klok kan beter G4 voordelen • Snellere convergentietijd • Beter detecteren van foutieve metingen door meer satellieten • Betere positie in moeilijke omstandigheden (Havens, Ionosfeer Scintillaties) • Meer frequenties verkleint kans op Interferentie En nu Galileo!

www.fugro.com 49

Referentielijst

http://en.BeiDou.gov.cn/ Officiële BeiDou website (Engels) BeiDou Navigation Satellite System Signal In Space Interface Control Document Open Service Signal (Version 2.0) Dec 2013 http://www.trimble.com/gnssplanningonline Trimble Planning software Email Hans.visser@fugro.com