“伽利略”卫星导航系统综述

众所周知，全球卫星导航的发端是美国的军用全球卫星导航系统GPS，它可为美国军事用户提供高精度的定位服务，同时也为其他用户提供低精度定位服务。为了服务其军事战略目的，GPS可以在其军用信号（M波段）不被干扰的情况下关闭民用信号。欧盟担心美国会在政治冲突中禁止其他用户使用GPS信号，所以在1999年初正式推出“伽利略”计划，部署新一代定位卫星，旨在创建一个向所有用户开放的民用全球卫星导航系统。

“伽利略”卫星导航系统由欧盟通过欧洲空间局和欧洲导航卫星系统管理局建造，总部设在捷克共和国的布拉格。该系统有两个控制中心，分别位于德国慕尼黑附近的Oberpfaffenhofen和意大利的Fucino。系统的所有地面站都位于欧洲境内，除了位于日本东京的比利时大使馆站点除外。

“伽利略”卫星导航系统目的之一是为欧盟国家提供一个自主的高精度定位系统，该系统独立于俄罗斯的格洛纳斯系统和美国的全球定位系统（GPS），在这些系统被关闭时，欧盟就可以使用伽利略系统。该系统的基本服务（低精度）是提供给所有用户免费使用的，高精度定位服务仅提供给付费用户使用。伽利略系统的目标是在水平和垂直方向提供精度1米以内的定位服务，并且在高纬度地区提供比其他系统更好的定位服务。

“伽利略”卫星导航系统是中地轨道搜救卫星系统的一部分，可提供一种新的全球搜救方式。“伽利略”卫星安装有转发器，可以把求救信号从事故地点发送到救援协调中心，救援协调中心就会开始组织救援。同时，该系统还会发射一个返回信号到事故地点处，通知求救人员他们的信号已被收到，相应的救援也正在展开。而当时的全球卫星搜救系统是不具备反馈信号功能的，所以“伽利略”卫星导航系统的这个发消息功能被认为是对全球卫星搜救系统的一个重要升级。2014年，研究人员对伽利略系统的搜救功能进行了测试，该系统是作为当时的全球卫星搜救系统的一部分工作的，测试结果显示，该系统对77%的模拟求救位置定位精度在2千米以内，95%的求救位置定位精度在5千米以内。

因为卫星的确切位置是已知的，所以接收器可以基于从至少三个卫星接收的信号的时间差来计算其自己的位置。卫星信号在不到十分之一秒的时间内到达接收器。为了准确地测量时间差，卫星导航使用特殊编码的伪随机噪声信号。原子钟确保每颗卫星在与其余卫星完全相同的时刻发送自己的PRN代码。

欧盟促进围绕导航系统创建新服务。例如，eCall--在发生道路交通事故时呼叫紧急服务的紧急系统，可以使用“伽利略”卫星导航系统来提供车辆的位置。导航系统所基于的准确时间检测也可用于同步网络。

“伽利略”卫星导航系统的第一颗试验卫星GIOVE-A于2005年12月28日发射，第一颗正式卫星于2011年8月21日发射。该系统计划发射30颗卫星，截止2016年5月，已有14颗卫星发射入轨。伽利略系统于2016年12月15日在布鲁塞尔举行激活仪式，提供早期服务，并于2017年到2018年提供初步工作服务，计划最终于2019年具备完全工作能力。

自2016年底以来，伽利略一直在发送导航信号。现在有一系列与“伽利略”卫星导航系统配套使用的用户设备。

2018年7月25日，欧洲空间局在法属圭亚那的Kourou站点用Ariane5火箭为欧洲“伽利略”卫星导航系统发射了最后4颗卫星（此次发射的4颗“伽利略”导航卫星名为Tara、Samuel、Anna、Ellen，编号为23—26，本次发射任务也是ES构型的谢幕之旅，下一次发射将会采用Ariane6执行）。这标志着自首星（2005年）发射的13年后该系统最终完成。

即将装载的4颗“伽利略”导航卫星

已经装载好，等待扣上整流罩的4颗“伽利略”导航卫星

本次“伽利略”导航卫星发射任务也是ES构型的谢幕之旅

太空中逐次分离的4颗“伽利略”导航卫星

这四颗卫星将于今年年初投入运营，届时“伽利略”导航系统将最终完工。在最后这次发射之前，太空中已有22颗“伽利略”导航卫星，但其中一颗卫星发生故障，另一颗已进入休眠模式，如果24颗中的1颗发生故障，它就可以马上部署，以确保整个卫星导航系统的运行。

由于星载原子钟的脆弱性，所有的“伽利略”导航卫星都需要在使用15年后更换，因此首先发射的卫星将在两年内进行更换。

在“伽利略”卫星导航系统建设初期，该系统被看作是一个政府财政参与的私营项目，项目主管积极邀请中国加入，这样在短期内可以获得中国的投资，从长远看还能在中国的定位授时市场获得独特优势。2003年9月，欧盟邀请中国加入了“伽利略”计划，初步计划中国为该项目投资2.3亿欧元（约合23.4亿元人民币）。 然而，由于欧盟委员会的安全与技术独立性政策，中国实际上被伽利略系统排除在外，中国之前的投资也没有得到任何回报。2006年12月，中国选择独立自主开发北斗导航系统。

经历多年不懈努力发展，2018年12月27日，在国务院新闻办公室新闻发布会上，中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其正式宣布，北斗三号基本系统完成建设，开始提供全球服务，这是到目前为此精度最高的北斗卫星，其定位精度比现有卫星提高了2倍，预计将在2020年建成世界一流的卫星导航系统，向全球提供服务。这是中国将继美国与俄罗斯之后成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

有意思的是，据国际电信联通用程序，中国已通报准备使用北斗卫星发射频率，但这频率正好是“伽利略”卫星导航系统用于“公共管理服务”的频率。中国北斗卫星优先占用该频率，欧洲在竞赛中败下阵，失去频率所有权，中欧经过几轮谈判最终欧洲以妥协结束。有人说，如果欧洲想继续发展“伽利略”，就需要每年向中国缴纳巨额频段使用费，所以欧洲摆脱GPS的梦想破灭了……如此看来，确实有点意思。

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