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。 伽利略计划,实际上是一个
欧洲的全球导航服务计划。它是
世界上第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。
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GPS),但是欧洲还是顶着来自美国方面巨大打压,决心花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。利用
GPS系统提供定位的导弹或战斗机可以对地面目标进行精确打击,这给欧洲国家留下了深刻印象。
欧洲国家为了减少对美国GPS系统的依赖,同时也为了在未来的卫星导航定位市场上分一杯羹,决定发展自己的
全球卫星定位系统。经过长达3年的论证,2002年3月,欧盟15国交通部长会议一致决定,启动“
伽利略”导航卫星计划。
“伽利略”计划的总投资预计为36亿欧元,由分布在3个轨道上的30颗卫星组成。该系统与GPS类似,可以向全球任何地点提供精确定位信号。由于“伽利略”系统主要针对民用市场,因此在设计之初,设计人员就把为民用领域的客户提供高精度的定位放在了首要位置。与美国的GPS相比,“伽利略”系统可以为民用客户提供更为精确的定位,其定位精度可以达到1米,而GPS只能达到10米。
按照计划,第一颗用于测试的卫星在
哈萨克斯坦的
拜科努尔基地发射升空,2006年“伽利略”系统即可进行正式部署,2008年整个系统完工,正式为客户提供商业服务。
应用范围
“伽利略”系统主要用于民用领域,而且面对的是GPS这个运行超过20年的市场
垄断者,其市场开发的难度之大可想而知。因此,“伽利略”计划采用开放合作的模式,通过吸收合作伙伴来扩大市场份额。中国经济近年来快速发展,中国庞大的潜在用户群对于确保“伽利略”系统的成功具有重要意义,
中国从一开始就进入了欧洲的视线。
2000年,“伽利略”计划提出不久,
欧盟委员会副主席德
帕拉西奥在与当时的中国国务院总理
朱镕基会晤时就表示希望中国参与“伽利略”计划,得到了中国的积极回应。随后,中国同欧盟签署协议,在
北京成立了
中欧卫星导航技术培训合作中心,加强国内技术人员的培训和双边交流。而为了落实中方的责任与义务,中国成立了由多家公司参股的“伽利略”卫星导航有限公司。该公司作为国内的总承包商负责协调国内的相关单位和公司,完成中国在“伽利略”计划中所承担的任务。中国加入“伽利略”计划,对双方都是好事。从欧洲方面看,欧洲希望成为未来世界独立的一极,在世界事务中发挥积极的作用。通过与中国在空间技术上的合作,可以对美国的“单边主义”形成一定的牵制,所以在“伽利略”计划的合作中欧洲表现得更主动。而中国通过合作可以获得可观的经济收益,中国将向“伽利略”计划投资2亿欧元,根据比例获取相应收益。同时中国在整个系统的开发运作过程中可以提升该国的
技术,学习市场开发的经验,为该国开发独立的
卫星导航系统打下良好的基础。
主要服务
虽然提供的信息仍还是位置、速度和时间,但是伽利略提供的服务种类远比GPS多,GPS仅有
标准定位服务(SPS)和精确定位服务(PPS)两种,而Galileo则提供五种服务,这就是:公开服务(OS),与GPS的SPS相类似,免费提供;生命安全服务(SoLS);商业服务(CS);公共特许服务(PRS);以及搜救(SAR)服务。以上所述的前四种是伽利略的核心服务,最后一种则是支持SARSAT的服务。伽利略服务不仅种类多,而且独具特色,它能提供完好性广播;服务的保证;民用控制;局域增强。
伽利略的公开服务提供定位、导航和授时服务,免费,供大批量导航
市场应用。商业服务是对公开服务的一种增值服务,以获取商业回报,它具备加密导航数据的鉴别功能,为测距和授时专业应用提供有保证的服务承诺。生命安全服务,它可以同
国际民航组织(ICAO)标准和推荐条款(SARs)中的“垂直制导方法”相比拟,并提供完好性信息。公共特许服务是为欧洲/国家安全应用专门设置的,是特许的或关键的应用,以及具有战略意义的活动,其卫星信号更为可靠耐用,受成员国控制。伽利略提供的公开服务
定位精度通常为15-20m(单频)和5-10m(双频)两种档次。公开特许服务有局域增强时能达到1m,商用服务有局域增强时为10cm-1m。
市场前景
伽利略的推动力来源于应用用户和市场的需求,对于各种各样应用的认知和开拓,以及可能的经济和社会效益的全面分析,是伽利略定义阶段的基本任务。伽利略的特色及其与GPS兼容互动是它的成功的重要因素。市场研究和预测结果表明,至2020年伽利略的用户数量达到25亿个。其中90%的用户是在批量市场,是与GNSS接收机集成的
移动电话用户,以及车辆应用系统(telematics)用户。估计在伽利略正式投入全面运行四年后的2012年,Galileo/GPS兼容接收机已形成自然组合,并用于批量市场。到2010年卫星导航产品及其服务在欧洲的产值高达100亿欧元,至2020年则可达250亿欧元。预计导航产品的收入到2015年进入饱和期,其后的收入主要来自于服务。从长远看,
移动位置服务(LBS)将是伽利略成功的重头戏。
国际合作
伽利略是个全球性的系统,只有走国际合作的道路,才能达到其利益的最大化,这也是系统计划的基础。这种国际合作能强化系统和产业的know-how(经验)与实力,最大限度地降低技术和政治风险。自然的合作者当然是现有GPS和GLONASS的两个国家,美国与
俄罗斯。由于要实现与GPS的兼容和互动,欧洲己就一系列技术问题跟美国磋商。对于俄罗斯在开发与运作GLONASS上的经验,欧洲也十分重视。此外,伽利略还要和现有的卫星导航系统进行技术协调,国际合作对于地面设备的开发和建设均十分重要,更重要的是广泛的应用和市场拓展,都需要良好的
国际合作环境氛围。已有若干非欧洲国家涉足伽利略系统的定义、研究和产业发展的合作。
除了与美俄展开实质性的合作谈判外,
欧洲与中国经过近两年的准备,已于2003年5月16日正式开始中欧伽利略计划合作谈判。参与“伽利略计划”是迄今为止我国与欧洲最大的合作计划。“伽利略计划”总值36亿欧元,中国投资2亿欧元,约占5%。
建设项目
上世纪九十年代欧洲一直在积极筹划GNSS计划,并开始运作GNSS1中的EGNOS,到1999年正式提出GNSS2中的Galileo(伽利略)计划,并分成四个阶段来加以实施。这就是
系统定义阶段(1999-2001)、研发验证阶段(2002-2005)、系统部署阶段(2006-2007),以及系统运营阶段(2008-)。系统定义阶段由EC和ESA来实施,进入研发验证阶段则交由JU(
伽利略的系统基本投资约为32-34亿欧元,这个投资额相当于在欧洲建一个中小型机场,或者说是150km的高速公路的投入。在伽利略的定义阶段已由EC和ESA投入8000万欧元,在随后的2001-2007年间,还需要投入32.5亿欧元,按照公私合营法则,公私方分别承担总投入的50%左右。其中系统工程和管理的费用为2.9亿欧元,卫星和发射费用16.4亿欧元,地面段费用8.6亿
欧元,EGNOS集成费用0.6亿欧元,用户段费用1.3亿欧元,运营费用2.1亿欧元。在2008年正式投入全面工作后,每年需运营费2.2亿欧元,这不包括在32.5亿欧元的初始的集资中,而是由伽利略运营公司从接收机芯片的知识产权(IP)的提成和服务收费加以维持。伽利略公私合营机制的得意之处就在于此,非但基础建设不全是由公家来投,更重要的是系统建成后,长期需要支付的运营费也不需要公家再投入。应该说是一种经营上的创新。
系统构成
空间段
似乎只在“老三段”上增加了一个环境段,实际上其内涵都在变,并体现了与时俱进的精神,使系统变得更先进、更高效、更精密、更安全、更完善、更可靠。伽利略的空间段有位于中高度(MEO)30颗卫星构成,这些卫星分置于3个轨道面内,轨道高度为23616km,倾角为56度。卫星绕地球旋转一周的时间为14小时04分钟,卫星重量为625kg,在轨寿命15年,耗功1.5kw,发射频段为四个(包括SAR使用的
频段),工作信道(基本信号)达11个。
环境段
伽利略的环境段是新增的部分,实际上在GPS和GLONASS中都是隐含的部分,在伽利略中明确提升到最关键的组成部分中来,这是由于实用需求日益广泛和技术进步带来的结果,因为定位精度日益提高和可靠性更加重份量的客观需求,以及使用中遇到的各种各样的问题,必然要把这个环境段放到重要位置上加以考虑。环境段主要研究电离层、对流层、电波干扰和多径效应,以及它们的缓解技术和对策。
地面段
伽利略的地面段主要有伽利略控制中心(2个)、C波段任务上行站(5个)、伽利略上行站(5个,TT&C-S波段和ULS-C波段)、伽利略传感器站(29个),以及Delta完好性处理装置和任务管理办公室组成,它们之间由伽利略数据链路和伽利略通信网络进行连接,外面相关的部门还包括搜索救援(SAR)中心,EGNOS和世界协调时部门。伽利略控制中心分为四大系统:完好性处理系统,精密定时系统,轨道同步和定时系统,以及伽利略资源控制系统。后者又包括服务产品部、卫星控制部和任务控制部。
用户段
伽利略的用户段涉及到海陆空天各种应用领域,由于伽利略提供的服务及水平要比GPS多得多和高得多,所以对用户接收机的要求就更高更广更多,而且还应兼顾到与GPS的兼容互动。值得指出的是随着卫星导航的逐步深入人心,与各种电子设备的融合趋势锐不可挡,尤其在汽车电子领域和个人通信领域前景更为广阔。
计划介绍
主要目的
伽俐略计划将发射30颗在轨卫星以覆盖
地球的每一寸土地。它将使拥有卫星信号接收器的每一个人,
比如将该接收器与手机连接后,便能通过接收卫星信号从而确定其时间和空间位置。
计划时间
定义阶段:已经完成
开发阶段:2002-2005年
部署阶段:2006-2007年
商业运作阶段:2008年起
与GPS关系
一是竞争关系。伽俐略将成为GPS垄断卫星定位市场的有力竞争者。现有的GPS(美国系统)和GLONASS(
俄国系统)均是为军事目的而设计的系统。伽俐略将为全球提供服务,其精度将高于今日之GPS,且更可靠。特别是其民用设计目的将适应于各种不同的用户如公用事业、
商业服务、营救抢险等。
二是互补关系。协调互用基础设施将提供更高的精度和更可靠的安全保障。用户将同时接收GPS和伽俐略系统信号。
可行报告
1、总花费并不昂贵:开发和部署阶段的开销为33亿欧元,仅相当于150公里半城区(semi-urban)快车道造价,或仅为里昂-都灵
高速铁路主隧道单轨的花销。
2、运营上经济可行:产出/投入比为:4.6(20年);创造就业机会10万个;创造市场价值(market created)为:90亿欧元/年。
3、全社会都将受益:受益者并非只是计划的投资者。比如,改善航空交通将节省旅客时间、减少航空公司成本和降低飞机排放污染物等。
预算安排
伽俐略计划的总预算为33亿欧元。
开发阶段(2002-2005):需11亿欧元,欧共体和
欧空局已分别做好了5.5亿欧元的预算。
部署阶段(2006-2007):需21亿欧元,欧盟将为此安排预算,参与该计划的私营部门将提供资金补助。
运营阶段(2008年起):公共资金(public funding)将逐渐减少,到2015年,运营开销将由欧共体承担。在此商业运营阶段,公共资金将从系统的附加值服务和知识产权开发中获得回报。
执行机构
联合执行体是根据《欧盟条约》第171条之规定而首次成立的公司,从而使之成为伽俐略计划的公共和私人筹资以及有效管理的机构。其职能包括:——成立管理机构,制定工作计划、管理公共和私人资金、发布标书、通过欧空局发射第一批卫星、机构运营期限:2002-2005年、机构的组成成员:
欧洲投资银行;稍后,任何一家投资超过500万欧元的企业(中小企业的投资额为25万欧元)均可成为成员。
地面站落成
欧洲伽利略全球卫星导航系统(简称伽利略计划)在法属圭亚那库鲁航天中心的地面站已于2009年11月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;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。
重要意义
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。伽利略计划对于欧盟具有关键意义,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。