伽利略衛星定位系統

伽利略衛星定位系統

伽利略定位系統(Galileo Positioning System),是歐盟一個正在建造中的衛星定位系統,有“歐洲版GPS”之稱,也是繼美國現有的“全球定位系統”(GPS)及俄羅斯的GLONASS系統外,第三個可供民用的定位系統。伽利略系統的基本服務有導航、定位、授時;特殊服務有搜尋與救援;擴展套用服務系統有在飛機導航和著陸系統中的套用、鐵路安全運行調度、海上運輸系統、陸地車隊運輸調度、精準農業。2010年1月7日,歐盟委員會稱,歐盟的伽利略定位系統將從2014年起投入運營。

計畫

伽利略定位系統標誌伽利略定位系統標誌

伴隨著眾多衛星定位導航系統的興起,全球衛星定位導航系統有了一個全新的稱呼:GNSS。當前,在這一領域最吸引人眼球的除了GPS外,就是歐盟和中國合作的“伽利略”導航衛星系統。

1996年7月23日,歐洲議會和歐盟交通部長會議制定了有關建設歐洲聯運交通網的共同綱領,其中首次提出了建立歐洲自主的定位和導航系統的問題。這一共同綱領成為日後“伽利略計畫”出台的基礎。

1999年1月13日,歐洲議會批准了由歐洲委員會提交的名為《建立一個歐洲聯運定位和導航網:歐洲全球衛星導航系統發展戰略》的報告。1999年2月10日,歐洲委員會在其名為《伽利略(Galileo)——歐洲參與新一代衛星導航服務》的報告中首次提出了“伽利略計畫”。

計畫分為4個階段:論證階段(2000年—2001年),論證計畫的必要性、可行性以及落實具體的實施措施;系統研製和在軌驗證階段(2001年—2005年);星座布設階段(2006年—2007年);運營階段(從2008年開始)其任務是系統的保養和維護,提供運營服務,按計畫更新衛星等。

目的

1、為用戶提供更準確的數據

2、加強對高緯度地區的覆蓋,包括挪威、瑞典等地區。

3、減低對現有GPS系統的依賴,尤其是在戰爭發生時。

背景

伽利略定位系統伽利略衛星效果圖

歐洲航天業過去一直專注於衛星製造和火箭發射,避免參與美俄衛星定位系統等項目的競爭。如今歐洲幾乎“全面出擊”,尤以在衛星導航領域的“伽利略”計畫引人矚目,其中有深刻的經濟政治考慮。

伴隨著歐洲一體化進程,經濟利益成了歐洲希望發展衛星定位系統的首要動機。航天工業一直被譽為“下金蛋的雞”。一項調查顯示,發展“伽利略”衛星定位技術每年將帶來90億歐元的效益,出售各種航空和航海導航終端設備可在2008年至2020年間收入150億歐元,這還不算各種太空探索、科學試驗間接帶來的效益以及可觀的衛星研製和發射市場。

此外,隨著歐洲經濟實力的壯大,歐盟的獨立意識大大增強,政治上越來越用一個聲音說話,安全上也力圖減少對美國的依賴。獨立探索太空以及與其他航天大國頻繁合作,正是實現這一目標的重要組成部分。所以,歐洲全力推進自己的各種航天計畫。

具體地說,歐洲發展“伽利略”衛星定位系統可以減少歐洲對美國軍事和技術的依賴。從商業角度講,要利用美國的GPS全球定位系統,就要購買美國的信號接收設備,歐洲的航天工業如空中客車公司必須完全依賴美國系統。有了歐洲自己的衛星定位系統後,歐洲航天業就可以發展自己的衛星定位用戶,並出售設備。

法國總統席哈克曾表示,沒有“伽利略”計畫,歐洲“將不可避免地成為附庸,首先是科學和技術,其次是工業和經濟”。2003年3月,“伽利略”衛星定位系統計畫正式啟動。

歷史

伽利略衛星定位系統伽利略衛星定位系統計畫效果圖

2003年5月26日,歐盟及歐洲航天局通過了伽利略計畫的第一部分,包括於1999年從法國德國義大利英國四國各自提出的不同概念中,經四國的工程師將之整合而成的共同概念設計。該系統主要是供民用,與設計作軍事用途的GPS系統不同,因美國保留可限制GPS的信號強度、準確度,以及把整組系統關閉的權力,因此當美國介入某場重大戰爭,民間有可能無法使用GPS。還有,美國政府是於2000年才開始放寬民間使用GPS系統的限制。理論上,歐洲的伽利略系統是不會把系統資源全部抽起作軍事用途,並會提供比GPS更準確的結果,到系統完工開放時,將會開放予全球的軍民共同使用。

2003年3月20日,美國聯同另外三個國家開始進攻伊拉克,使得歐盟加速去研發一組不受美國控制的定位系統。

歐盟及歐洲航天局於2002年3月接受了計畫的注資,並在2003年5月26日作總結報告,至2005年年底,其資金為11億歐元。該系統將使用30顆人造衛星,會於2006年至2010年間陸續發射升空,並將於2010年供民間使用。系統的總耗資將達30億歐元,包括在地球上的控制中心等內部架構,它們將會於2006年至2007年間建造。所需資金當中,將有近三分之二是來自私營公司及投資者,其餘三分一將由歐盟及歐洲航天局撥出。在系統開放使用時,使用支援伽利略的接收裝置將可使用,另外系統將提供收費的增值服務,包括免費服務沒有的加密數據、準確度及頻寬更高。

2004年6月,歐盟通過系統使用頻率的標準,將採用美國的“二進位偏置載頻1.1”標準,使歐美雙方軍力均可互相攔截對方系統的信號,從而無需把整組系統關掉。

2005年12月28日,格林尼治時間清晨5點19分,“伽利略”系統的首顆實驗衛星“GIOVE-A”由俄羅斯“聯盟-FG”火箭從哈薩克斯坦的拜科努爾航天中心發射升空。

2010年1月7日,歐盟委員會稱,歐盟的伽利略衛星導航系統將從2014年起投入運營。 由於因各成員國存在分歧,計畫已幾經推遲。

優勢

“伽利略”首顆實驗衛星假想畫面“伽利略”首顆實驗衛星假想畫面

“伽利略”系統是世界上第一個基於民用的全球衛星導航定位系統,在2008年投入運行後,全球的用戶將使用多制式的接收機,獲得更多的導航定位衛星的信號,將無形中極大地提高導航定位的精度,這是“伽利略”計畫給用戶帶來的直接好處。另外,由於全球將出現多套全球導航定位系統,從市場的發展來看,將會出現GPS系統與“伽利略”系統競爭的局面,競爭會使用戶得到更穩定的信號、更優質的服務。世界上多套全球導航定位系統並存,相互之間的制約和互補將是各國大力發展全球導航定位產業的根本保證。

“伽利略”計畫是歐洲自主、獨立的全球多模式衛星定位導航系統,提供高精度,高可靠性的定位服務,實現完全非軍方控制、管理,可以進行覆蓋全球的導航和定位功能。“伽利略”系統還能夠和美國的GPS、俄羅斯的GLONASS系統實現多系統內的相互合作,任何用戶將來都可以用一個多系統接收機採集各個系統的數據或者各系統數據的組合來實現定位導航的要求。

“伽利略”系統可以傳送實時的高精度定位信息,這是現有的衛星導航系統所沒有的,同時“伽利略”系統能夠保證在許多特殊情況下提供服務,如果失敗也能在幾秒鐘內通知客戶。與美國的GPS相比,“伽利略”系統更先進,也更可靠。美國GPS向別國提供的衛星信號,只能發現地面大約10米長的物體,而“伽利略”的衛星則能發現1米長的目標。一位軍事專家形象地比喻說,GPS系統,只能找到街道,而“伽利略”則可找到家門。

組成

衛星

伽利略衛星定位系統伽利略衛星定位計畫效果圖

該系統計畫將由32顆中高度圓軌道衛星和2個地面控制中心組成,其中27顆衛星為工作衛星,3顆為候補。衛星高度為24126km,位於3個傾角為56度的軌道平面內,該系統除了30顆中高度圓軌道衛星外,還有2個地面控制中心。當時預計系統於2008年建成,總投資36億歐元,以商業運營的模式全部民用。

伽利略系統由空間段、地面段、用戶三部分組成。空間段由分布在3個軌道上的30顆中等高度軌道衛星(MEO)構成,每個軌道面上有10顆衛星,9顆正常工作,1顆運行備用;軌道面傾角56度。地面段包括全球地面控制段、全球地面任務段、全球域網、導航管理中心、地面支持設施、地面管理機構。用戶端主要就是用戶接收機及其等同產品,伽利略系統考慮將與GPS、GLONASS的導航信號一起組成複合型衛星導航系統,因此用戶接收機將是多用途、兼容性接收機。

服務

免費的定位服務

藉助“伽利略”可實施自動交通指示,在事故盲點、道路轉彎處及危險路口及時提醒司機,提高交通安全。同時,在發生緊急事件時,醫療、消防、警察公共服務部門可以利用更準確信號及時到達目的地。

需要付費的商業服務

伽利略衛星定位系統模擬圖伽利略衛星定位系統模擬圖

隨著“衛星導航”能力的慢慢拓寬與深入,將拓展諸如移動通訊等新領域。儘可能開發聯網手機衛星定位的潛在用途,比如幫助使用者找到最近的旅館或者提款機。

用於高精度項目研究服務

為資料庫專營公司提供巨大商業契機。

特許經營服務,用於政府、軍隊

成為政府的大規模道路改建的參考工具,加強歐洲新航天交通的控制系統,可為飛行員及時調整飛行路線。

全球搜救服務

國際參與

中國

台北時間2005年12月28日13點19分由俄羅斯航天兵在哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場發射的“聯盟-FG”運載火箭,搭載著歐洲“伽利略”全球衛星定位系統第一顆實驗衛星升空。台北時間2005年12月28日13點19分由俄羅斯航天兵在哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場發射的“聯盟-FG”運載火箭,搭載著歐洲“伽利略”全球衛星定位系統第一顆實驗衛星升空。

目前(2010年)全世界使用的導航定位系統主要是美國的GPS系統,歐洲人認為這並不安全。為了建立歐洲自己控制的民用全球導航定位系統,歐洲人決定實施“伽利略”計畫。2003年9月18日,歐盟和中國草簽了中國參與“伽利略”計畫的協定。2004年10月9日,雙方又簽署了此項目的技術合作協定;因而引發美國媒體發出美國可能擊毀“伽利略”衛星的報導。可見,此項目不但具有極高經濟價值,也深具政治和軍事戰略意義。參與“伽利略”計畫是迄今(2010年1月)為止中國與歐洲最大的合作計畫。

其他國家

2004年7月,以色列與歐盟簽訂協定,成為“伽利略計畫”的合作夥伴。

2005年6月3日,歐盟與烏克蘭草簽了一份協定,讓烏克蘭加入“伽利略計畫”。9月7日,印度也與歐盟簽約,加入“伽利略計畫”,參與建設基於歐洲地球同步衛星導航增強服務系統(EGNOS)的區域增強系統。

2006年9月9日,韓國同歐盟簽訂了有關韓國參與伽利略計畫的協定。12月12日,歐盟與摩洛哥簽署了伽利略計畫的合作協定。

套用初探

GALILEO衛星定位技術在海洋工程中的套用

伽利略計畫的啟動,無疑會對全球產生重大的影響,對中國而言,該技術將對中國的國民經濟建設起到劃時代的影響。歐盟發展伽利略計畫,主要從商業、政治方面考慮,打破美國的壟斷,對於中國而言,由於關鍵技術被國外公司壟斷,主要從套用角度考慮。
海洋工程套用主要包括海岸工程(Coastal Works)以及近海工程支持(Offshore Support),前者主要套用範圍在40km以內,便於建設自己的基站,包括疏浚工程、基礎建設及維護(碼頭、港口等)、土地改造、海灘養殖、海岸帶管理等;近海支持主要套用在近海(離岸約500公里範圍內),一般需要建立廣域差分系統,包括石油天然氣、管道鋪設、通訊電纜以及光纜等相關的工程。此外,有關大洋調查,如礦產資源、大洋環境調查等。

伽利略計畫與中國的近海工程

伽利略計畫的實現,對於中國的近海工程,多了定位技術手段的選擇,但是,根據衛星定位技術的發展,差分定位技術,特別是廣域差分技術,已經被越來越多的部門套用,所以,應該致力於建設中國的基於衛星定位系統的廣域差分系統,滿足中國國民經濟建設的需要。
伽利略系統的出現,打破了美國GPS壟斷市場的局面,對於以套用為主的中國海洋工程定位市場,項目執行成本會因此降低許多,這是一件好事,但是,應該注意到國外的海洋勘探公司,在隨著中國加入WTO後,大舉進入中國市場,無疑增加了國內工程公司的競爭對手,必須藉助伽利略計畫,抓住機遇,把技術充分發揮出來,致力於廣域差分系統的建設和技術研究,依靠國內的優勢,使得自己的海洋勘探公司發展壯大,占領國內市場。

太空飛行器分類導航

太空飛行器,又稱空間飛行器、太空載具等,是指在地球大氣層以外的宇宙空間中,基本按照天體力學的規律運動的各種飛行器。
航天套用 間諜衛星 氣象衛星 太空探索
衛星導航系統
載人航天 太空人 航天計畫 運載火箭
太空飛行器 運載工具 太空梭 運載火箭
空間站 載人飛船 月球太空飛行器
空間探測器 人造衛星

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