¿Qué es y cómo funciona BeiDou?

¿Qué es el sistema BeiDou?

BeiDou es un sistema de posicionamiento vía satélite que permite determinar la posición de un objeto en la tierra, fue desarrollado por la Republica Popular China desde el año 2000.

El desarrollo de este sistema de posicionamiento convirtió a China en el tercer pías en contar con un sistema de este tipo operativo, la primera fase opero con un número limitado de satélites y hoy en día ya cuenta con cerca de 30 satélites operativos.

El desarrollo del Sistema Beidou se enmarca en los esfuerzos de China por fortalecer su infraestructura tecnológica y mejorar su capacidad de navegación y posicionamiento. Además de reducir la dependencia de sistemas de navegación extranjeros, el Sistema Beidou se ha convertido en un componente estratégico para respaldar una amplia gama de aplicaciones, desde la navegación marítima y aérea hasta la gestión de desastres y la agricultura de precisión.

El Sistema Beidou tiene un significado significativo tanto a nivel nacional como internacional. A nivel nacional, representa un logro tecnológico importante para China y contribuye a su autonomía en el ámbito de la tecnología espacial y de navegación por satélite.

A nivel internacional, el Sistema Beidou busca competir con otros sistemas GNSS globales como el GPS estadounidense, GLONASS ruso y Galileo europeo, ofreciendo una alternativa sólida y redundante para la navegación y el posicionamiento en todo el mundo.

El propósito principal del Sistema Beidou es proporcionar servicios de navegación por satélite precisos y confiables a nivel global. Esto tiene implicaciones tanto civiles como militares y tiene un impacto significativo en la economía, la seguridad y la tecnología en todo el mundo.

Orígenes e historia del sistema BEIDOU

Un dato curioso es que la palabra BeiDou es el nombre que China le ha dado a la constelación de la OSA Mayor y, por lo tanto, nombrar BeiDou a un Sistema de Navegación por Satélite es una forma muy acertada de referirse a las constelaciones de satélites artificiales que componen a este sistema de posicionamiento.

Se tiene registro de que China decidió y comenzó a estudiar la navegación por satélite desde finales de los años 70’s, sin embargo, fue hasta los años 80’s en que China desarrollo su primera teoría de navegación por satélite llamada “Twin-Star”.

En 1989, China probo su teoría Twin-Star en dos satélites de comunicaciones experimentales de nombre DFH-2A lo que demostró que Twin-Star tiene grandes posibilidades de competir directamente con el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) por lo que para el año 1993 los líderes chinos aprobaron el sistema de navegación por satélite.

• En el 2000 arranca la primera fase BeiDou-1 el cual operaba con solo tres satélites, era considerado un sistema de posicionamiento regional, operando únicamente en China y zonas cercanas hasta el año 2012.
• En 2011 inicia una nueva etapa en este sistema conocida como COMPASS o lo que es lo mismo BeiDou-2, en esa etapa se ponen en orbita diez satélites aumentando la cobertura hacia algunas zonas del Pacifico y Asia.
• A partir del 2015 se inician los preparativos para llevar a BeiDou de un sistema regional a un sistema de posicionamiento global, la fase BeiDou-3 lanza el primer satélite BDS-3 el 15 de marzo del 2015 y para el 2018 ya había puesto en orbita quince satélites del mismo tipo.

El pasado junio del 2020 fue puesto en orbita el satélite número 30 convirtiendo a BeiDou en el cuarto sistema de posicioamiento Global que existe.

No obstante, a pesar que ya cuenta una constelación de 30 satélites operativos, se están llevando a cabo los preparativos para poner en orbita 5 satélites más.

Descripción Técnica del Sistema Beidou

Constelación de Satélites Beidou:

• La constelación de satélites Beidou consta de múltiples satélites en órbita, incluyendo satélites en órbita terrestre media (MEO) y en órbita terrestre geoestacionaria (GEO).
• Los satélites Beidou MEO se encuentran a una altitud de aproximadamente 22,000 kilómetros, mientras que los GEO están posicionados a unos 35,786 kilómetros sobre la Tierra.
• Esta constelación de satélites permite una amplia cobertura y una mayor precisión en la navegación.

Órbita de Satélites Beidou:

• Los satélites Beidou en órbita MEO se distribuyen en tres planos orbitales, lo que garantiza una mayor redundancia y disponibilidad del sistema.
• Los satélites GEO se mantienen en posición fija sobre la Tierra para proporcionar una cobertura constante en áreas específicas.

Cobertura Geográfica y Precisión:

• El Sistema Beidou ofrece una cobertura geográfica global, con un enfoque particular en la región de Asia-Pacífico.
• Se espera que proporcione una precisión en la ubicación de hasta varios metros en todo el mundo, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones, desde la navegación marítima y aérea hasta la agricultura de precisión y la geolocalización de vehículos.

Comparación con Otros Sistemas de Navegación:

• Comparado con otros sistemas de navegación por satélite como el GPS estadounidense, GLONASS ruso y Galileo europeo, el Sistema Beidou busca ser una alternativa competitiva y complementaria.
• Ofrece ventajas significativas en términos de redundancia y disponibilidad en la región de Asia-Pacífico, donde se enfoca principalmente.
• La combinación de múltiples sistemas GNSS puede mejorar la precisión y la fiabilidad de la navegación en todo el mundo.

El Sistema Beidou cuenta con una constelación de satélites en órbitas MEO y GEO que proporcionan cobertura global, alta precisión y redundancia.

Si bien se enfoca en la región de Asia-Pacífico, se considera una parte importante de la constelación de sistemas de navegación por satélite a nivel mundial y compite con otros sistemas GNSS globales como el GPS, GLONASS y Galileo.

Su desarrollo y despliegue han tenido un impacto significativo en una variedad de aplicaciones civiles y militares en todo el mundo.

Componentes del Sistema Beidou

El Sistema Beidou se compone de tres segmentos clave: el segmento espacial, el segmento de control y el segmento de usuario. A continuación, se describen estos componentes en detalle:

1. Segmento Espacial:

• El segmento espacial del Sistema Beidou consiste en una constelación de satélites en órbita alrededor de la Tierra.
• Incluye satélites en órbita terrestre media (MEO) y en órbita terrestre geoestacionaria (GEO).
• Los satélites MEO se distribuyen en tres planos orbitales para garantizar una cobertura global y una mayor redundancia.
• Los satélites GEO se mantienen en posición fija sobre la Tierra y se utilizan para proporcionar una cobertura constante en áreas específicas.

2. Segmento de Control:

• El segmento de control está compuesto por estaciones terrestres que se utilizan para monitorear y controlar los satélites en órbita.
• Estas estaciones se distribuyen estratégicamente en diferentes ubicaciones para garantizar una comunicación continua con los satélites.
• El segmento de control se encarga de realizar ajustes de órbita, cargar datos de navegación y mantener la sincronización precisa de los satélites.

3. Segmento de Usuario:

• El segmento de usuario incluye todos los dispositivos y tecnologías que utilizan las señales de navegación proporcionadas por el Sistema Beidou.
• Esto abarca una amplia gama de aplicaciones, como sistemas de navegación GPS y GNSS en vehículos, teléfonos inteligentes, dispositivos de rastreo, drones y más.
• Los receptores GNSS en dispositivos de usuario utilizan las señales transmitidas por los satélites Beidou, junto con otras señales de sistemas de navegación por satélite, para determinar la ubicación precisa y realizar cálculos de navegación.

En conjunto, estos tres segmentos trabajan en armonía para proporcionar un sistema de navegación por satélite funcional y preciso. Los satélites en órbita transmiten señales que son recibidas y procesadas por dispositivos de usuario, y el segmento de control garantiza la operación óptima de los satélites en órbita. Esto permite una amplia variedad de aplicaciones civiles y militares que dependen de la navegación y la geolocalización precisas.

¿Cómo calcula BEIDOU la posición?

El Sistema Beidou, al igual que otros sistemas de navegación por satélite, calcula la posición del receptor en la Tierra utilizando una técnica llamada trilateración. Aquí hay una descripción simplificada de cómo Beidou calcula la posición:

• Recepción de señales: Un receptor de navegación Beidou (por ejemplo, un teléfono inteligente o un dispositivo GPS) recibe señales de múltiples satélites Beidou que están en órbita alrededor de la Tierra. Cada satélite transmite señales que incluyen información sobre su posición y el tiempo preciso en que se transmitió la señal.
• Medición del tiempo de viaje: El receptor mide cuánto tiempo tardan las señales en viajar desde los satélites hasta el receptor. Dado que la velocidad de la luz es constante, el receptor puede calcular la distancia entre él y cada uno de los satélites midiendo el tiempo que lleva que la señal viaje.
• Determinación de la posición: Una vez que el receptor tiene información sobre la distancia entre él y varios satélites Beidou, puede calcular su propia posición. Esto se hace mediante un proceso llamado trilateración. El receptor toma las distancias conocidas a tres o más satélites y usa estas medidas para determinar su posición en relación con los satélites. Cuantas más señales de satélite se utilicen en el cálculo, mayor será la precisión de la posición determinada.
• Corrección de errores: Para mejorar la precisión, el Sistema Beidou y otros sistemas de navegación por satélite también tienen en cuenta factores que pueden afectar el tiempo de viaje de las señales, como la ionosfera y la atmósfera. Se utilizan modelos matemáticos y correcciones para compensar estos efectos y mejorar la precisión de la posición calculada.
• Cálculo del tiempo preciso: Además de determinar la posición, el receptor también puede calcular la hora precisa utilizando las señales de satélite. Esto es importante para la sincronización y la coordinación de eventos y mediciones.

El Sistema Beidou calcula la posición del receptor midiendo el tiempo de viaje de las señales transmitidas por múltiples satélites y utilizando esos datos para determinar la ubicación del receptor en la Tierra. Cuantas más señales de satélite estén disponibles y se utilicen en el cálculo, mayor será la precisión de la posición resultante.

Generaciones del sistema BEIDOU

Hoy en día este sistema de navegación por satélite lo podemos dividir en dos generaciones operativas:

1. Generación COMPASS o BeiDou-1 (BD-1)
2. Generación BeiDou-2 (CNSS)

Tal y como veremos a continuación.

Generación COMPASS o BeiDou-1 (BD-1)

Desde el 2000 esta primera generación de satélites artificiales quedo operativa como un sistema de posicionamiento regional ya que solo daba servicio en China y en países aledaños, fue desarrollada por la Academia de Tecnología Espacial de China (CAST) proporcionando datos de posicionamiento para usos comercial y militar en China y algunas zonas de Asia oriental, esta red comprende dos satélites operativos y uno de respaldo.

Los dos primeros satélites de esta generación fueron nombrados como BeiDou 1A y BeiDou 1B y fueron lanzados al espacio desde el centro de lanzamientos de satélites en Xichang el 31 de octubre del 2000 y 21 de diciembre del mismo año respectivamente.

A finales del 2001 el sistema dio sus primeras señales de vida proporcionando los primeros datos navegación y posicionamiento y para el 2003 se lanzó el tercer satélite de nombre BeiDou 1C que tenía la funcionalidad de satélite de respaldo, con el lanzamiento de este tercer satélite se pone en completo funcionamiento este sistema de navegación por satélite dando servicio únicamente en China.

En el 2004 el gobierno chino permite a los civiles hacer uso de este sistema, lo que convierte a China en el tercer país con un sistema de navegación por satélite operativo en el mundo.

Generación BeiDou-2 (CNSS)

Con esta segunda generación se planea que este sistema salga de ser un sistema de posicionamiento regional y pase hacer un fuerte competidor del sistema GPS ya que brindara servicios de posicionamiento global de forma gratuita como lo hace el GPS y el sistema GLONASS.

Esta segunda generación es capaz de proporcionar posicionamiento 3D pasivo en tiempo real y permite la medición de velocidad, en primera instancia proporcionara posicionamiento de alta precisión a los usuarios en China y áreas aledañas con un área aproximada de 120 grado de longitud en el hemisferio norte.

CNSS o BeiDou-2 proporcionará dos tipos de servicios, el primero será civil con una precisión de 10 metros en posicionamiento, velocidad con una precisión de 0.2 m/s, y con una precisión en tiempo de hasta 50 nanosegundos, y su segundo servicio será de uso militar o para usuarios autorizados con presiones mucho más altas que las civiles.

Para que esta segunda etapa pueda dar servicio a nivel mundial se planea que tenga entre 25 y 35 satélites, que incluyen 4 satélites en órbita estacionaria 58.75 ° E, 80 ° E, 110.5 ° E y 140 ° E, estos satélites se basan en el bus satelital DongFangHong 3 (DFH-3), con una vida útil diseñada de ocho años.

Constelación de satélites BEIDOU

BeiDou-1 cubre la región comprendida entre la longitud 70°~140° E y latitud 5°~55° N, de lo cual dos satélites se encuentran en órbita geoestacionaria a 80 ° E y 140 ° E y el satélite de respaldo está posicionado a 110.5° E. Cada satélite transmite a 2491.75 +/- 4.08MHz y los receptores terrestres transmiten en 1615.68MHz.

El sistema permite posicionar un objeto en la superficie de la tierra con una precisión de entre 20 a 100 metros utilizando un método diferencial que requiere únicamente dos satélites y una referencia en tierra.

Se espera que antes de terminar el 2018 se lancen 18 satélites operativos lo que convertirá a china en el tercer país en tener un sistema de posicionamiento por satélite a nivel mundial y para el año 2020 se espera que aumente a 35 satélites orbitando la tierra de los cuales, 5 satélites estarán en órbita estacionaria a una altura aproximada de 35 786 km, 27 satélites en órbita terrestre media (MEO) y 3 en geosincrónica inclinada.

Control terrestre BEIDOU

Al momento se tiene una estación de control maestra responsable del control de la constelación de satélites y del procesamiento de las mediciones recibidas, y tres estaciones de seguimiento terrestre en Jamushi, Kashi y Zhanjiang, además cuenta con 30 estaciones de monitoreo que recopilan datos de todos los satélites a la vista.

Usuarios BEIDOU

El segmento de usuario para este sistema de posicionamiento cuenta con dimensiones más grandes, con antenas de hasta 20 centímetros y suelen ser más pesados debido a que utilizan baterías más potentes, lo que los hacen más costosos en comparación con los receptores GPS. Esto se debe a que el sistema BEIDOU requiere transmisores de doble vía para comunicarse con la estación central o maestra a través de los satélites en órbita.

Actualmente el sistema tiene la capacidad para atender a un máximo de 540,000 usuarios por hora y a 150 usuarios de manera simultánea.

BEIDOU también contara con un servicio abierto y gratuito para la comunidad de desarrollo, con una precisión de 20 metros, 50 nano segundos y velocidad de 0.2 m/s., entre otros usos como él envió de mensajería de caracteres limitados o mensajes cortos.

Desarrollo y Expansión del Sistema Beidou

El Sistema Beidou, también conocido como BDS (Beidou Navigation Satellite System), ha experimentado un notable desarrollo y expansión desde su inicio. Aquí se presentan los aspectos clave de su desarrollo y sus planes futuros:

Historia y desarrollo:

• Orígenes: El desarrollo del Sistema Beidou comenzó en la década de 1990 con el objetivo de reducir la dependencia de China de sistemas de navegación extranjeros como el GPS.
• Fases de construcción: El sistema se ha desarrollado en varias fases. La primera generación de satélites Beidou, conocida como Beidou-1, proporcionó una cobertura regional limitada. La segunda generación, Beidou-2, mejoró la cobertura y la precisión. La tercera generación, Beidou-3, es la fase actual y consta de satélites en órbita media y geosincrónica para una cobertura global.
• Lanzamientos: China ha llevado a cabo numerosos lanzamientos de satélites Beidou a lo largo de los años para expandir la constelación. La fase de construcción está en constante evolución.

Cobertura global:

• Expansión global: China ha buscado activamente expandir la cobertura global del Sistema Beidou y ha lanzado satélites para cubrir todo el mundo. Esto lo coloca en competencia directa con sistemas de navegación como el GPS de Estados Unidos y el GLONASS de Rusia.
• Precisión mejorada: Con la incorporación de más satélites y tecnología avanzada, el Sistema Beidou ha mejorado significativamente su precisión, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones, incluida la navegación de vehículos, la geolocalización en dispositivos móviles y la agricultura de precisión.

Planes futuros:

• Compleción de la constelación: China continúa con sus planes para completar la constelación Beidou-3, que se espera que esté formada por aproximadamente 35 satélites en total, incluidos satélites en órbita media (MEO) y satélites en órbita geoestacionaria (GEO).
• Mejoras tecnológicas: Se espera que el Sistema Beidou siga mejorando su tecnología y capacidad con el tiempo, lo que incluye una mayor precisión y confiabilidad.
• Aplicaciones diversas: El Sistema Beidou se está utilizando en una amplia gama de aplicaciones, desde la navegación marítima hasta la agricultura de precisión y la gestión de flotas. Se espera que sus aplicaciones sigan expandiéndose en el futuro.

El Sistema Beidou ha experimentado un desarrollo significativo y busca una expansión global continua. China está comprometida en completar la constelación y mejorar la tecnología para ofrecer una navegación y posicionamiento precisos en todo el mundo, lo que tiene un impacto significativo en diversas industrias y aplicaciones en todo el planeta.

Ventajas y Beneficios del Sistema Beidou

El Sistema Beidou (BDS) ofrece diversas ventajas y beneficios tanto para China como para otros países que optan por utilizarlo. Aquí se presentan algunas de las ventajas y beneficios clave del Sistema Beidou:

Ventajas competitivas en comparación con otros sistemas GNSS:

• Cobertura global: El Sistema Beidou ofrece cobertura global, lo que lo coloca en competencia directa con otros sistemas GNSS como el GPS de Estados Unidos, GLONASS de Rusia y Galileo de la Unión Europea.
• Precisión mejorada: Beidou ha mejorado significativamente su precisión con la incorporación de más satélites y tecnología avanzada, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren alta precisión, como la navegación de vehículos y la agricultura de precisión.
• Compatibilidad: Los receptores GNSS pueden recibir señales tanto de Beidou como de otros sistemas GNSS, lo que brinda a los usuarios la ventaja de acceder a múltiples sistemas de navegación para una mejor precisión y disponibilidad.
• Independencia tecnológica: China ha buscado desarrollar su propio sistema GNSS para reducir su dependencia de sistemas extranjeros, lo que le otorga un mayor grado de independencia tecnológica y de seguridad.

Contribución al desarrollo económico y tecnológico:

• Aplicaciones diversificadas: El Sistema Beidou se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, desde la navegación marítima hasta la agricultura de precisión y la gestión de flotas. Esto ha impulsado el crecimiento de industrias relacionadas y ha generado oportunidades económicas.
• Promoción de la tecnología espacial: El desarrollo y expansión de Beidou ha estimulado la industria espacial china, incluida la fabricación de satélites y sistemas de navegación avanzados, lo que contribuye al desarrollo tecnológico del país.
• Exportaciones tecnológicas: China ha exportado equipos y servicios relacionados con Beidou a otros países, lo que ha generado ingresos y ha permitido que otras naciones se beneficien de esta tecnología.
• Beneficios globales: Beidou ofrece beneficios globales al mejorar la precisión y la disponibilidad de la navegación por satélite en todo el mundo, lo que es especialmente valioso para países que pueden no tener acceso a otros sistemas GNSS de alta calidad.

El Sistema Beidou proporciona ventajas competitivas en términos de cobertura global, precisión y compatibilidad, y contribuye al desarrollo económico y tecnológico tanto de China como de otros países que optan por utilizarlo. Su expansión continua y su creciente adopción en diversas aplicaciones hacen que sea una parte importante del panorama global de navegación por satélite.

Conclusiones y Futuro del Sistema Beidou

Para finalizar con el sistema Beidou, el Sistema Beidou (BDS) ha logrado un progreso significativo desde su inicio y ha evolucionado para convertirse en un competidor importante en el campo de los sistemas de navegación por satélite. Aquí hay algunas conclusiones clave y una visión del futuro del BDS:

• Cobertura Global: El BDS ha alcanzado una cobertura global con su constelación de satélites, lo que lo coloca en competencia directa con otros sistemas GNSS líderes, como el GPS, GLONASS y Galileo.
• Precisión Mejorada: Con una mayor cantidad de satélites en órbita y tecnología avanzada, el BDS ha mejorado significativamente su precisión, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones que requieren alta precisión.
• Independencia Tecnológica: China ha buscado desarrollar su propio sistema GNSS para reducir su dependencia de sistemas extranjeros, lo que refuerza su independencia tecnológica y de seguridad.
• Contribución Económica y Tecnológica: El BDS ha impulsado industrias relacionadas, como la fabricación de satélites y equipos de navegación avanzados, lo que ha contribuido al crecimiento económico y al desarrollo tecnológico en China.
• Exportación de Tecnología: China ha exportado equipos y servicios relacionados con el BDS a otros países, generando ingresos y promoviendo la adopción de esta tecnología en todo el mundo.

Para el futuro del BDS:

• Se espera que el BDS continúe expandiéndose y mejorando su precisión y disponibilidad, lo que lo hará aún más competitivo en el mercado global de sistemas de navegación por satélite.
• El BDS seguirá siendo una herramienta valiosa en una amplia gama de aplicaciones, desde la navegación marítima y aérea hasta la agricultura de precisión y la gestión de flotas.
• China seguirá invirtiendo en su programa espacial para mantener y mejorar el BDS, lo que fortalecerá aún más su posición en el ámbito de la tecnología espacial.
• A medida que el BDS continúe ganando terreno en el mercado global, es probable que más países y usuarios en todo el mundo lo adopten, lo que beneficiará a la comunidad global al mejorar la precisión y la disponibilidad de la navegación por satélite.

Por lo tanto, el Sistema Beidou ha demostrado ser una contribución significativa al campo de la navegación por satélite y seguirá desempeñando un papel importante en el futuro de la tecnología de posicionamiento y navegación.