Système de satellites Quasi-Zénith

Le système de satellites Quasi-Zenith ( QZSS ), également connu sous le nom de Michibiki (みちびき) , est un système régional de navigation par satellite à quatre satellites et un système d'augmentation par satellite développé par le gouvernement japonais pour améliorer le système de positionnement global (GPS) exploité par les États-Unis dans les régions Asie-Océanie , en mettant l'accent sur le Japon. L'objectif du QZSS est de fournir des services de positionnement très précis et stables dans la région Asie-Océanie, compatibles avec le GPS. Les services QZSS à quatre satellites étaient disponibles à titre d'essai à partir du 12 janvier 2018, et ont officiellement démarré le 1er novembre 2018. Un système de navigation par satellite indépendant du GPS est prévu pour 2023 avec sept satellites. En mai 2023, il a été annoncé que le système s'étendrait à onze satellites.

En 2002, le gouvernement japonais a autorisé le développement du QZSS, un système régional de transfert de temps à trois satellites et un système d'augmentation par satellite pour le système de positionnement global (GPS) exploité par les États-Unis , qui devait être reçu au Japon. Un contrat a été attribué à Advanced Space Business Corporation (ASBC), qui a commencé les travaux de développement du concept, et à Mitsubishi Electric , Hitachi et GNSS Technologies Inc. Cependant, ASBC a fait faillite en 2007, et le travail a été repris par le Centre de recherche et d'application de positionnement par satellite (SPAC), qui appartient à quatre ministères du gouvernement japonais : le ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie , le ministère des Affaires intérieures et des Communications , le ministère de l'Économie, du Commerce et de l'Industrie et le ministère du Territoire, des Infrastructures, des Transports et du Tourisme .

Le premier satellite « Michiki » a été lancé le 11 septembre 2010. Le statut opérationnel complet était prévu pour 2013. En mars 2013, le Cabinet Office japonais a annoncé l'extension du QZSS de trois à quatre satellites. Le contrat de 526 millions de dollars avec Mitsubishi Electric pour la construction de trois satellites devait être lancé avant la fin de 2017. Le troisième satellite a été mis en orbite le 19 août 2017, et le quatrième a été lancé le 10 octobre 2017. Le système de base à quatre satellites a été annoncé comme opérationnel le 1er novembre 2018.

À partir de 2024 , une configuration à onze satellites est à l’étude, ce qui assurerait une redondance en cas de défaillance d’un seul satellite.

Le QZSS utilise un satellite géostationnaire et trois satellites sur des orbites géosynchrones de type Tundra , fortement inclinées, légèrement elliptiques . Chaque orbite est séparée de 120° des deux autres. En raison de cette inclinaison, ils ne sont pas géostationnaires ; ils ne restent pas au même endroit dans le ciel. Au lieu de cela, leurs traces au sol sont des motifs asymétriques en forme de 8 ( analemmes ), conçus pour garantir que l'un d'eux se trouve presque directement au-dessus (élévation de 60° ou plus) du Japon à tout moment.

Les éléments orbitaux nominaux sont :

La constellation de sept satellites prévue comprend quatre satellites en orbite quasi-zénithale (QZO), deux satellites géostationnaires (GEO) et un satellite en orbite quasi-géostationnaire (légère inclinaison et excentricité).

L'objectif principal du QZSS est d'augmenter la disponibilité du GPS dans les nombreux canyons urbains du Japon , où seuls les satellites à très haute altitude peuvent être vus. Une fonction secondaire est l'amélioration des performances, augmentant la précision et la fiabilité des solutions de navigation dérivées du GPS. Les satellites Quasi-Zenith transmettent des signaux compatibles avec le signal GPS L1C/A, ainsi que les signaux GPS L1C, L2C et L5 modernisés. Cela minimise les modifications apportées aux récepteurs GPS existants. Par rapport au GPS autonome, le système combiné GPS plus QZSS offre des performances de positionnement améliorées via des données de correction de distance fournies par la transmission de signaux d'amélioration des performances de classe submétrique L1-SAIF et LEX du QZSS. Il améliore également la fiabilité au moyen de la surveillance des pannes et des notifications de données sur l'état du système. QZSS fournit également d'autres données de support aux utilisateurs pour améliorer l'acquisition des satellites GPS. Selon son plan initial, QZSS devait transporter deux types d' horloges atomiques embarquées dans l'espace : un maser à hydrogène et une horloge atomique au rubidium (Rb). Le développement d'un maser à hydrogène passif pour le QZSS a été abandonné en 2006. Le signal de positionnement sera généré par une horloge Rb et une architecture similaire au système de chronométrage GPS sera utilisée. Le QZSS pourra également utiliser un système de transfert bidirectionnel de temps et de fréquence par satellite (TWSTFT), qui sera utilisé pour acquérir des connaissances fondamentales sur le comportement des étalons atomiques des satellites dans l'espace ainsi qu'à d'autres fins de recherche.

Le QZSS fournit les classes de services publics suivantes :

• Le service PNT (Positioning, Navigation and Timing) complète les signaux utilisés par le système GPS, agissant essentiellement comme des satellites supplémentaires. Les satellites QZSS synchronisent leurs horloges avec les satellites GPS. Le service diffuse sur les bandes de fréquences L1C/A, L1C, L2C et L5C, les mêmes que le GPS.
• Le service SLAS (Sub-meter Level Augmentation) fournit une forme d' augmentation GNSS pour le GPS interopérable avec d'autres systèmes GPS-SBAS. Le principe de fonctionnement est similaire à celui du Wide Area Augmentation System , par exemple . Il transmet sur L1.
• Le service CLAS (Centimeter Level Augmentation) fournit un positionnement de haute précision compatible avec le service E6 de Galileo . La bande est appelée L6 ou LEX, pour « expérimental ».
• Le service MADOCA-PPP (Multi-GNSS Advanced Orbit and Clock Augmentation – Precise Point Positioning ) est un service d'augmentation L6 indépendant de CLAS.
• Le service DC Report (Satellite Report for Disaster and Crisis Management) diffuse sur L1S et fournit des informations sur les inondations et les tremblements de terre.

Les autres classes de services ne sont pas accessibles au public :

• Le service PTV (Positioning Technology Verification) diffuse sur L5S. La documentation décrit uniquement un type de message « nul ».
• Le Q-ANPI (QZSS Safety Confirmation Service) est un service de messages courts autorisé.

Bien que le système de chronométrage QZSS de première génération (TKS) soit basé sur l'horloge Rb, les premiers satellites QZSS embarqueront un prototype de base d'un système expérimental de synchronisation d'horloge à cristal. Au cours de la première moitié de la phase de test en orbite de deux ans, des tests préliminaires permettront d'étudier la faisabilité de la technologie sans horloge atomique qui pourrait être utilisée dans le QZSS de deuxième génération.

La technologie QZSS TKS mentionnée ci-dessus est un nouveau système de chronométrage par satellite qui ne nécessite pas d'horloges atomiques embarquées comme celles utilisées par les systèmes de navigation par satellite existants tels que BeiDou , Galileo , Global Positioning System (GPS), GLONASS ou NavIC . Ce concept se distingue par l'utilisation d'un cadre de synchronisation combiné à des horloges embarquées légères et orientables qui agissent comme des transpondeurs rediffusant l'heure précise fournie à distance par le réseau de synchronisation horaire situé au sol. Cela permet au système de fonctionner de manière optimale lorsque les satellites sont en contact direct avec la station au sol, ce qui le rend adapté à un système comme le QZSS japonais. La faible masse du satellite et les faibles coûts de fabrication et de lancement du satellite sont des avantages significatifs de ce système. Un aperçu de ce concept ainsi que deux implémentations possibles du réseau de synchronisation temporelle pour QZSS ont été étudiés et publiés dans Remote Synchronization Method for the Quasi-Zenith Satellite System et Remote Synchronization Method for the Quasi-Zenith Satellite System: study of a novel satellite timekeeping system which does not require on-board atomic clocks .