欧洲加利略卫星导航计划的应用及效益分析

“伽利略”与GPS两种卫星定位系统的比较分析“伽利略”卫星定位系统和GPS卫星定位系统是目前两种主流的卫星定位系统，本文主要介绍了两种卫星定位系统的系统组成，并对其进行了对比研究，讨论了“伽利略”卫星定位系统的先进性。

标签GPS卫星定位系统；“伽利略”卫星定位系统1、GPS卫星导航定位系统卫星1.1概述自从七五年第一颗人造卫星上天，六十年代的人造卫星导航技术，七十年代美国定方开始发展GPS卫星导航定位系统，直至1995年美国国防部宣布“GPS 已具备全部动作能力”。

GPS计划的实现历时23年，耗资200多亿元，前后共发射35颗卫星，目前仍在轨道上正常工作的有25颗卫星，它具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力，是美国第二代卫星导航系统，其特点是全天候、高精度、应用广，以及良好的保密性和抗干扰性。

它已成为美国导航技术现代化的重要标志。

1.2GPS系统的组成1.2.1 空间部分GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座，其由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上。

卫星轨道平面与地球赤道面倾角为55°，各个轨道平面的升交点赤经相差60°，轨道平均高度为200km。

卫星运行周期为11小时58分（恒星时），同一轨道上的各卫星的升交角距为90°，GPS卫星的上述时空配置，基本保证了地球上任何地点，在任何时候均至少可以同时观测到4颗卫星，以满足地面用户实时全天候精密导航和定位。

1.2.2地面监控部分由5个地面站组成：1个主控站，其位于美国本土科罗拉多州的联合空间执行中心；3个注入站，其分别设在印度洋的狄哥伽西亚、南大西洋的阿松森群岛和南太平洋的卡瓦加兰；5个监控站，其中4个与主控站、注入站重叠，另外一个设在夏威夷。

1.2.3用户设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成。

其主要功能是接收GPS卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单数据处理实现实时导航和定位，用后处理软件包对观测数据进行精密加工，以获取精密定位结果。

欧洲伽利略卫星导航计划的应用及效益分析一、市场卫星导航市场无论是从规模还是业务类型来说都非常巨大。

据有关机构估计，在2005～2025年这20年间，欧洲卫星导航用户设备市场规模可望达到880亿欧元，业务市场可达1120亿欧元，由伽利略计划带来的欧洲卫星导航设备出口市场估计约有700亿欧元。

因此，欧洲工业界可从卫星导航领域获得的市场规模共约2700亿欧元。

在未来数十年内市场仍会有显著的持续增长，从而使欧洲工业界能在最富活力的高技术市场之一参与国际竞争，进行成功的运作。

近几年来，在导航领域产生了许多新的市场增长点。

卫星导航市场的重点，已从民用航空和海事业务这样的传统应用领域转向公路交通应用。

超过77%的市场份额集中在公路交通部分，民航应用估计大约只占1%，海事及铁路应用还不到1%，但由伽利略计划提供的业务将增加三者的份额。

二、应用领域1.公路应用欧洲现在的交通状况正面临这样一个两难问题：汽车数量持续增长，移动性要求增加，但资源有限，不能相应地调整地面基础设施。

因此，建立一个基于卫星导航定位服务和基于补充性数据通信基础上的协调一致的交通管理系统成为解决这一问题的有效办法。

在基于卫星导航的交通管理系统内，用户的车载导航系统接收最新的交通及天气情况信息，结合自有的数据库、已知目的地和个人爱好选择最佳的行车路线和速度。

在卫星导航支持下的交通管制系统可以限制车辆进入某些特殊区域。

通过通行证或是付费方式获得进入许可则要取决于用户身份、车辆类型和时间等因素。

这是减少低效的城市交通和促进公交运输的最为有效的方法之一。

在公共汽车及私人车辆管理中，车队调度员可以调度通行中的车辆，调整车辆运行的频率并能以一种动态方式制订车辆运营计划。

紧急情况呼叫系统可在交通事故发生时向中心发送由伽利略系统确定的车辆的绝对位置信息。

将来卫星导航设备将成为几乎每辆汽车的标准配置。

2.民航卫星导航与适当的通信系统相结合，可以通过简化导航程序为飞机提供更短的航线和更快捷的进场通道，更加有效地利用现有的飞机及机场设施。

第24卷第11期2005年11月国外电子测量技术Foreign Elect ronic Measurement TechnologyVol.24,No.11Nov.,2005作者简介:李铁(1961-,男,工程师,从事靶场GPS 设备的研究与应用。

孙贵新(1967-,男,所长,工程师,从事靶场测量设备总体的应用研究。

综述“伽利略”卫星导航系统综述李铁孙贵新(中国人民解放军91550部队大连116023摘要:“伽利略”计划是欧盟为了打破美国的GPS 在卫星导航定位这一领域的垄断而启动的迄今为止欧洲将要开发的最重要的航天计划。

无论从技术角度、经济角度、还是从战略角度出发,该计划都具有极高的研究价值。

文章重点围绕“伽利略”系统的计划、体系结构、系统服务方式及中国加入“伽利略”卫星导航系统的重大意义进行了论述。

关键词:GPS G LONASS “伽利略”计划服务方式The summ arizing over the satellite navigation system of “G alileo ”Li Tie Sun GuixinAbstract :To break t he monopoly of GPS on t he field of Global Location and Navigation of Satellite ,“Galileo ”plan is p ut forward by European U nion ,which is t he foremost space plan so far.And f rom t he angle of technique ,economy and t he strategy ,t he plan is of great value to st udy.In t his paper ,t he plan of “Galileo ”is discussed in detail in all kinds of aspect s ,such as plan of system ,struct ure of system ,t he mode of service and also t he great significance of China getting into t he system.K eyw ords :GPS ,G LONASS ,mode of service ,plan of “Galileo ”.0引言卫星导航定位系统的成功产生,促进了卫星导航定位市场这一新兴产业的发展。

伽利略卫星导航系统的原理与应用伽利略卫星导航系统是欧洲太空局研制的全球卫星导航系统之一，目前已经完成了30颗卫星的组网。

其目的是为用户提供全球定位、速度和时间信息服务，提升欧洲航空交通、陆地和海洋运输、农业、安全等领域的精度和效率。

本文将从伽利略卫星导航系统的原理和应用两方面来介绍该系统。

一、原理伽利略卫星导航系统的工作原理是通过卫星发射的信号，接收地面用户设备进行计算得出自身的位置、速度和时间信息，以实现卫星导航定位功能。

具体来说，伽利略卫星导航系统的工作原理如下：1. 时钟校准：卫星上的高精度原子钟用来发射微波信号，地面用户设备接收卫星发射的信号后，通过计算得到卫星与地面的距离。

由于卫星信号在空间中传输需要时间，因此对时钟的精度要求很高，一旦出现误差可能会对定位精度产生较大影响。

2. 估算距离：由于伽利略卫星导航系统采用多星间差分定位技术，所以需要至少四颗卫星的信号才能定位。

地面用户设备通过分析接收到的多颗卫星信号，采用三角定位法来估算设备与卫星之间的距离。

3. 计算位置：地面用户设备根据接收到的卫星信号和估算的距离计算出自身的位置。

这里需要用到伽利略卫星导航系统的定位算法，目前主要有单点定位、差分定位和RTK定位等。

4. 密码解密：伽利略卫星导航系统还采用了信号加密技术，对外部用户进行限制。

地面用户设备需要接收卫星发出的特定解密码才能解密卫星信号，从而获得定位信息。

二、应用伽利略卫星导航系统的应用范围非常广泛，主要涵盖以下几个方面：1. 航空交通：航班的飞行轨迹、高度和速度等信息需要实时更新，伽利略卫星导航系统可以提供更高精度和更可靠的信息，同时还可以进行机场地面导航、机长决策和客舱舒适度等方面的优化。

2. 陆地运输：伽利略卫星导航系统在道路交通、物流配送和公共交通等领域也有着广泛的应用。

通过实时更新道路交通状况、实时监控物流运输，伽利略卫星导航系统可以提高交通流量、缩短配送时间和降低成本。

伽利略导航系统的特点与应用探讨伽利略系统是欧盟开展的第一个民用全球卫星导航系统,可提供高精度的定位服务,完全由非军方控制和管理。

它采用了最新科学技术,不仅在性能上高于美俄的定位系统,而且能与现有的卫星导航系统相互兼容,应用前景十分广阔。

标签：伽利略;卫星导航;全球定位1 伽利略导航系统简介Galileo系统是欧盟共同开展的第一个民用全球卫星导航系统,也是国际合作最为广泛的导航系统。

为了打破美国GPS和俄罗斯GLONASS垄断全球卫星导航系统的局面,能在未来的太空舞台上占领一席之地,经过多年的讨论协商,欧盟首脑于2002年初正式签署协议建设Galileo系统。

根据设计方案,Galileo系统星座将由30颗中轨卫星组成,轨道高度为23222公里,分布在倾角为56°的三个轨道平面上。

系统提供开放式服务、商业服务、生命安全服务以及公共特许服务等功能。

Galileo导航系统还能够接收频段为406.0-406.1MHz的遇难搜救信号,成为全球海上遇险安全系统的一部分。

1999年,来自欧盟的工程师就Galileo系统的各种概念达成共识,2003年5月26日正式通过Galileo第一期计划,2004年,欧盟和美国就Galileo导航系统和GPS 导航系统的兼容性问题达成一致意见。

计划从2006年至2010年期间共发射30颗卫星,于2010年投入运行,项目总预算约为34亿欧元,但由于经费问题,该计划的第一个使用阶段已经被推迟到2014年。

在Galileo系统的建设过程中,欧盟之外的许多国家也纷纷加入。

2003年9月,中国率先加入,并将向该项目投资2亿欧元;2004年7月,以色列成为Galileo大家庭中的一员;2005年之后,印度等国家也相继加入。

由于经济衰退和美国强烈反对,Galileo计划差一点胎死腹中,进度被一再延迟。

2 伽利略导航系统的特点伽利略导航系统在建设和维护过程中没有军方直接参与,将会成为第一个商业性质的卫星导航系统,这是Galileo系统的最大特点。

Galileo Programme and the Applications on MaritimeDong Hui Zhu Yisheng(Dalian Maritime University, 116026)Abstract Satellite navigation is coming more widespread across many different market sectors. Galileo, Europe's initiative for the GNSS(Global Navigation Satellite System) under civilian control欧洲自主开发的民用全球卫星导航系统GNSS(Global Navigation Satellite System)正受到广泛关注本文在简要介绍伽利略计划的基础上伽利略系统的结构及其在海事方面的应用做了进一步探讨GNSS GPS　一解决了大范围其设计初衷是用于定位和导航船由于卫星导航不仅具有全球性连续性和实时性的特点因而该技术随着不断的发展与完善何民用用户在任何应用领域都对信号的精度连续性及完善性提供服务保证Integrity Monitoring这将增加整个系统的安全性因为少于１０ｓ的报警耗时（Ｔｉｍｅ　Ｔｏ　Ａｌａｒｍ）会帮助一般商业用户对系统故障迅速做出反应允许对服务保证进行性能评定而是由于其它人为错误造成损失时这一点是GPS不能做到的Improved service performance and signal如GSM和UMTS网络这一需求对安全方面的应用是至关重要的Search and Rescue它将通过近乎实时的检测和仅仅几米的定位精度极大地改善现有搜救系统的性能俄罗斯的GLONASS的多系统内的相互合作使卫星导航的服务范围从５５％扩大到９５％此外也将极大提高对紧急需求响应的性能2003年9月18日中欧伽利略计划合作协议在北京草签在伽利略系统卫星导航定位和授时服务等方面开展广泛的合作二这些服务由伽利略系统与其它系统相互合作产生伽利略的服务分为以下四类Galileo satellite-only service且独立于其它系统(1) 公用服务OS (Galileo Open Service)免费为用户提供位置该服务适用于如汽车导航和与移动电话相结合的大众服务授时服务还可用于网络同步或其它科技应用如航海这一服务在全球范围内提供高水平的性能以满足用户群的需求遍及全球的服务还将提高一些全球运行公司的效率(3) 商业服务CS (Commercial Service)允许专业应用的开发预期的应用基于以下两点l 对增值服务以500bps的速率分发数据l 播发在频率上与公用服务不同的两个信号如无线通讯网络(4) 公共管理服务PRS (Public Regulated Service)通过运用适当的干扰技术OS更高水平的服务(5) 支持搜救服务SAR (Search and Rescue Service)是伽利略计划在人道主义搜救活动中与国际COSPAS-SARSAT 的合作努力商业服务以满足用户在精度可用性及本区域通讯的更高要求l 区域精确导航服务(Local Precision Navigation Service)l 区域高精度导航服务(Local High-Precision Navigation Service) l 区域辅助导航服务(Local Assisted Navigation Service) l区域这些用户主要是专门用户和对生命安全有特殊要求的用户EGNOS将是伽利略未来应用开发的早期工具l 测距服务　EGNOS 同步卫星将为GPS 等的测距源提供附加服务l 宽区域差分修正　EGNOS 将提高GPS 和GLONASS 所提供的差分修正精度提供这一质量控制服务对安全应用是至关重要的因此可提供许多与其它系统的合作服务GLONASS这些系统与伽利略有许多共同的特性此外l 与非GNSS 系统的合作可克服与现有其它GNSS 合作的弱点在定位方面(如罗兰移动通信网络(如GSM 运动传感器(如里程表在与导航相关的通信服务方面INMARSAT)合作伽利略系统的结构开放服务 (OS)商业服务 (CS) 公共管理服务(PRS) 人命安全服务 (SoL) 覆盖区域 全球 全球 局域 全球 局域 全球 精度 水平(h) 垂直(v)h = 4m v = 8m (双频) h = 15m v = 35m (单频)< 1m (单频)< 10cm (局域增强信号)h = 6.5m v = 12m1m (局域增强信号)4-6m (双频)可用性 99.8% 99.8% 99-99.9% 99.8% 完善性无增值服务有有根据伽利略系统所提供的服务如图1所示为全球设施部分 这部分是指仅与伽利略卫星服务相关的部分空间部分伽利略空间部分由30颗MEO 卫星星座组成卫星轨道半长轴为29,994km轨道倾角56°1颗备用卫星每颗卫星都有一个工作平台每个卫星都将播发精确的与时钟同步的时间信号(2) 卫星信号连续不断地发射信号是卫星提供服务的基础占用三个频段1215MHz(E5a 和E5b)1360MHz(E6)和1559L1伽利略卫星提供的第11个信号是用于SAR 服务的频段为4061545MHz 频段的信号下行传送给COSPAS-SARSAT 地面站表2　卫星信号与相应的服务信号编号 名称 数据 中心频率(MHz) Chip rate Mchip/s 测距码加密 Data rate 符号/秒数据加密相关服务1 E5a-I 有 1176.45 10 未加密 50(25) 未加密OS/SoL2E5a-Q无1176.4510 未加密无数据3 E5b-I 有1207.14 10 未加密250(125) 部分加密OS/SoL/CS4 E5b-Q 无1207.14 10 未加密无数据CS8 E2-L1-E1-A 有1575.42 M 商业tbd 加密PRS9 E2-L1-E1-B 有1575.42 2 未加密250(125) 部分加密OS/SoL/CS10 E2-L1-E1-C 无1575.42 2 未加密无数据卫星控制是通过利用TT任务控制将全面控制导航任务的核心功能(卫星定轨通过MEO卫星在报警时限内发出警告2以实现某些性能如D-DNSS C和UMTS为广大用户提供增强的系统性能EGNOSEGNOS系统是一个GPS广域差分增强系统它通过设在地面的参考站同时接收GPS和GLONASS两个导航定位系统信息得到GPS差分信息用户利用这些信息对本机接收到的导航卫星信息施加差分改正广域差分增强系统克服了在地面建差分信号发布站的庞大建设和维护费用又可以一定的精度满足众多领域的导航需求用户部分用户部分将接收和处理伽利略信号及来自其它系统的信号以获得伽利略的服务要获得伽利略的所有服务这些功能包括如GALILEO接收机l 与其它系统协同工作与伽利略系统相关的外部系统l 与伽利略系统相关的外部系统是指非欧洲完善性部分和搜救系统与伽利略全球设施部分的交互应用其地面部分主要确定伽利略系统在本地区的完善性四每天都有大量的船只在世界各地航行安全和海上运输的优化是非常重要的海洋测绘和石油与天然气开发等其它海上活动带来革新与进步的基本工具完善性务保证和高可用性等新特性　１船只航行的任一阶段岸区　l 近海导航　GALILEO/GPS 接收机的高精度与信号可用性是海上导航的理想工具伽利略信号中的完善性信息将增加船舶定位计算的可信度伽利略将是运行自动识别系统(AIS)和船舶交通管理系统的辅助手段AIS 依赖于卫星导航从而提高航行安全和船只跟踪能力特别是天气条件恶劣时在一些能见度不好的环境中港口的局域设施与通信设施的连接伽利略的局域设施将改善导航服务的精度和可用性　l 内河航运　卫星可为内河航运提供精确的导航信息包括河流和运河的航运伽利略将提高卫星导航的可用性为可靠安全地运用自动船舶导航和交通管理提供保障海道勘测和海上工程卫星导航已彻底改变了海道测量无需其它设备就可进行勘测像捕捞和港口与水路的维护管道及电缆铺设例如３潮汐及水流观测等提供有力的工具可帮助科学家将得到的信息与由其它方式以更为全面和综合的方法研究海洋海上搜救　伽利略系统将提供国际搜救服务SARSAT 系统的性能一般为几公里而且不能实时报警遇险信标的位置可确定在几米的范围内这将增大遇险者的生还可能5捕鱼时可帮助鱼网定位货物监测以及装缷进度都可由伽利略进行优化卫星导航已用于驳船的自动领航 五微电子技术和计算机技术相结合的产物其应用已遍及海洋空中和空间各个领域跨行业效率高的综合性而伽利略计划的实施改善其服务质量中国科技论文在线_______________________________________________________________________________参考文献　1The Galileo Project - GALILEO Design consolidationhttp://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/documents/technical_en.htm 3Galileo Mission High Level Definitionhttp://www.esa.int/export/esaSA/navigation.html5。

伽利略计划欧洲伽利略系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统，按照规划伽利略计划将耗资约27亿美元，系统由30颗卫星组成，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星，卫星高度为24126公里，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。

基本介绍 伽利略计划，实际上是一个欧洲的全球导航服务计划。

它是世界上笫一个专门为民用目的设计的全球性卫星导航定位系统，与现在普遍使用的GPS相比，它将更显先进、更加有效、更为可靠。

它的总体思路具有四大特点：自成独立体系；能与其它伽利略计划的GNSS系统兼容互动；具备先进性和竞争能力；公开进行国际合作。

欧洲伽利略系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统，按照规划伽利略计划将耗资约2 7亿美元，系统由30颗卫星组成，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。

卫星高度为24126公里，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。

历史背景 欧美关系一向甚笃，美国又一再表示可以给欧洲提供最好的GPS服务(含军用的PPS)，但是欧洲还是顶着来自美国方面巨大打压，决心化大本钱去建设自己的伽利略系统，因为新欧洲正在形成和发展过程中，需要有大项目大工程来振奋人心士气，增强欧洲的凝聚力和向心力，强化独立于美国的精神，打破美国的独霸的一统天下的单极世界，营造更有发言权的多伽利略计划极世界，伽利略就是一张举足轻重的牌，是一张颇具显示度的牌。

同时，伽利略又是现代科学技术，特别是空间技术及其应用技术的一种全面的大组合大集成大展现，会在很大程度上实现一系列技术领域的突破和创新，执行业和产业技术发展的牛耳。

随着伽利略系统的建设和运作，一系列新服务和新应用的排比展开，会带来巨大的经济和社会效益，能增加10万人的就业机会，至2010年后，在欧洲每年形成超过100亿欧元的设备和服务的产值。

主要内容 在上世纪90年代的局部战争中，美国的GPS出尽风头。

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2008～2020年间收入150亿欧元。

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ＧＰＳ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。

２００３年３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。