《对“伽利略”卫星定位系统的综述。16号李铁》由会员分享，可在线阅读，更多相关《对“伽利略”卫星定位系统的综述。16号李铁（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、对“伽利略”卫星定位系统的综述07 通信 2 班 李铁 16 号一、欧洲“伽利略”卫星定位系统的由来欧洲航天业过去一直专注于卫星制造和火箭发射，避免参与美俄卫星定位系统等项目的竞争。如今欧洲几乎“全面出击”，尤以在卫星导航领域的“伽利略”计划引人瞩目，其中有深刻的经济和政治考虑。伴随着欧洲一体化进程，经济利益成了欧洲希望发展卫星定位系统的首要动机。航天工业被誉为“下金蛋的鸡” 。调查显示， “伽利略”项目将在渔业、农业、通信等民用领域形成巨额市场，仅在欧洲就可创造出约 14 万个就业岗位。它每年将带来 90 亿欧元的效益，仅出售各种航空和航海导航终端设备就可在 20082020 年间收入 15
2、0 亿欧元。该计划还将为欧洲带来巨大的社会效益。它作为未来交通管理和测量系统的核心部分，将是降低有关成本、产生宏观经济效益的关键。在公路导航系统应用方面，旅行时间、交通堵塞、大气污染和交通事故每减少 1，就会节约 2000 亿欧元；在民用航空方面，相应的数字约为 5 亿欧元。预计到 2020 年， “伽利略”计划的效益将达 740 亿欧元。 具体地说，欧洲发展“伽利略”卫星定位系统可以减少欧洲对美国军事和技术的依赖。从商业角度讲，要利用美国的全球定位系统，就要购买美国的信号接收设备，欧洲的航天工业如空中客车公司必须完全依赖美国系统。有了欧洲自己的卫星定位系统后，欧洲航天业就可以发展自己的卫星定
3、位用户，并出售设备。法国总统希拉克曾表示，没有“伽利略”计划，欧洲“将不可避免地成为附庸，首先是科学和技术，其次是工业和经济”。所以，欧盟顶着困难也要上。年月，“伽利略”卫星定位系统计划正式启动。项目概述 “伽利略”将是欧洲自己的全球导航卫星系统，可在民用部门控制下提供高度精确的、有保障的全球定位服务。它将与另两个全球卫星导航系统美国的“全球定位系统”(GPS)和俄罗斯的“全球导航卫星系统”(GLONASS)兼容。用户可利用同一接收机从不同组合的卫星获得定位信息。不过，通过把双频工作作为标准配置， “伽利略”将能提供高达米级的定位精度，而这是以往面向公众的系统从未达到过的。 除最极端的条件外，
4、 “伽利略”系统将保证各种条件下的服务可用性。若有卫星失效，系统可在数秒内通知用户。这使其适用于关系人身安全的各种场合，如列车和汽车驾驶及飞机着陆等。 作为所谓“伽利略试验台”(GSTB)的一部分，已升空的首颗试验卫星和随后将发射的另一颗试验卫星将检验一些关键性的技术。其后将有 4 颗工作星先行发射，以鉴定基础性的“伽利略”系统空间和相关地面段。在轨鉴定阶段完成后，将发射剩余的 26 颗卫星，使系统达到“全面运行能力”(FOC)。 全面部署后的“伽利略” 系统由 30 颗卫星组成，其中 27 颗为工作星，3 颗为在轨热备份星。按设计，卫星将分布在地球上空 23222 公里的圆形中地轨道(MEO
5、)面上，各轨道面相对于赤道面的倾角为 56 度。卫星全部部署到位后， “伽利略”的导航信号即便对纬度高达75 度(与北角对应)乃至更高的地区也能提供良好的覆盖。由于卫星数量多，星座经过优化，加上有 3 颗热备份星可用，系统可保证在有一颗卫星失效的情况下不会对用户产生明显影响。 该系统将在欧洲设立两座伽利略控制中心(GCC) ，以对卫星进行控制，并对导航任务进行管理。由 20 座伽利略传感器站(GSS)构成的一个全球网络所提供的数据将通过一冗余通信网传送给伽利略控制中心。控制中心将利用传感器站的数据来计算完好性信息，并对所有卫星和地面站时钟的时间信号进行同步。控制中心与卫星间的数据交换将通过所谓
6、的上行站来完成，为此将在全球各地建设 5 座 S 波段和 10 座 C 波段上行站。 “伽利略”系统还有一个特点，就是具有全球搜索与救援(SAR)功能。这项功能利用了现有的“科斯帕斯萨尔萨特” 搜救卫星系统。为实现这一功能，每颗卫星要配备一台能把遇险信号从用户发射机发给救援协调中心以启动救援行动的转发器。同时，该系统还能向用户发送信号，告知其所处险境已被探测到及救援工作已经展开。这项功能属于新发明，被认为是对现有系统的一项重大改进。现有系统不能向用户提供反馈信息。 关键技术时钟 “伽利略”计划使欧洲工业界得以涉足与高精度位置和时间确定相关的技术及其应用领域，并将推动卫星导航技术同正在为信息社会
7、开发的移动通信和交互服务等其它技术的融合。星上的两种原子钟铷原子频标钟和无源氢脉泽钟属于其中的关键技术。将为卫星提供时间基准的这两种时钟利用的是原子水平上的振荡，每天产生的时间误差将保持在百万分之几秒以内。 有人会问，时间为什么要如此精确?答案与光速有关。现今，我们已能通过测量导航卫星广播的信号到达我们所在位置所用的时间来确定我们在地球表面上的位置。信号是以光速传播的，这意味着我们要能非常准确地测定远远短于 1 秒的时间。为此，就需要精确地知道信号是何时离开卫星的，也需要精确地知道它是何时到达接收装置的。我们可以听听欧洲空间研究与技术中心(ESTEC)时钟专家和导航工程师佛朗哥埃玛的说法：“对
8、于导航来说，时钟是实现精确定位的决定性因素。以优于每小时 10 亿分之一秒的精度，伽利略卫星上的时钟将能以不到 45 厘米的误差进行定位，无论你身处地球上的什么位置。” “伽利略”系统的每颗卫星都将携带两台时钟，一台基于铷原子频标，另一台则利用无源氢脉泽(即微波激射器)。这两种时钟所用技术不同，但原理是一样的若将原子从一个能态跃迁到另一能态，则原子便会以极其稳定的频率辐射出相关的微波信号。这一频率对铷钟来说约为 6 吉赫，而对氢钟来说则约为 1.4 吉赫。星上其它装置可把这一频率作为非常稳定的基准，借以生成精确的信号，以供“伽利略”卫星播发。所广播的信号又可作为基准，使稳定性较差的用户接收机时
9、钟能不断地重设其时间。 欧空局选用铷钟和氢脉泽钟是因为它们可在数小时内保持很高的稳定性，同时也是因为相关技术能够应用到“伽利略”卫星上。若任由它们无限期地运行，其精度会发生漂移，所以需借助更稳定的地基基准时钟定期地对它们进行同步。这些地基时钟包括基于铯频标的时钟，其长期稳定性要远高于铷或氢脉泽钟。地面上的时钟还要生成所谓的“伽利略系统时间”。 二、欧洲“伽利略”卫星定位系统的现状欧洲伽利略全球卫星导航计划曾雄心勃勃想超越美国的 GPS，但在计划启动 5 年后，各企业却为利益分配问题陷入严重内斗，严重阻碍了系统的开发进度。2007 年，已经启动 5 年之久的欧洲伽利略全球卫星导航计划再次吸引了世
10、人的眼球。由于参与该计划的欧洲空间企业巨头们围绕利益分配问题的内斗导致这一工程进度一再延迟，忍无可忍的欧盟理事会于 2007 年 3 月 22 日发出了“最后通牒”，限期有关参与企业完成合同谈判，否则将可能失去游戏资格。 在 22 日举行的欧盟交通部长理事会会议上，举步维艰的伽利略计划成了焦点议题。会议认真研究了欧盟委员会负责交通事务的副主席雅克巴罗本月 14 日提交的有关伽利略计划开发阶段实施情况的报告，并发出“最后通牒”，责令参与伽利略计划开发阶段工程项目的各私营企业在 5 月 10 日前就组建单一联合母公司及公司总裁人选达成一致，以保证有关签订伽利略系统开发和运行许可权协议的谈判得以继续
11、。 与会的欧盟委员会副主席雅克巴罗表示，欧委会不会中止伽利略计划的实施，但如果现有的中标企业不积极回应，欧委会将考虑所有可能性，包括对系统开发工程重新招标。不过他同时缓和了语气：“我们还没走到这一步，我想各家企业会充分重视我们设定的这个最后期限的。 ” 伽利略计划搞不清谁当头，就像曲折的欧洲一体化进程本身一样，作为“欧洲工程”的伽利略计划在从政治雄心转化为实际行动的过程中不可避免地受到各种利益纷争的掣肘。早在计划启动之初，欧盟各国就围绕如何分摊启动费用龃龉不断。由于德国和意大利在“谁当领头人”的问题上互不相让，伽利略计划一度面临搁浅的危险。 这一问题解决后，伽利略计划很快又陷入新的危机。按照原
12、计划，伽利略系统应由以欧洲航天局为代表的公共监督机构和由私营企业组成的一家联合母公司共同开发，后者享有为期 20 年的伽利略系统开发运营特许权。经过复杂而艰难的招投标程序，欧洲航天局选定了 8 家空间行业集团，包括欧洲最大的航空航天和军工企业、空中客车公司的母公司欧洲宇航防务集团、法国泰雷兹公司和阿尔卡特朗讯公司、总部设在英国的国际海事卫星组织、意大利机械工业投资公司、西班牙公司和公司以及德国电信公司与德国航空航天中心组建的联合企业（TeleOp ） 。根据双方 2005 年 12 月签订的合同，各参与企业应在 2006 年底以前结束有关特许权分配协议的谈判，并组建一个单一的联合母公司并任命一
13、位可代表各企业做出最高决定的公司总裁。但随后的进展却让人大跌眼镜。 由于各企业迟迟未能就伽利略系统开发阶段的利益分配达成内部妥协，欧盟委员会负责交通事务的委员雅克巴罗致信欧盟主席国德国、欧洲议会以及 8 家公司，警告各方务必认清伽利略计划所面临的危机并呼吁各方加紧行动。信中没有说明造成工程进度一再延误的具体责任者，许可权分配协议谈判受阻的直接原因是西班牙公司对任务分配提出了更多要求，包括得到已经分配给法国、德国和英国公司的工程项目，在本国增建地面控制中心以及获得更多系统运营权。此外，一些参与方还对未来的伽利略系统能否给欧盟带来足够利润产生疑虑。巴罗的发言人承认，由于上述问题的存在，伽利略系统实
14、现商业运行的时间已经被推迟到了 2011 年甚至更晚。欧洲航天局于 2009 年 11 月 20 日说，欧洲伽利略全球卫星导航系统在法属圭亚那库鲁航天中心的地面站已于 19 日正式落成，它标志着该计划又向前迈进了一步。欧航局当天发表公报说，库鲁地面站的落成是伽利略计划在轨验证阶段的重要一步。在落成仪式上，伽利略计划负责人勒内奥斯特林克说，地面站建设与伽利略的卫星网络建设具有同等重要的作用，现在人们可以共同期待 2010 年年底首颗卫星的发射了。库鲁地面站由法国国家航天研究中心负责建设，它包括 1 个遥感、跟踪和指令站、1 个感应站和 2 个传输站。遥感、跟踪和指令站将被用来监控伽利略计划的卫星
15、；感应站主要用于接收系统卫星发出的信号；传输站用来向卫星传输导航指令。欧航局说，伽利略计划在轨验证阶段一共需要 18 个感应站、5 个传输站及 2 个遥感、跟踪和指令站。此外，欧航局还将在意大利的富奇诺和德国的上普法芬霍芬建立 2 个控制中心。届时，感应站会将收集到的数据源源不断地传回控制中心，控制中心随后通过传输站向卫星发出导航指令。伽利略计划共包括 30 颗正式卫星，第一颗将在 2010 年底由一枚俄罗斯火箭发射升空。三、欧洲“伽利略”卫星定位系统的前景可以说，伽利略开启时是信心十足，然而随着进展的不顺利，该计划一再推迟，伽利略卫星导航正式运营时间被一再推迟，从最初预计的 2008 年推迟
16、到 2011 年，最近又被推迟到 2014 年2010 年 1 月欧盟签署的合约，表示延迟已久伽利略系统终于有所突破，同时也标志着伽利略系统的性能会更加优秀，相比美国的 GPS 系统要更加可靠。根据欧盟委员会的估算，已经延期的欧洲“伽利略”卫星导航系统因为实际投入费用远远超出预期，可能陷入“财政无底洞”。德国政府的一份财政预算报告日前披露，欧盟委员会对伽利略计划的投入做了估算，认为这个卫星导航系统的建设还需要增加 15-17 亿欧元(139.6 亿-158.3 亿元人民币)，这远远超出了计划。欧盟委员会表示，增加的费用主要来自火箭发射费、安全保险费的提高，以及延期的费用，伽利略计划可能面临长期亏损。伽利略计划先期的财务统计显示，该工程长期以来入不敷出。欧盟委员会认为该计划未来平均每年的费用将达到 7.5 亿欧元(69.8 亿元人民币)，而现在的预算是每年
