Pulsar новое созвездие точного позиционирования

Весной организация Xona привлекла раундом Series C [1] финансирование в 170 млн. долларов на создание 258 спутников "258 спутников за цену одного GPS-спутника на орбите сегодня "

На будущем навигационном рынке возможно поменяются правила игры с началом разворачивания новой американской навигационной системы Pulsar, которая представляет некоторую надстройку над обычным GPS.

Новое созвездие будет не заменой GPS, а дополнением к существующим сигналам, резервируя их. В Pulsar-е отсутствуют дорогостоящие наземные комплексы, которые отслеживают модификация орбит спутников и требуют ежедневной загрузки эфемеридной информации в каждый спутник,  как это происходит в GPS сегменте. Также спутник системы Pulsar удешевляет отсутствие дорогих атомных часов, синхронизация будет производиться через наземные службы и межспутниковые линии по патентованной технологии, т.е. при проектировании Pulsar-а поступили проще и каждый спутник позиционирует себя за счет сигналов GPS.

К точному позиционированию располагает более приземленная орбита LEO (1080 километров над Землёй) на 12 плоскостей по 16 космических аппаратов с наклонением 53 градусов и 6 плоскостей из 11 аппаратов с наклонением 97.5 градусов. Такое большое наклонение с дорогой ретроградной орбитой на солнечно-синхронной плоскости будет способствовать навигационному покрытию приполярных областей и чрезмерно быстрой смены позиций спутников на небосводе. Получится оборот спутника Pulsar менее чем за два часа по сравнению с примерно 12 часами для GPS спутника.  Ускоренное модификация геометрии спутников по сравнению с приемника способствует более быстрому и точному определению местоположения по сравнению с малоподвижных спутников GPS с высотой орбиты ~20200 км. Обсуждается даже односпутниковая навигация с накоплением измерений за один проход, что даёт наблюдаемость позиции и часов по одному аппарату.

За счет того, что расстояние до спутника GPS на MEO орбите в среднем дальше в 20 раз чем расстояние до спутника Pulsar на LEO орбите, то начинает хорошо проявлять себя закон обратных квадратов, когда мощность сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. Т.е. в теории если расстояние увеличилось в 20 раз → мощность сигнала упадет в 400 раз (20*20). В реальности организация заявляет, что сигнал будет примерно только в 100 раз сильнее GPS, вероятно это того, что передатчик спутника GPS гораздо мощнее (архитектура GPS передаёт с мощностью 27 ватт на канал, и этот сигнал уже на земле на уровне фонового шума -158.5 dBW. Мощность же нового навигационного сигнала до -136 dBW. В децибелах рост мощности в 100 раз как раз соответствует разнице в 22.5 дБ)

За мощность и точность сигнала придется платить тем, что приблизительноземные спутники существуют недолго (~5 лет), при их движении происходит постоянное истощение орбитальной энергии на атмосферное торможение и потребуется коррекция орбиты электрическим двигателем; вблизи земли велико радиационное воздействие от заряженных частиц, что изнашивает чувствительную электронику спутника;  перегруженная орбита с большим количеством мусора и большая ответственность за своевременный сход с орбиты, на такой высоте спутник просуществует сотню лет прежде чем самостоятельно сойдет с орбиты. 

Большая мощность сигнала способствует и тому, что навигационный датчик сможет работать глубоко внутри квартир, цехов и дополнительно экономя энергию потребителя, т.е. продлевая жизнь автономных датчиков

Распространению сигнала равным образом будет способствовать переход вещания на дециметровый L диапазон, который хоть и подвержен большему влиянию ионосферы, но имеет более высокую проникающая способность сигнала (огибание препятствий) по сравнению с C- диапазоном GPS. Это как сравнить распространение сигнала GSM-1800 и сигнал C-диапазона (Wi-Fi 5 ГГц) 

Глушение сигнала Pulsar станет на порядок сложнее, если сейчас слабый GPS сигнал может на километры территории заглушить любая маломощная глушилка, то для аналогичного глушения Pulsarа требуется мощность глушилки приблизительно 1 Ватта (передатчик на 2 порядка мощнее), что конечно не сильное препятствие, но определенно создаст трудности и усложнит процедуру глушения и облегчит и пеленгацию источника помех.

Отдельно организация Xona заявляет, что провела большую исследовательскую работу по борьбе спуфингом (подмены координат). т.е. сигнал от спутника будет сильно кодирован и подсунуть подменный сигнал о станет возможным только при взломе кода, который заявлен полностью аутентифицированным цифровым сигналом на основе доказуемых криптографических стандартов.

"Более мощные сигналы, индивидуальные формы волн и методы динамической модуляции помогают Pulsar сохранять эффективность даже в спорных или шумных условиях. Pulsar использует эффективную по ширине полосы расширенную QPSK модуляцию по методу Фехера (EFQPSK) и модуляцию с кодовым сдвигом (CSK), что обеспечивает более высокие скорости передачи данных и более быстрое время до первого определения позиции (TTFF). После того как в канале данных передан seed, приёмник переобрабатывает сохранённые IQ-отсчёты и определяет подлинность дальности. Требуется накопление около 1 секунды отсчётов, стойкость — 32 бита. Это принципиально: спуфер не может сгенерировать корректный сигнал заранее, потому что не знает ключ, который будет раскрыт только постфактум."

Организация Xona заверяет что существующие навигационные девайсы (профессиональные геодезические приемники) изначально готовы к обработке сигнала, нужна только перепрошивка. Уже установлены партнерские отношения с крупной японской компанией Topcon, с американской Trimble ,а Samsung уже является инвестором, что намекает на будущее применение в телефонах.

Конечно, служба не будет бесплатным и сразу станет поставленным на коммерческие рельсы с необходимостью покупать подписку, вероятнее всего во флагманских телефонах подписка будет активирована автоматически. Но с телефонами уже тут перепрошивкой проблему не решишь - нужен свежий чип, а это пару лет на дизайн нового чипа и интеграцию его во флагманы.

Вероятно, производитель выберет путь короче: внешний приемник связью по Bluetooth.  Так уже было на заре становления GPS

По итогу для пользователя обещается двухсантиметровую точность в плане и 4 см точности по высотной отметке и практически мгновенный "холодный" старт.

Город и его логистика получит еще один инструмент для беспилотного транспорта; деревня - точное земледелие, без дополнительных служб поправок RTK; критическая инфраструктура -резервный служба навигации и точного времени. В военном деле трудно сказать, где эта система не пригодится. Точная защищенная навигация нужна практически всем службам.

Команда основателей планирует изменить мир и считают "GPS был разработан 50 лет назад, «и мир его перерос" Стартаперы делаю громкие заявления "сервис PULSAR стремится быть для многих отраслей тем, чем Полярная звезда была для человечества в прошлые века."

Я, как активный потребитель навигации - надеюсь на их успех, эта первая частная навигационная платформа и их тестовый спутник Pulsar-0 (NORAD ID 64541) уже успешно решил поставленные задачи (доставлять более сильные сигналы и не мешать GPS). В 2027 году планируется раннее коммерческое открытие.

3 августа федеральная комиссия по связи FCC выдала предварительное разрешение на развертывание группировки из 16 спутников, и в октябре 26 года на орбиту будут запущены первые 6 спутников с которых начнется бета-тестирование.

[1] раунд Series C - это финансирование для компаний, подтвердивших свой потенциал