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來源：互聯網

伽利略衛星導航系統（英文：伽利略·伽利萊 navigation satellite system，簡稱：伽利略系統）是歐洲自主、獨立建立的全球多模式衛星定位導航系統，由歐洲委員會于1999年2月10日提出，于2016年12月15日正式開通，比原計劃晚了8年。

伽利略系統由全球設施、區域設施、局域設施、用戶及服務中心5個部分構成；其中，空間段由軌道高度為23616千米的30顆衛星組成，其中27顆工作星，3顆備份星，位于3個傾角為56度的軌道平面內。伽利略系統使用的衛星外形尺寸為2.7mx1.2mx1.1m，發射質量625kg，功率1.5kW，設計壽命為15年，搭載導航載荷和一臺搜救轉發器。伽利略系統的地面段由位于德國奧伯普法芬霍芬（Oberpfaffenhofen）和意大利富齊諾（Fucino）的兩個伽利略系統控制中心（Galileo control centres，GCC）組成。伽利略系統是第一個獨立于軍方的民用衛星導航系統，能夠與美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統（Global Navigation Satellite System，GLONASS）實現多系統內的相互合作，2023年1月啟用高精度定位服務（HAS），水平精度提升至20厘米，可提供高精度，高可靠性的定位服務，實現完全非軍方控制、管理，可以進行覆蓋全球的導航和定位功能。伽利略系統有助于保證歐洲在太空領域技術和政策的獨立性，更被視為歐洲獨立防務的重要一步。伽利略系統擺脫了對GPS系統的依賴，打破美國對全球衛星導航產業的壟斷。截至2023年1月，該系統已完成28顆衛星發射，計劃最終由24顆工作衛星和6顆備份衛星組成。

2017年1月，伽利略系統的9臺原子鐘發生了故障；2019年7月14日，伽利略系統因地面控制中心技術故障導致部分導航服務中斷。2019年7月18日，伽利略衛星定位系統恢復正常；2020年2月，伽利略系統時間發生異常持續3小時左右。

發展歷程

初期醞釀

GPS在戰爭中的作用，讓歐盟非常清晰地認識到，星基導航系統是系國家安全、國民經濟于一身的重要基礎設施。1990年，他們開始醞釀建設屬于歐洲的全球衛星導航系統（European global satellite navigation system，European GNSS），亦稱為薩特納芙（Satnav）系統。計劃分為兩個階段：第一階段是建立一個與美國GPS系統、俄羅斯GLONASS系統以及三種區域增強系統均能相容的第一代全球導航衛星系統（GNSS-1）；第二階段是建立一個完全獨立于GPS和GLONASS之外的第二代全球導航衛星系統（GNSS-2），也就是現在所謂的伽利略系統。

計劃提出

1996年7月23日，歐洲議會和歐盟交通部長會議制定了有關建設歐洲聯運交通網的共同綱領，其中首次提出了建立歐洲自主的定位和導航系統的問題。這一共同綱領成為日后伽利略計劃出臺的基礎。

1998年6月23日至24日，歐空局管理委員會在比利時首都布魯塞爾舉行會議，批準了GNSS-2系統的啟動經費。

1999年1月13日，歐洲議會批準了由歐洲委員會提交的名為《建立一個歐洲聯運定位和導航網：歐洲全球衛星導航系統發展戰略》的報告。2月10日，歐洲委員會在其名為《伽利略（Galileo）——歐洲參與新一代衛星導航服務》的報告中首次提出了以意大利天文學家伽利略名字命名的“伽利略計劃”。計劃分為4個階段：論證階段（2000-2001），論證計劃的必要性、可行性以及落實具體的實施措施；系統研制和在軌驗證階段（2001-2005）；星座布設階段（2006-2007）；運營階段（從2008年開始）其任務是系統的保養和維護，提供運營服務，按計劃更新衛星等。伽利略·伽利萊計劃投資48億美元，向距離地球2.4萬公里的太空發射30顆衛星，組成伽利略衛星定位系統，其誤差不超過1米。

1999年7月19日，歐盟委員會批準自1999年7月到2000年底為伽利略方案的確定階段，任務是提出管理方式、運行管理、系統設計、安全性、服務費用和效益分析，并同意為該階段提供經費。2001年12月，在歐盟交通部長會議上，伽利略計劃擱淺。2002 年3月26日，歐盟15國交通部長會議一致決定正式啟動伽利略導航衛星系統計劃。

國際合作

2003年9月，歐盟與中國簽訂伽利略衛星定位系統合作計劃。美國在初期是反對這個能夠對GPS構成競爭及沖擊的項目的，在經過4年的談判之后，美國和歐盟于2004年6月26日簽署了合作協議。2004年10月，中歐正式簽署《中歐伽利略計劃技術合作協議》，該協議使中國成為第一個充分參與該共同體框架的非歐盟國家。

發射試驗

伽利略系統第一顆試驗衛星GIOVE-A在荷蘭的歐洲空間技術研究中心接受最終測試后，于北京時間2005年12月28日下午在哈薩克斯坦的衛星發射基地成功發射升空。地面用戶在2006年1月12日收到了GIOVE-A衛星發射的導航信號。

2008年4月26日，伽利略系統發射了第二顆試驗衛星GIOVE-B。

系統實施

2011年10月21日，伽利略系統的首兩枚衛星由俄羅斯“聯盟”火箭在法屬圭亞那送入太空。次年10月12日，伽利略系統再次成功發射兩顆衛星。這兩顆分別以David和Sif（來自捷克和丹麥的孩子的名字）命名的衛星由德國OHB公司制造。伽利略系統已經發射的四顆衛星組成的迷你衛星星座可滿足衛星導航定位驗證的最低要求，這是伽利略系統向提供服務邁出的重要一步。

由于資金困難及管理體制的原因，導致發射伽利略系統組網衛星的速度緩慢。特別是2014年8月22日，在法屬圭亞那庫地區的歐洲圭亞那航天中心發射的兩顆組網衛星Galileo-FOC FM1及Galileo-FOC FM2未能夠進入預定軌道，更是延緩了伽利略系統組網衛星的布設計劃。

2015年3月27日，伽利略系統的第7顆和第8顆導航衛星搭載俄羅斯聯盟號運載火箭、從法屬圭亞那成功發射。同年9月10日，伽利略系統第9顆和第10顆衛星發射升空。格林尼治時間12月17日，伽利略系統第11顆和第12顆衛星發射升空。

格林尼治時間2016年5月24日，伽利略系統第13顆和第14顆衛星搭乘一枚俄羅斯“聯盟”運載火箭從法屬圭亞那庫魯航天中心發射升空。同年11月17日，伽利略系統的第15、16、17和18顆衛星發射成功，這四顆導航衛星由德國OHB－System集團公司和英國薩里衛星技術公司聯合制造，每顆衛星重約700公斤。2016年12月15日，伽利略系統正式開通，比原計劃晚了8年。

當地時間2017年12月12日，伽利略系統第19、20、21和22顆衛星由一枚阿麗亞娜5型火箭從法屬圭亞那庫魯航天中心發射升空。

2021年12月5日，俄羅斯成功在位于南美洲的法屬圭亞那航天中心發射聯盟-ST-B火箭，將第27號、28號伽利略導航衛星送入太空。

歐洲航天局在2023年1月舉行的第15屆歐洲太空會議上宣布，經過工程師在ESTEC技術中心幾個月的測試，由28顆衛星組成的伽利略全球導航衛星系統，其高精度定位服務?（HAS）?已啟用，水平和垂直導航精度分別可達到20厘米和40厘米；這也代表著歐洲的伽利略系統（包括28顆衛星和一個全球地面系統）已經成為世界上最精確的衛星導航服務。截至2023年1月，該系統已經服務于全球超過三十億用戶。

系統構成

伽利略系統由全球設施、區域設施、局域設施、用戶及服務中心5個部分構成。

全球設施

伽利略系統的全球設施部分由空間段和地面段組成。

空間段

伽利略系統的空間段由24顆工作衛星及6顆備用衛星組成，這些衛星都是中圓地球軌道（medium Earth orbit，MEO）衛星，衛星距地面的距離為23222km，繞地球運行的時間為14h4min42s，這24顆工作平均分布在與赤道成56°角的3個軌道平面上，每個軌道面上有8顆工作衛星和2顆備用衛星，當工作衛星出現故障時，啟動備用衛星，以保證伽利略系統的導航定位服務不受影響。失效星將被轉移到高于正常軌道300km的軌道上。這樣的星座可為全球提供足夠的覆蓋范圍。

伽利略系統使用的衛星外形尺寸為2.7mx1.2mx1.1m，發射質量675公斤，功率1.5kW，設計壽命為15年，搭載導航載荷和一臺搜救轉發器。

地面段

伽利略系統的地面段由兩個伽利略系統控制中心組成，這兩個控制中心分別位于德國的奧伯普法芬霍芬和意大利的富齊諾，每個GCC管理具有“控制”功能的地面控制段（ground control segment，GCS）和具有“任務”功能的專用地面任務段（ground mission segment，GMS）。地面控制段通過在全球分布的遙測、跟蹤（telemetry，tracking，TT）站和控制站（control stations，CS）形成的伽利略系統衛星監控網絡，對衛星的星務進行管理并對衛星的星座進行維持，包括控制和監測衛星及其有效載荷，若衛星發生故障時，地面控制段能夠對衛星進行自動管控。

地面控制段通過29個分布于全球的的伽利略系統監測站（Galileo sensor stations，GSS）獲取的導航衛星數據，確定衛星的導航電文和授時數據，并通過分布于全球的5個S波段和10個C波段上行鏈路站（Galileo uplink stations，ULS）實現ULS與導航衛星間的通信，地面控制段和地面任務段將導航衛星與全球所有的地面站連接成網絡，實現對導航衛星的監測和控制。

全球地面部分還提供與服務中心的接口、增值商業服務以及與“科斯帕斯－薩爾薩特”（COSPAS－SARSAT）的地面部分一起提供搜救服務。

區域設施

伽利略系統區域設施由監測臺提供區域完好性數據，由完好性上行數據鏈直接或經全球設施地面部分，連同搜救服務商提供的數據，上行傳送到衛星。全球最多可設8個區域性地面設施。

歐洲靜地導航重疊業務（ECNOS）系統通過地球靜止衛星播發GPS和GLONASS的完好性信息與差分校正量。

局域設施

有些用戶對局部地區的定位精度、完好性報警時間、信號捕獲/重捕等性能有更高的要求，如機場、港口、鐵路、公路及市區等。伽利略系統的局域設施采用增強措施可以滿足這些要求。除了提供差分校正量與完好性報警外（≤1s），局域設施還能提供下列各項服務：

用戶

接收機是伽利略系統中一個重要環節。根據市場的需求，有各種不同類型的接收機利用伽利略系統的各種信號實現不同的服務。伽利略接收機還應有外部輔助系統（GPS、GLONASS和羅蘭等）口，可組成綜合服務。

服務中心

服務中心提供伽利略系統用戶與增值服務供應商（包括局域增值服務商）之間的接口。根據各種導航、定位和授時服務的需要，服務中心能提供下列信息：

技術特點

獨立性

伽利略系統是第一個獨立于軍方的民用衛星導航系統。無論是美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統，還是中國的北斗衛星導航系統（Beidou Navigation Satellite System，BDS），軍方都是建設、運營及操作的主要力量。如果發生軍事沖突等突發事件，這些系統都有可能不能夠使用。但是GNSS已經成為國民經濟中的重要基礎設施，一旦衛星導航系統出現故障，將會給國民經濟建設和人民生活帶來重大影響。即使在有軍事沖突的地方，伽利略系統也會為沖突區域提供全天時、全天候的導航定位服務。

可兼容

伽利略系統導航信號采用了BOC調制方法，更容易與其他衛星導航系統實現兼容與互操作，這等于直接增加了導航衛星的數量；其接收機可以采集各個系統的數據或者通過各個系統數據的組合來實現定位導航的要求。

精度高

伽利略系統使用了精度非常高的星載原子鐘、數字信號處理技術及長壽命衛星，地面監控站密布全球，這些有利條件使得伽利略系統的導航信號精度更高，可以為用戶提供更為優良的導航定位服務。伽利略系統確定目標位置的誤差將控制在1m之內，遠遠勝于GPS為軍事提供的誤差10m的性能。GPS為民事用戶提供的精度為100m。按照“伽利略計劃”的最初設想，系統的定位精度將達到厘米級。

服務多

伽利略系統僅用于民用，伽利略系統的基本服務有導航、定位、授時；特殊服務有搜索與救援（SAR功能）；擴展應用服務系統有在飛機導航和著陸系統中的應用、鐵路安全運行調度、海上運輸系統、陸地車隊運輸調度、精準農業。并且為地面用戶提供3種信號：免費使用的信號；加密且需要交費使用的信號；加密并且需滿足更高要求的信號。免費服務信號與GPS民用信號相似；收費信號主要指為民航和涉及生命安全保障的用戶服務。

技術新

伽利略系統由于采用了許多較GPS和GLONASS更高的新技術，使得系統更加靈活、全面、可靠。并且可以提供完整、準確、實時的數據信號。伽利略系統的衛星發射信號功率較GPS的大，所以在一些GPS系統不能實現定位的區域，伽利略系統可以很容易克服干擾并進行信號接收，例如高緯度地區、中亞以及黑海等地區。

系統應用

應用服務

開放服務

伽利略系統的信號利用E5a、E5b和E2-L1-E1載頻上不加密的測距碼和導航數據電文，單頻接收機可接收E2-L1-E1B和E2-L1-E1c的信號以及GPS L1頻段C/A碼信號。雙頻接收機還另外可以接收E5a1、E5aQ以及GPS和L5信號，采用附加信號E5b1和E5bQ還可以進一步提高精度。開放服務是免費的。

生命安全服務

伽利略系統的信號利用所有E5和E2-L1-E1載頻上的開放服務測距碼及導航電文數據，主要是完好性和空間信號精度數據。完好性數據的使用是有償服務。

商業服務

伽利略系統的信號利用E2-L1-E1B和E2-L1-E1c信號上的開放服務測距碼和導航電文數據及E6B和E6c載頻上的附加保密商業數據電文和測距碼，提供增值服務。商業xSP與伽利略地面控制中心有接口，由商業服務供應商直接向用戶提供收費商業服務數據。

公共管理服務

伽利略系統的信號利用E6和E2-L1-E1（或L1）載頻上加密PRS測距碼和導航數據電文，用E6A、和E2-L1-E1A表示。

搜救服務

伽利略系統的衛星裝有搜救轉發器，可增強“科斯帕斯-薩爾薩特”的搜救功能，縮短遇險信標位置檢測時間和提高信標定位精度，并向用戶發送接收遇險電文的確認信息。遇險用戶從“科斯帕斯-薩爾薩特”信標發出的遇險電文，由星上搜救轉發器接收，下行傳送給科斯帕斯-薩爾薩特地面站，再經地面站轉發至救助中心，對電文進行進一步處理。

科斯帕斯-薩爾薩特地面站隨即向伽利略地面站發出確認電文。接收報警電文的確認信息通過上行鏈路發送到用戶視界內的衛星，再由衛星轉發器發回到發出報警的信標。電文包含在伽利略導航信號中，裝有伽利略接收機的用戶才能接收該信號。科斯帕斯-薩爾薩特根據伽利略搜救服務提供的信號與數據確定遇險信標的位置，信標的定位精度約5km，裝備伽利略接收機的先進信標的定位精度優于10m。

導航通信服務

綜合利用伽利略系統和無線電、地面和衛星通信網絡，將導航數據與通信系統進行綜合開發是一項重要的商機。在伽利略衛星上裝設通信轉發器方案的評估，要求衛星體積不能過大。

星基增強服務

EGNOS可向單頻GPS和GLONASS接收機提供完好性與差分校正量數據。數據通過地球靜止衛星向歐洲地區播發。EGNOS能完成GPS和GLONASS方域差分校正量及完好性數據的測定與發布并與其它星基增強系統，如北美的廣域增強系統（WAAS）和日本的星基增強系統（MSAS）交互作用。

應用效益

經濟效益

伽利略系統將提升歐盟在這一領域的實力，帶來巨大經濟收益。歐盟的一項研究結果估計，發展“伽利略”衛星定位及導航技術僅在歐洲就可創造約14萬個就業崗位，每年創造的經濟收益將高達90億歐元。

社會效益

伽利略系統作為交通管理和測量系統的核心部分，是降低有關成本、產生宏觀經濟效益的關鍵。在公路導航系統應用方面，旅行時間、交通堵塞、大氣污染和交通事故每減少1％，就會節約2000億歐元；在民用航空方面，相應的數字約為5億歐元。

重要意義

伽利略系統極大地促進了歐洲國家的工業發展，拉動就業。

伽利略系統有助于保證歐洲在太空領域技術和政策的獨立性，更被視為歐洲獨立防務的重要一步。

伽利略系統擺脫了對GPS系統的依賴，打破美國對全球衛星導航產業的壟斷。

伽利略系統的精度大大提高，為其在無人駕駛汽車、農業自動施肥、銀行資金交易等諸多領域提供了新的應用可能。

重大事件

原子鐘出現故障

2017年1月18日，在伽利略導航衛星搭載的72臺原子鐘里，有9臺原子鐘發生了故障，包括3臺鐘和6臺氫原子鐘，這里面不包括一臺氫原子鐘在發生故障后，又成功重新啟動了的氫原子鐘。

服務發生中斷

歐洲全球衛星導航系統服務中心2019年7月14日發布公告稱，受與地面基礎設施相關的技術問題影響，歐洲的全球衛星導航系統伽利略系統的初始導航和計時服務暫時中斷。公告指出，伽利略系統的搜索和救援服務并未受影響，仍可以正常運作。在導航等服務“休克”一周后，歐洲伽利略衛星導航系統當地時間18日終于恢復正常。