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  • 伽利略卫星导航系统

    伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system),是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统,该计划于1999年2月由欧洲委员会公布,欧洲委员会和欧空局共同负责。系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成,其中27颗工作星,3颗备份星。卫星轨道高度约2.4万公里,位于3个倾角为56度的轨道平面内。截止2016年12月,已经发射了18颗工作卫星,具备了早期操作能力(EOC),并计划在2019年具备完全操作能力(FOC)。全部30颗卫星(调整为24颗工作卫星,6颗备份卫星)计划于2020年发射完毕。

    2019年7月14日,伽利略系统技术故障导致部分导航服务中断。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 伽利略卫星导航系统 英文名: Galileo satellite navigation system
    其他外文名: Galileo satellite navigation system
    卫星数量: 30颗 离地面高度: 23,222公里(MEO)
    卫星寿命: 12年以上 卫星重量: 每颗675公斤
    卫星长宽高: 2.7m x 1.2m x 1.1m

    目录

    发展历史/伽利略卫星导航系统 编辑

    伽利略卫星导航系统伽利略卫星导航系统
    欧盟于1999年首次公布伽利略卫星导航系统计划,其目的是摆脱欧洲对美国全球定位系统的依赖,打破其垄断。该项目总共将发射32颗卫星,总投入达34亿欧元。因各成员国存在分歧,计划已几经推迟。[1]

    1999年欧洲委员会的报告对伽利略系统提出了两种星座选择方案:

    一是21+6方案,采用21颗中高轨道卫星加6颗地球同步轨道卫星。这种方案能基本满足欧洲的需求,但还要与美国的GPS系统和本地的差分增强系统相结合。

    二是36+9方案,采用36颗中高轨道卫星和9颗地球同步轨道卫星或只采用36颗中高轨道卫星。这一方案可在不依赖GPS系统的条件下满足欧洲的全部需求。该系统的地面部分将由正在实的欧洲监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。

    为了降低全系统的投资,上述两个方案都没有被采用,其最终方案是:系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成,其中27颗工作星,3颗备份星。每次发射将会把5或6颗卫星同时送入轨道。

    新华网巴黎10月21日电(记者舒适)法国巴黎时间21日12时30分(北京时间18时30分),俄罗斯“联盟”运载火箭携带欧洲伽利略全球卫星导航系统首批两颗卫星,从法属圭亚那库鲁航天发射中心发射升空。

    伽利略系统是由欧盟主导的新一代民用全球卫星导航系统,耗资超过30亿欧元。系统由两个地面控制中心和30颗卫星组成,其中27颗为工作卫星,3颗为备用卫星。卫星轨道高度约2.4万公里,位于3个倾角为56度的轨道平面内。

    此次发射成功后,欧洲航天局计划明年再发射两颗卫星,并在随后几年内陆续发射其他26颗卫星,以完成卫星导航系统的构建。欧洲阿丽亚娜公司将负责所有卫星的发射。

    目前全世界使用的导航定位系统主要是美国的GPS系统,欧洲人认为这并不安全。为了建立欧洲自己控制的民用全球卫星导航系统,欧洲人决定实施伽利略计划。伽利略系统的构建计划最早在1999年欧盟委员会的一份报告中提出,经过多方论证后,于2002年3月正式启动。系统建成的最初目标是2008年,但由于技术等问题,延长到了2011年。2010年初,欧盟委员会再次宣布,伽利略系统将推迟到2014年投入运营。

    与美国的GPS系统相比,伽利略系统更先进,也更可靠。美国GPS向别国提供的卫星信号,只能发现地面大约10米长的物体,而伽利略的卫星则能发现1米长的目标。一位军事专家形象地比喻说,GPS系统只能找到街道,而伽利略则可找到家门。

    伽利略计划对欧盟具有关键意义,它不仅能使人们的生活更加方便,还将为欧盟的工业和商业带来可观的经济效益。更重要的是,欧盟将从此拥有自己的全球卫星导航系统,有助于打破美国GPS导航系统的垄断地位,从而在全球高科技竞争浪潮中获取有利位置,并为将来建设欧洲独立防务创造条件。

    作为欧盟主导项目,伽利略并没有排斥外国的参与,中国、韩国、日本、阿根廷、澳大利亚、俄罗斯等国也在参与该计划,并向其提供资金和技术支持。伽利略卫星导航系统建成后,将和美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、中国北斗卫星导航系统共同构成全球四大卫星导航系统,为用户提供更加高效和精确的服务。

    2015年3月30日,欧洲发射两颗伽利略导航卫星,欲抗衡GPS。

    2019年7月14日,受与地面基础设施相关的技术问题影响,伽利略系统的初始导航和计时服务暂时中断。[2]

    体系结构/伽利略卫星导航系统 编辑

    卫星

    ·数量:30颗

    ·离地面高度:23,222公里(MEO)

    ·三条轨道,56°倾角(每条轨道将有九颗卫星运作,最后一颗作后备)

    ·卫星寿命:12年以上

    ·卫星重量:每颗675公斤

    ·卫星长宽高:2.7mx1.2mx1.1m

    ·太阳能集光板阔度:18.7m

    ·太阳能集光板功率:1500W

    全球设施

    空间段由分布在三个轨道上的30颗中等高度轨道卫星(MEO)构成,

    全球设施部分由空间段和地面段组成。空间段的30颗卫星均匀分布在3个中高度圆形地球轨道上,轨道高度为23616km,轨道倾角56°,轨道升交点在赤道上相隔120°,卫星运行周期为14h,每个轨道面上有1颗备用卫星。某颗工作星失效后,备份星将迅速进入工作位置,替代其工作,而失效星将被转移到高于正常轨道300km的轨道上。这样的星座可为全球提供足够的覆盖范围。

    地面段由完好性监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。伽利略系统的地面段主要由2个位于欧洲的伽利略控制中心(GCC)和29个分布于全球的伽利略传感器站(GSS)组成,另外还有分布于全球的5个S波段上行站和10个C波段上行站,用于控制中心与卫星之间的数据交换。控制中心与传感器站之间通过冗余通信网络相连。全球地面部分还提供与服务中心的接口、增值商业服务以及与“科斯帕斯-萨尔萨特”(COSPAS-SARSAT)的地面部分一起提供搜救服务。

    区域设施

    区域设施由监测台提供区域完好性数据,由完好性上行数据链直接或经全球设施地面部分,连同搜救服务商提供的数据,上行传送到卫星。全球最多可设8个区域性地面设施。

    局域设施

    有些用户对局部地区的定位精度、完好性报警时间、信号捕获/重捕等性能有更高的要求,如机场、港口、铁路、公路及市区等。局域设施采用增强措施可以满足这些要求。除了提供差分校正量与完好性报警外(≤1s),局域设施还能提供下列各项服务:

    商业数据(差分校正量、地图和数据库);

    附加导航信息(伪卫星);

    在接收GSM和UMTS基站计算位置信号不良的地区(如地下停车场和车库),增强定位数据信号;

    移动通信信道。

    用户

    用户端主要就是用户接收机及其等同产品,伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统,因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。

    服务中心

    服务中心提供伽利略系统用户与增值服务供应商(包括局域增值服务商)之间的接口。根据各种导航、定位和授时服务的需要,服务中心能提供下列信息:

    性能保证信息或数据登录;

    保险、债务、法律和诉讼业务管理;

    合格证和许可证信息管理;

    商贸中介;

    支持开发应用与介绍研发方法。

    应用服务/伽利略卫星导航系统 编辑

    基本服务

    导航、定位、授时。

    特殊服务

    搜索与救援(SAR功能)。

    扩展服务

    GNS在飞机导航和着陆系统中的应用铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业。

    进度安排/伽利略卫星导航系统 编辑

    定义阶段

    (1999-2000)

    该阶段已在2001年宣告结束。

    开发阶段

    (2001-2005)

    该阶段称为开发和在轨验证阶段,正在进行,主要工作有:

    汇总任务需求;

    开发2-4个卫星和地面部分;

    系统在轨验证。

    部署阶段

    (2006-2007)进行卫星的发射布网,地面站的架设,系统的整体联调。

    运营阶段

    (2008-)商业营运阶段,提供增值服务,资方获得收益。

    曾经推迟

    早在2002年,由于德国和意大利在领导欧空局实施"伽利略卫星导航计划"这个问题上一直争吵不休,导致欧空局的半数预算未能到位。

    伽利略计划一再推迟的原因其中有经济上的因素,欧洲面临经济危机的问题。经济危机前一段时间欧洲人确实对于伽利略的投入问题产生了很多分歧的意见,有些起伏。另外一个伽利略计划之所以滞后,很大一个原因还在于欧盟的政治体制,它由于多个国家之间需要长时间地磋商,这也导致了它进度推迟。 

    系统优势/伽利略卫星导航系统 编辑

    “伽利略”系统是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统,在2008年投入运行后,全球的用户将使用多制式的接收机,获得更多的导航定位卫星的信号,将无形中极大地提高导航定位的精度,这是“伽利略”计划给用户带来的直接好处。另外,由于全球将出现多套全球导航定位系统,从市场的发展来看,将会出现GPS系统与“伽利略”系统竞争的局面,竞争会使用户得到更稳定的信号、更优质的服务。世界上多套全球导航定位系统并存,相互之间的制约和互补将是各国大力发展全球导航定位产业的根本保证。

    “伽利略”计划是欧洲自主、独立的全球多模式卫星定位导航系统,提供高精度,高可靠性的定位服务,实现完全非军方控制、管理,可以进行覆盖全球的导航和定位功能。“伽利略”系统还能够和美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统实现多系统内的相互合作,任何用户将来都可以用一个多系统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的要求。

    “伽利略”系统可以发送实时的高精度定位信息,这是现有的卫星导航系统所没有的,同时“伽利略”系统能够保证在许多特殊情况下提供服务,如果失败也能在几秒钟内通知客户。与美国的GPS相比,“伽利略”系统更先进,也更可靠。美国GPS向别国提供的卫星信号,只能发现地面大约10米长的物体,而“伽利略”的卫星则能发现1米长的目标。

    卫星发射/伽利略卫星导航系统 编辑

    2011年“伽利略”卫星首发成功

    欧洲伽利略全球卫星导航系统———“伽利略计划”的首批两颗卫星2011年10月21日从位于法属圭亚那的库鲁航天中心成功发射升空。欧盟希望在2019年完成全部30颗卫星的发射,从而对全球卫星导航市场进行重新洗牌。

    第三颗和第四颗卫星2012年10月发射

    第三颗和第四颗“伽利略”在轨验证(IOV)卫星预计搭乘“联盟”火箭于10月发射升空。这些新卫星将加入2011年发射的首批两颗伽利略卫星,定位于距地23222千米高的中地球轨道。

    此举标志着该项目迈进了重要一步,因为它将完成IOV阶段所需的基础设施部署,并首次实现仅仅基于伽利略卫星进行地面定位估算。IOV阶段后将是继续按需部署卫星和地面段,最终实现“全面运行能力”,达到服务预期。

    首批22颗“全面运行能力”卫星目前正在德国建造,德国还将负责平台和最终卫星的集成。英国萨里卫星技术有限公司负责建造有效载荷。

    2012年10月12日,随着欧洲伽利略全球卫星导航系统第二批两颗卫星成功发射升空,该系统建设已取得阶段性重要成果。太空中已有4颗正式的伽利略系统卫星,将可以组成网络,初步发挥地面精确定位的功能。  

    这4颗卫星将组成一个微型网络以对系统进行初步测试,并确保今后发射的该系统其他卫星能准确进入预定轨道,正常运转。  

    伽利略系统于2016年12月15日投入使用

    截止2016年12月,伽利略导航系统在轨卫达到18颗星。德国《明镜》周刊15日报道称,伽利略卫星定位系统于2016年12月15日投入使用,并免费服务。[3]

    欧盟委员会和欧洲航天局表示,到2020年,伽利略卫星导航系统在轨卫星将达到30颗,届时将向全球提供定位精度在1~2m的免费服务和1米以内的付费服务。[4]

    重要意义/伽利略卫星导航系统 编辑

    不仅能使人们的生活更加方便,还将为欧盟的工业和商业带来可观的经济效益。更为重要的是,欧盟将从此拥有自己的全球卫星导航系统,这有助于打破美国GPS系统的垄断地位,从而在全球高科技竞争浪潮中获取有利地位,更可为将来建设欧洲独立防务创造条件。 

    中国参与/伽利略卫星导航系统 编辑

    蜜月期

    (2003年-2004年)中欧优势互补 反对单极世界

    2003年,欧洲人主动“邀请”中方加入伽利略全球卫星导航系统,中方欣然受之。

    欧洲把中国纳入,不仅使欧洲一些国家的领导人赚足了政治资本,也使“伽利略”计划捉襟见肘的财政状况得到极大缓解,更给“伽利略”进入中国诱人的市场打下了基础。

    2004年中欧正式签署技术合作协议,中方承诺投入2.3亿欧元的巨额资金。

    中欧在高端技术上的合作,实质上打破了美国主导的欧洲对华武器禁运,也相当于废弃了针对中国这样特定国家的欧美武器贸易条例(ITAR),为最终从法律层面解除对华武器禁运撕开了一个口子。

    转折期

    (2005年-2007年)欧洲政治转向联美排挤中国

    2005年,“伽利略”首颗“中轨道”实验卫星发射,标志着欧盟“伽利略”计划从设计向运转方向转变。

    然而,进入2005年,欧洲政治开始转向,亲美政治人物纷纷上台,欧洲航天局与美国“修好”。欧盟开始排挤中国。投入巨额资金,却得不到与之相称的对待,中国不但进不到“伽利略”计划的决策机构,甚至在技术合作开发上也被欧洲航天局故意设置的障碍所阻挡,中方十分不满。

    在此背景下,中国开始把注意力转移到“北斗系统”上。

    2007年发射的第四颗“北斗”一号导航卫星,替换了退役的卫星,“北斗系统”开始激活。

    到2007年底,中国成功发射了第一颗“中轨道”导航系统,标志着“北斗”系统在技术和规划上的重大突破。

    竞争期

    (2008年-2009年)“北斗”横空出世技压“欧系”卫星

    由于实质参与欧洲“伽利略”卫星导航系统受挫,中国决定“单干”。

    2006年11月,中国对外宣布,将在今后几年内发射导航卫星,开发自己的全球卫星导航和定位系统,到2007年底,有关覆盖全球的“北斗”二号系统计划浮出水面。

    直到2008年4月27日,“伽利略”系统的第二颗实验卫星才升空,此时距上次发射已经有差不多四年时间,比最初的计划推迟了整整五年。

    “北斗”二号横空出世,不仅使欧洲“伽利略”系统准备与美国GPS一争高下的愿望大打折扣,也冲淡了“伽利略”未来的市场前景。“北斗”二号在技术上比“伽利略”更先进,定位精度甚至达到0.5米级,令欧洲人深受震撼。另一方面,之前“伽利略”计划的推出,刺激了美国和俄罗斯加快技术更新,新一代GPS和新一代“格洛纳斯”的定位精度等技术指标均很快反超“伽利略”,“伽利略”逐渐丧失了技术相对领先的优势。

    按照国际电信联盟通用的程序,中国已经向该组织通报了准备使用的卫星发射频率,这一频率正好是欧洲“伽利略”系统准备用于“公共管理服务”的频率。

    频道是稀有资源。占得先机的美国和俄罗斯分别拥有最好的使用频率,中国所看中的频率被认为是美国和俄罗斯之后的“次优”频率。

    按照“谁先使用谁先得”的国际法原则,中国和欧盟成了此频率的竞争者。然而,中国在2009年发射三颗“北斗”二代卫星,正式启用该频率,而欧盟连预定的三颗实验卫星都没有射齐,注定败下阵来,失去对频率的所有权。

    伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时;特殊服务有搜索与救援(SAR功能);扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业。

    伽利略计划是欧洲于1999年初正式推出的旨在独立于GPS和GLONASS的全球卫星导航系统。目前全世界使用的导航定位系统主要是美国的GPS系统,欧洲人认为这并不安全。为了建立欧洲自己控制的民用全球导航定位系统,欧洲人决定实施“伽利略”计划。

    1996年7月23日,欧洲议会和欧盟交通部长会议制定了有关建设欧洲联运交通网的共同纲领,其中首次提出了建立欧洲自主的定位和导航系统的问题。这一共同纲领成为日后“伽利略计划”出台的基础。1999年1月13日,欧洲议会批准了由欧洲委员会提交的名为《建立一个欧洲联运定位和导航网:欧洲全球卫星导航系统发展战略》的报告。

    1999年2月10日,欧洲委员会在其名为《伽利略(Galileo)——欧洲参与新一代卫星导航服务》的报告中首次提出了“伽利略计划”。计划分为4个阶段:论证阶段(2000-2001),论证计划的必要性、可行性以及落实具体的实施措施;系统研制和在轨验证阶段(2001-2005);星座布设阶段(2006-2007);运营阶段(从2008年开始)其任务是系统的保养和维护,提供运营服务,按计划更新卫星等。

    该系统计划将由30颗中高度圆轨道卫星和2个地面控制中心组成,其中27颗卫星为工作卫星,3颗为候补。卫星高度为24126km,位于3个倾角为56度的轨道平面内,该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外,还有2个地面控制中心。当时预计系统于2008年建成,总投资36亿欧元,以商业运营的模式全部民用。

    伽利略系统由空间段、地面段、用户三部分组成。空间段由分布在3个轨道上的30颗中等高度轨道卫星(MEO)构成,每个轨道面上有10颗卫星,9颗正常工作,1颗运行备用;轨道面倾角56度。地面段包括全球地面控制段、全球地面任务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施、地面管理机构。

    伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时;特殊服务有搜索与救援(SAR功能);扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业。

    伽利略计划是欧洲自主、独立的全球多模式卫星定位导航系统,提供高精度,高可靠性的定位服务,实现完全非军方控制、管理,可以进行覆盖全球的导航和定位功能。伽利略系统能够与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统实现多系统内的相互合作,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的要求。伽利略系统可以分发实时的米级定位精度信息,这是现有的卫星导航系统所没有的。同时伽利略系统能够保证在许多特殊情况下提供服务,如果失败也能够在几秒钟内通知用户,对安全性有特殊要求的情况如运行的火车、导航汽车、飞机着路等,伽利略系统的应用就特别适合。这个民用系统将为海上和陆上交通提供极大的便利,将为欧洲公路、铁路、空中和海洋运输、欧洲共同防务甚至是徒步旅行者有保障地提供精度为1m的定位导航服务。

    与美国的GPS相比,伽利略系统更先进,也更可靠。美国GPS向别国提供的卫星信号,只能发现地面大约10m长的物体,而伽利略的卫星则能发现1m长的目标。一位军事专家形象地比喻说,GPS只能找到街道,而伽利略则可找到家门。

    尽管伽利略的预想目标很先进,但是目前伽利略计划的执行却出现了许多问题。由于欧盟成员国对该项目规模和投资一直存在分歧,因此使项目启动就耽搁了几个月的时间,后又因种种原因使该计划一延再延,欧空局(ESA)计划投资3000万欧元的抢占频率的GIOVE-A2也未能如期发射。欧洲有关官员称该计划的最后完成将延至2014年。

    伽利略系统作为欧洲欲与美国GPS抗衡的卫星导航系统,其技术先进性不言而喻,目前已经有实验卫星上天进行在轨测试,用欧洲人的话讲就是“已经上了卡车”,同时还在大力吸收合作伙伴。

    2003年9月18日,欧盟和中国草签了中国参与伽利略计划的协议。

    2004年10月9日,双方又签署了此项目的技术合作协议。参与“伽利略”计划是迄今为止我国与欧洲最大的合作计划,这标志着我国航天事业在国际合作领域迈出走向欧洲化的第一大步。我们既要加强目前进度良好的中欧合作关系,又要为将来双方导航系统在频率重叠、卫星共轨、干扰等可能出现的大量问题做好准备。

    新华网巴黎3月12日电(记者黄涵)总部位于巴黎的欧洲航天局12日说,欧洲伽利略卫星导航系统的4颗卫星当天成功完成首次地面定位,标志着该系统建设取得重要进展。

    欧航局的公报说,当天上午,欧航局位于荷兰诺德韦克的技术中心成功通过伽利略系统进行了地面经纬度和海拔高度定位,精度达10米至15米。这也是欧洲首次使用自己的卫星导航系统进行定位。欧航局伽利略项目经理哈维尔·贝内迪克托说,这一成功是伽利略导航系统全面测试的一项基本步骤。

    伽利略系统首批两颗卫星在2011年10月发射,目前太空已有4颗卫星,可以组网进行地面三维定位。

    按规划,欧洲伽利略卫星导航系统将由两个地面控制中心和30颗卫星组成,其中27颗为工作卫星,3颗为备用卫星。目前的4颗卫星组成的微型网络正处于测试阶段,预计将在2014年底初步投入运营。作为这一项目的主要牵头机构,欧航局计划在今年下半年再发射4颗卫星。

    国际参与/伽利略卫星导航系统 编辑

    中国于2003年9月加入「伽利略计划」,并将在往后几年间投资2.3亿欧元。

    2004年7月,以色列与欧盟签订协议,成为「伽利略计划」的合作伙伴。

    2005年6月3日,欧盟与乌克兰草签了一份协议,让乌克兰加入「伽利略计划」。

    9月7日,印度也与欧盟签约,加入「伽利略计划」,参与建设基于欧洲地球同步卫星导航增强服务系统(EGNOS)的区域增强系统。

    2006年9月9日,韩国同欧盟签订了有关韩国参与伽利略计划的协定。12月12日,欧盟与摩洛哥签署了伽利略计划的合作协议。

    除此之外,不少国家如阿根廷、澳大利亚、巴西、加拿大、智利、日本、马来西亚、墨西哥、挪威、巴基斯坦、俄罗斯等,也有可能加入「伽利略计划」。

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    参考资料
    [1]^引用日期:2019-07-17
    [2]^引用日期:2019-07-17
    [3]^引用日期:2019-07-17
    [4]^引用日期:2019-07-17

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