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发信人: dxmxqe (在等待●李登辉同志永垂不朽), 信区: Aero
标 题: 欧洲的伽利略卫星导航系统介绍
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat Nov 22 21:02:22 2003), 站内信件
作 者：魏晨曦 韦荻山 汪琦
网络编辑：中国航天工程咨询中心_赵丽荣
1999年欧洲委员会的报告对伽利略系统提出了两种星座选择方案：一是21＋6方案，采
用21颗中高轨道卫星加6颗地球同步轨道卫星。这种方案能基本满足欧洲的需求，但还要与
美国的GPS系统和本地的差分增强系统相结合。二是36＋9方案，采用36颗中高轨道卫星和
9颗地球同步轨道卫星或只采用36颗中高轨道卫星。这一方案可在不依赖GPS系统的条件下
满足欧洲的全部需求。该系统的地面部分将由正在实施的欧洲监控系统、轨道测控系统、
时间同步系统和系统管理中心组成。
为了降低全系统的投资，上述两个方案都没有被采用，其最终方案是：系统由轨道高
度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。每次发射将会把5或6颗卫星
同时送入轨道。伽利略系统星座如图1所示。
一、卫星部分
卫星设计的主要数据如下：
外形尺寸： 27m×12m×11m； 发射质量：625kg；
功率：15kW；
设计寿命：15年；
有效载荷：2对铷钟和氢脉冲钟，搜索救援载荷。
每颗卫星都将搭载导航载荷和一台搜救转发器。
二、伽利略系统体系结构
伽利略系统由全球设施、区域设施、局域设施和用户及服务中心5部分组成，如图3所
示。
1、全球设施
全球设施部分由空间段和地面段组成。空间段的30颗卫星均匀分布在3个中高度圆形地
球轨道上，轨道高度为23616km，轨道倾角56°，轨道升交点在赤道上相隔120°，卫星运
行周期为14h，每个轨道面上有1颗备用卫星。某颗工作星失效后，备份星将迅速进入工作
位置，替代其工作，而失效星将被转移到高于正常轨道300km的轨道上。这样的星座可为全
球提供足够的覆盖范围。
地面段由完好性监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。伽利
略系统的地面段主要由2个位于欧洲的伽利略控制中心（GCC）和29个分布于全球的伽利略
传感器站（GSS）组成，另外还有分布于全球的5个S波段上行站和10个C波段上行站，用于
控制中心与卫星之间的数据交换。控制中心与传感器站之间通过冗余通信网络相连。全球
地面部分还提供与服务中心的接口、增值商业服务以及与“科斯帕斯－萨尔萨特”（COSP
AS－SARSAT）的地面部分一起提供搜救服务。
2、区域设施
伽利略系统是全球导航系统，完好性监测遍布全球。但系统设计允许引入区域性地面
设施。区域设施由监测台提供区域完好性数据，由完好性上行数据链直接或经全球设施地
面部分，连同搜救服务商提供的数据，上行传送到卫星。全球最多可设8个区域性地面设施
。
欧洲静地导航重叠业务(EGNOS)系统通过地球静止卫星播发GPS和GLONASS的完好性信息
与差分校正量。
3、局域设施
有些用户对局部地区的定位精度、完好性报警时间、信号捕获／重捕等性能有更高的
要求，如机场、港口、铁路、公路及市区等。局域设施采用增强措施可以满足这些要求。
除了提供差分校正量与完好性报警外（≤1s），局域设施还能提供下列各项服务：
商业数据（差分校正量、地图和数据库）；
附加导航信息（伪卫星）；
在接收GSM和UMTS基站计算位置信号不良的地区（如地下停车场和车库），增强定位
数据信号；
移动通信信道。
4、用户
接收机是伽利略系统中一个重要环节。根据市场的需求，有各种不同类型的接收机利
用伽利略系统的各种信号实现不同的服务。伽利略接收机还应有外部辅助系统（GPS、GLO
NASS和罗兰等）接口，可组成综合服务。
5、服务中心
服务中心提供伽利略系统用户与增值服务供应商（包括局域增值服务商）之间的接口
。根据各种导航、定位和授时服务的需要，服务中心能提供下列信息：
性能保证信息或数据登录；
保险、债务、法律和诉讼业务管理；
合格证和许可证信息管理；
商贸中介；
支持开发应用与介绍研发方法。
三、频率与信号设计
伽利略系统的频率与信号设计工作尚未最后完成，截至2002年4月，基本确定有10种右
旋圆极化导航信号，占用4个频段，分别为1164～1214MHz（E5a和E5b），1260～1300MHz（
E6）和1559～159lMHz（E2－L1－E1）。伽利略的载波频率与频谱有一部分与GPS或GLONAS
S重合。
伽利略系统的所有卫星工作在同样的载频上，各颗卫星利用与GPS兼容的码分多址接入
。10种导航信号中有6种供广大伽利略用户使用，它们是E5a、E5b和L1载频上的开放服务（
OS）和生命安全服务（SoL），其中3个正交频道是无数据频道（测距码未经数据调制），
称为辅助频道。E6载频上的两个信号是加密测距码，其中一个是无数据信道，通过商业服
务供应商供专门用户使用。最后两个信号是E6和E2－L1－E1载频上的加密测距码和数据，
只供公共管理服务的特许用户使用。
1、调制方式
对各种伽利略载波频率采用不同的调制方式。
（1）E5a和E5b载频调制
E5a载频由50sps导航数据流来调制，经测距码CI（E5a）和CQ（E5b）扩频。E5b载频的
调制方式相似，只是数据率为250sps。E5a和E5b载频的两个正交信道I信道和Q信道上的测
距扩频码的码元速率均为10.23MHz。
（2）E6载频调制
E6载频信号包含3个信道，目前考虑采用修正6相调制，以时分多址接入方式在同一载
频上发射。
（3）E2－L1－E1载频调制
L1载频信号也包含3个信道，调制方式与E6相同，也考虑用时分多址方式接入。
2、伽利略系统扩频码
伽利略系统的一个重要特性是在导航信号中采用伪随机噪声码序列作为测距码。基本
的测距码是多层码，由长周期副码调制短周期主码构成。合成码的等效周期等于长周期副
码的周期。主码采用传统的gold码，寄存器最长达25级。副码预定序列长度可达100。
（1）码长
为了不发生码模糊问题，载有导航数据的扩频码码长应与数据码相适配。各种扩频码
码长如表1所示。
（2）加密性
商业服务码预计会加密，但根据地面设施请求，应能方便地解密。加密技术不应对用
户部分有太多的限制。
四、伽利略系统的服务内容
伽利略系统的各种数据载波上指配提供下列各项服务：
1、开放服务
信号利用E5a、E5b和E2－L1－E1载频上不加密的测距码和导航数据电文，单频接收机
可接收E2－L1－E1B和E2－L1－E1C的信号以及GPS L1频段C/A码信号。双频接收机还另外可
以接收E5aI，E5aQ以及未来的GPS和L5信号，采用附加信号E5bI和E5bQ还可以进一步提高精
度。开放服务是免费的。
2、生命安全服务
信号利用所有E5和E2－L1－E1载频上的开放服务测距码及导航电文数据，主要是完好
性和空间信号精度数据。完好性数据的使用是有偿服务。
3、商业服务
信号利用E2－L1－E1B和E2－L1－E1C信号上的开放服务测距码和导航电文数据及E6B和
E6C载频上的附加保密商业数据电文和测距码，提供增值服务。商业服务供应商与伽利略地
面控制中心有接口，由商业服务供应商直接向用户提供收费商业服务数据。
4、公共管理服务
信号利用E6和E2－L1－E1（或L1）载频上加密PRS测距码和导航数据电文，用E6A和E2
－L1－E1A表示。
5、搜救服务
伽利略卫星装有搜救转发器，可增强“科斯帕斯－萨尔萨特”的搜救功能，缩短遇险
信标位置检测时间和提高信标定位精度，并向用户发送接收遇险电文的确认信息。遇险用
户从“科斯帕斯－萨尔萨特”信标发出的遇险电文，由星上搜救转发器接收，下行传送给
“科斯帕斯－萨尔萨特”地面站，再经地面站转发至救助中心，对电文进行进一步处理。
“科斯帕斯－萨尔萨特”地面站随即向伽利略地面站发出确认电文。接收报警电文的确认
信息通过上行链路发送到用户视界内的卫星，再由卫星转发器发回到发出报警的信标。电
文包含在伽利略导航信号中，装有伽利略接收机的用户才能接收该信号。目前正在研究进
一步加强搜救服务性能的问题，使用户与搜救中心之间具有交换简短信息的功能。伽利略
搜救服务应与现有“科斯帕斯－萨尔萨特”服务协调，并和全球海上遇险和安全系统（GM
DSS）及泛欧运输网络兼容。
“科斯帕斯－萨尔萨特”根据伽利略搜救服务提供的信号与数据，确定遇险信标的位
置。现有信标的定位精度约5km，装备伽利略接收机的先进信标的定位精度优于10m。
6、导航通信服务
综合利用伽利略系统和现有无线电、地面和卫星通信网络，将导航数据与通信系统进
行综合开发是一项重要的商机。最近正在进行在伽利略卫星上装设通信转发器方案的评估
，要求卫星体积不能过大。
7、星基增强服务
EGNOS可向单频GPS和GLONASS接收机提供完好性与差分校正量数据。数据通过地球静止
卫星向欧洲地区播发。EGNOS能完成GPS和GLONASS方域差分校正量及完好性数据的测定与发
布，并与其它星基增强系统，如北美的广域增强系统（WAAS）和日本的星基增强系统（MS
AS）交互作用。
五、伽利略系统的管理和实施
开发阶段和在轨验证阶段主要由欧空局和欧盟提供资金，空间段和地面段的开发和验
证由欧空局来实现。
伽利略计划采用公私合营体制运行操作，在计划的各个阶段，私营企业都可以参与。
这是伽利略计划的特点。公私伙伴关系（PPP）的运作方式在项目有效管理、经费合理运用
、业务质量保证、风险共同分担和解决资金短缺问题等方面有着不可替代的作用。
六、综合评估
1、技术性能评估
伽利略系统的起步比GPS和GLONASS系统晚了很多年，但该系统的技术性能并不差。欧
洲在卫星平台和有效载荷方面有着雄厚的技术基础，所欠缺的是在全系统的管理和操作控
制方面。针对这一点，欧洲正试图通过与俄罗斯的合作加以解决。
伽利略系统的信号结构吸收了GPS的经验，具有很多优点。系统采用广泛的公开信号，
提高了带宽和码片率。公开信号的Q分量上具有引导信号，加发完好性数据和商业数据，可
以实施三载波的相位模糊分辨率技术(TCAR)，并较好地处理了加密、密钥和拒用问题。
2、投资与效益评估
伽利略系统的经济效益主要来自3个方面：用户设备销售及出口；增值业务的提供；系
统应用为社会带来的潜在的广泛效益。据统计预测，在2000～2020年内，伽利略系统的经
济效益可达620亿欧元，社会效益可达120亿欧元，总效益可达740亿欧元。而建成整个系统
的总投资，按欧洲委员会的估算，包括30颗卫星和全部地面设备，大约为32亿欧元，加上
系统运营、维护和补充的成本，在2000～2020年间系统总成本约为60.6亿欧元。按经济效
益数据计算，伽利略系统的产出投入比值达到10.2，超过了欧洲其它任何一个基础建设项
目。可见，伽利略系统不仅收益巨大，而且效费比也很高，系统投资效益极佳。
3、政治意义评估
伽利略计划的批准实施，使得欧洲将拥有自己独立的导航卫星系统。这是欧洲力图独
立于美国的又一项重大决定，具有重要的政治意义。
在伽利略计划问题上，欧洲内部从意见分歧到最后统一，足以表明尽管欧洲国家各有
考虑，但面对美国的霸权野心，其它矛盾都可以暂退其后。欧洲各国已经达成共识：对欧
洲的安全性起关键作用的导航系统如果不受欧洲控制，欧洲的主权和安全就有严重问题。
伽利略计划很可能会成为欧洲各国安全合作的起点，在军事应用上发挥类似GPS的功能
。欧盟对于伽利略计划军事应用的具体设想是：在发生冲突和战争期间，迅速将L1和L2频
率的两级服务转为军用业务，而第3级L3频率仍保留给民航等特殊用户。欧盟将采用不同类
型的接收机控制导航信号及其应用。□
转自虚幻
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