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Galileo系统简介/卫星导航计划/系统构成

Galileo卫星导航计划

[日期:2013-06-26] 来源:  作者: [字体: ]
中国户外运动网 www.iouter.com  户外运动论坛Galileo卫星导航计划是由欧共体发起,并与欧洲空间局一起合作开发的卫星导航系统计划。该计划将有助于新兴全球导航定位服务在交通、电信、农业或渔业等领域的发展。尽管全球定位系统具有很好商业前景,但是迄今为止, 全球只有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS两大系统, 并且都是由军方资助和管理。Galileo卫星导航计划将由非军方控制管理,在提供高质量民用的同时,也保证它在许多敏感领域运用的延续性。Galileo系统能够与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS相互合作,提供高精度、高可靠性的全球定位服务。
  2003年5月26日,欧洲各国政府终于同意启动曾屡遭延迟的Galileo卫星导航计划。Galileo卫星导航计划是第一个全球民用卫星导航系统项目,该计划被视为美国GPS全球卫星定位系统的潜在竞争对手。1999年-2000年,在欧盟委员会与欧空局的领导下,欧洲从战略、经济、资金筹集、法规、用户需求和技术性能要求等方面对伽利略计划开展了一系列的研究。该计划的最终目标是建立一个独立的、性能优于GPS并与现有全球卫星导航系统GPS和GLONASS兼容的民用全球卫星导航系统。目前Galileo卫星导航计划已经引起世界各国的极大关注。
  Galileo系统是欧洲独立自主的全球多模式卫星定位导航系统,可提供高精度、高可靠性的定位服务,同时实现完全非军方控制和管理。它由欧空局和欧盟发起并提供主要资金支持,由欧盟委员会和欧空局共同负责,其中欧盟委员会负责政治领域和高层次的任务需求,欧空局负责空间分系统及相关地面系统的论证、发展和在轨测试。
  Galileo系统能够与美国的GPS和俄罗斯的GLONASS系统实现相互高度兼容,任何用户将来都可以用一个接收机采集各个系统的数据或者各系统数据的组合来实现定位导航。Galileo系统可以实时分米级定位精度,这是现有的卫星导航系统所没有的。同时它还能够保证在许多特殊情况下提供服务。如果导航定位失败,它也能够在几秒钟内通知用户,特别适合于对安全性有特殊要求的情况,例如运行的火车、汽车导航和飞机着陆等。
  目前,欧盟以外的6个国家(包括中国、印度、以色列、乌克兰、沙特阿拉伯、摩洛哥)也相继参与了伽利略计划,中国计划投入2亿欧元。中国与欧盟2003年10月30日在北京签署伽利略卫星导航合作第三个文件。国务院总理温家宝、欧洲理事会主度意大利总理贝卢斯科尼、欧盟委员会主度普罗迪、欧盟共同外交与安全政策高级代表索拉纳等出席签字仪式。
  众所周知,上世纪末世界上已在运行的两大卫星导航定位系统是美国的GPS和俄罗斯的GLONASS。但是,这两个系统受到美、俄两国军方的严密控制,其信号的可靠性无法得到保证。长期以来欧洲只能在美、俄的授权下从事接收机制造、导航服务等从属性的工作。科索沃战争时,欧洲完全依赖美国的全球定位系统。当这个系统出于军事目的而停止运作时,一些欧洲企业的许多事务被迫中断。为了能在卫星导航领域中占有一席之地,欧洲认识到建立拥有自主知识产权的卫星导航系统的重要性。同时在欧洲一体化的进程中,建立欧洲自主的卫星导航系统将会全面加强欧盟诸成员国间的联系和合作。在这种背景下,欧盟决定启动一个军民两用的与现有的卫星导航系统相兼容的全球卫星导航计划——Galileo卫星导航计划。 
  欧空局早在1990 年就决定研制全球导航卫星系统(GNSS)。GNSS分为两个阶段,第一阶段是建立一个与GPS、GLONASS 以及3种区域增强系统均能相容的第一代全球导航卫星系统(GNSS-1),即欧洲近地导航重叠业务系统(EGNOS)。它只是一个增强系统,旨在使现有的GPS和GLONASS能进一步适应飞行导航与船舶港口导航及系泊等重要安全应用的要求。该系统已进行了多年的试验,在2004 年投入运行。在欧盟委员会的支持下,在非洲进行了EGNOS基础设施建设的试点与飞行试验。第二阶段是建立一个完全独立于GPS和GLONASS之外的第二代全球导航卫星系统(GNSS-2)。由于GNSS-1主要是利用GPS等已经建成的系统,因此其主要工作是在欧洲建立30座地面站和4个主控制中心。欧洲的长远目标是拥有自己独立的全球导航卫星系统,即GNSS-2,也就是Galileo系统。
  1998 年6 月23日~24日,欧空局管理委员会在比利时首都布鲁塞尔举行会议,批准了GNSS-2 系统的启动经费。
  1999年2 月10 日,欧盟执行机构欧盟委员会公布了Galileo卫星导航计划。该系统是与美国的GPS和俄罗斯的GLONASS系统兼容的民用全球定位卫星导航系统。
  1999年7月19日,欧盟委员会批准自1999年7月到2000年底为伽利略方案的确定阶段,任务是提出管理方式、运行管理、系统设计、安全性、服务费用和效益分析,并同意为该阶段提供经费。
  2001年12 月,在欧盟交通部长会议上,Galileo卫星导航计划搁浅。
  2002年3月26日,欧盟15国交通部长会议一致决定正式启动伽利略导航卫星系统计划。
  2002年12月,由于德国和意大利之间的矛盾导致欧洲Galileo卫星导航计划再度搁浅。
  2003年26 日,再次启动Galileo卫星导航计划。
  2005年12月28由俄罗斯联盟号火箭发射了第一颗试验卫星GIOVE-A,用于在轨测试。
欧盟在1999年2月首次提出的Galileo卫星导航计划分成四个阶段:
 (1)论证阶段,2000年完成。
 (2)系统研制和在轨确认阶段,包括卫星、地面设备和用户接收机等系统部件的详细论证与制造;系统在轨确认,2005年完成。
 (3)星座布设阶段,包括制造和发射卫星、地面设施建设并投入使用,2007年底完成。
 (4)运营阶段,系统计划从2008 年开始投入完全商业运营,可能推至2010年。
  2000年度的论证工作为Galileo卫星导航计划勾画出一个轮廓。论证报告指出,计划投入32.5亿欧元的资金,服务范围覆盖全球,可以提供导航、定位、时间、通信等项服务。其服务方式包括开放服务、商业服务与官方服务3个方面。第二阶段工作进展顺利,各项关键技术正在研发之中。第一颗试验卫星也已经发射升空并在轨运行测试。
  Galileo系统卫星数量多、轨道位置高,将为用户提供1米精度的定位服务,最高精度比GPS高10倍。如果说GPS只能找到街道,那么伽利略系统可以找到车库门。该系统设计提供以下3种水平的服务。
 (1)开放服务(OS)。开放服务包括定位、导航和时间信号服务,但不包括系统完备信息。对用户而言,系统完备信息是指用户能实时了解系统发布的信号的质量,尤其是可能的功能性干扰情况。开放服务和现有的GPS和GLONASS系统的类似服务相兼容,但其服务精度更高。任何人只要装备了Galileo接收机就能接收GPS、GLONASS和Galileo系统的信号。开放服务将与商业和生命安全服务共享两个开放的导航信号。开放服务将主要用于道路交通中的个人导航、道路信息和提供路线建议的系统、移动通信等应用领域。  
 (2)商业服务(CS)。业服务将主要涉及专业用户,这些专业用户将来自测绘、海关、船舶和车辆管理以及关税征收等领域。商业服务将提供在独立频率上的第三种导航信号的接入服务,并使用户能利用三载波相位模糊分辨力技术(TCAR)来改善精度。商业服务中将包含完备信息,时间信号的精度将会高达到100ns。商业服务将采取准入控制措施,准入控制措施的实现将通过接收机上的“进入匙”(类似于移动通讯中的Pin码)来保证。这样将无需使用昂贵的信号编码技术。
 (3)生命安全服务(SOLS)。生命安全服务(开放服务加完好信息)将根据一个明确的时间警告限定(在非正常情况出现后6s)向全球用户发布有关系统的完好信息缺损的警告。生命安全服务的时效性很强,并将实行准入控制措施。
 (4)公共控制服务(PRS)。公共控制服务的信号将由经过编制的测距码和集成数据组成。这项服务的接入将受到欧盟成员国的控制。
 (5)搜救服务(SAR)。搜救服务将实现对遇难人员和运输工具的精确定位,通过“伽利略”卫星装备的搜救转发器,装备有搜救黑匣子的运输工具在出现意外时,搜    救黑匣子将开始工作并向救援中心发送求救信号,在收到求救信号后,救援中心会向求救者发送反馈信息。 
  开发阶段和在轨验证阶段主要由欧空局和欧盟提供资金,空间段和地面段的开发和验证由欧空局来实现。Galileo卫星导航计划采用公私合营体制运行操作,在计划的各个阶段,私营企业都可以参与。这是Galileo卫星导航计划的特点。公私伙伴关系(PPP)的运作方式在项目有效管理、经费合理运用、业务质量保证、风险共同分担和解决资金短缺问题等方面有着不可替代的作用。

1. 技术性能评估
  伽利略系统的起步比GPS和GLONASS系统晚了很多年,因此该系统的技术起点很高。欧洲在卫星平台和有效载荷方面有着雄厚的技术基础,所欠缺的是在全系统的管理和操作控制方面。针对这一点,欧洲正试图通过与俄罗斯的合作加以解决。Galileo系统的信号结构吸收了GPS的经验,具有很多优点。系统采用广泛的公开信号,提高了带宽和码片率。公开信号的Q分量上具有引导信号,加发完好性数据和商业数据,可以实施三载波的相位模糊分辨率技术(TCAR),并较好地处理了加密、密钥和拒用问题。

2. 投资与效益评估
  伽利略系统的经济效益主要来自3个方面:用户设备销售及出口;增值业务的提供;系统应用为社会带来的潜在的广泛效益。据统计预测,在2000年-2020 年内,伽利略系统的经济效益可达620亿欧元,社会效益可达120亿欧元,总效益可达740亿欧元。而建成整个系统的总投资,按欧洲委员会的估算,包括30 颗卫星和全部地面设备,大约为32 亿欧元,加上系统运营、维护和补充的成本,在2000年-2020 年间系统总成本约为60.6亿欧元。按经济效益数据计算,伽利略系统的产出投入比值达到10.2,超过了欧洲其他任何一个基础建设项目。可见,伽利略系统不仅收益巨大,而且效费比也很高,系统投资效益极佳。

3.政治意义评估
  Galileo卫星导航计划的批准实施,使得欧洲将拥有自己独立的卫星导航系统。这是欧洲力图独立于美国的又一项重大决定,具有重要的政治意义。在Galileo卫星导航计划问题上,欧洲内部从意见分歧到最后统一,足以表明尽管欧洲国家各有考虑,但面对美国的霸权野心,其他矛盾都可以暂退其后。欧洲各国已经达成共识:对欧洲的安全性起关键作用的卫星导航系统如果不受欧洲控制,欧洲的主权和安全就有严重问题。Galileo卫星导航计划很可能会成为欧洲各国安全合作的起点,在军事应用上发挥类似GPS的功能。欧盟对于Galileo卫星导航计划军事应用的具体设想是:在发生冲突和战争期间,迅速将L1和L2 频率的两级服务转为军用业务,而第三级L3 频率仍保留给民航等特殊用户。欧盟将采用不同类型的接收机控制导航信号及其应用。
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