伽利略 (Galileo) 计划之始末

1. 伽利略计划是技术、经济和政治的一次重大挑战

　　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。

　　从 GPS 工作伊始，国际上，特别是欧洲，透过国际民航组织这一窗口，一直致力于建设一个纯民用的全球卫星导航系统 (GNSS) 的努力。通过实践和研究，又将 GNSS 分为两步走计划，即 GNSS1 和 GNSS2 。简而言之， GNSS1 就是对现有的 GPS 和 GLONASS 进行增强，目前欧洲所积极运作的 EGNOS 便是 GNSS1 行动的一个组成部分，当然美国的 WAAS 和日本的 MSAS 均属于这一范畴。值得指出的是，这种增强是区域性的，是星基增强，真正要实现全球性的增强，则多个广域增强的星基系统必须实施兼容和联网互动。从更高的应用层次和级别而言，还需要全球性的地面局域增强系统 (LAAS) 联网或补充，方可保证海陆空天多模交通运输的高效和安全运行。 GNSS2 则是像 Galileo 这样的新颖的全球卫星导航系统，加上现有的或经过现代化改造后的 GPS 和 GLONASS ，或者还有其它的新建系统，共同构成全球多个系统的相对独立、各具特色、互动兼容、互为备份、彼此补充的崭新格局，当然这类系统也不是越多越好，而是适可而止，最经济实用的办法是走国际合作，共同发展的道路。

　　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，这是为什么？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。

2. 伽利略系统的构成

　伽利略系统摆脱了 GPS 和 GLONASS 那样的“老三段”组成方式的巢臼，形成四大组成部分的新模式。系统由空间段、环境段、地面段和用户段。虽然，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。　　

　　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。

　　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。

　　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。

3. 伽利略的服务

　　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 。

4. 伽利略的市场前景

　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。

5. 伽利略的国际合作

　　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。

6. 伽利略的建设进度与项目管理

　　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(Jiont Undertaking) 来负责，然后再行过渡，最终是由一个伽利略运营公司进行运作和管理，所推行的机制为公私合营 (PPP) 。

7. 伽利略的投资与未来

　　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。

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