浅析伽利略卫星导航定位系统的发展

全球现阶段有四大卫星导航定位系统：美国的GPS、俄罗斯的GIONASS、中国的北斗导航系统以及欧洲的伽利略系统。其中以美国的GPS全球定位系统发展最为成熟，而欧洲的伽利略系统可以说还处于启步阶段。欧盟作为一个发达国家的联盟，无论在经济水平还是科学技术水平都有着强大的优势，然而他全球定位导航这个高精领域滞后于美国，甚至滞后于发展中国家俄罗斯和中国。这一点值得我们考究。

一、伽利略卫星导航系统的组成及优点

(一)伽利略卫星导航系统的组成

伽利略系统主要由空间部分、地面部分和用户部分三部分组成。空间部分由30颗ME0(Middle Earth Orbit)轨道卫星组成。卫星分布在三个高度为23616km，倾角为56°的轨道上，每个轨道有10颗工作卫星外加1颗备用卫星，备用卫星停留在高于正常轨道300km的轨道上。卫星使用的时钟是铯钟和无源氢钟。卫星上除基本的载荷外还有搜索救援载荷和通信载荷。地面部分包括两个位于欧洲的伽利略控制中心(Galileo Control Center)和20个分在全球的伽利略传感站(Galileo Sensor Station)，除此之外还有实现卫星和控制中心进行数据交换的5个S波段上行站和1O个C波段下行站。伽利略控制中心主要控制卫星的运转和导航任务的管理。2O个传感站通过冗余通信网络向控制中心传送数据。用户部分主要由导航定位模块和通信模块组成，是伽利略系统中一个重要环节。有各种不同类型的接收机，利用伽利略系统各种信号实现不同的服务。伽利略接收机还有外部辅助系统(GPS，GLONASS，罗兰等)接口，可组成综合服务。

(二)伽利略卫星导航系统性能优势

虽然建成后的伽利略系统所提供的信息还是位置、速度和时间，但是它可提供六种服务：公开服务(免费提供给全球的使用者)、商业服务(对公开服务的一种增值服务，以获取商业回报为目的)、生命安全服务(一般只用于交通运输、船只入港、铁路运输管制和航空管制等)、公共规范服务(提供与欧洲密切相关的工业和经济服务)、地区性组织提供的导航定位服务(能根据用户的特殊要求通过区域性增强系统向用户提供更精确的定位和授时服务)、搜索与救援系统(与国际通用的卫星搜索救援系统(Cospas―Sarsat)原理相同，但在性能上有了很大的提高)。与美国的GPS系统相比较，建成后的伽利略系统除了具有定位精度更高、工作更稳定可靠、用途更广泛等优点，伽利略系统还兼具独立性和兼容性，具有完好性广播、服务保证、民用控制、局域增强等特性，在未来的卫星导航产业中将具有更大的发展空间。按计划，卫星全部部署到位后。“伽利略”的导航信号即便对纬度高达75度乃至更高的地区也能提供良好的覆盖。由于卫星数量多，星座经过优化加上有3颗备用卫星可用，系统可保证在有一颗卫星失效的情况下，不会对用户产生明显的影响。除此之外，“伽利略”还有一个特点，就是全球搜索和救援功能。为了实现这项功能，每颗卫星要配备一台能把遇险信号从用户发射机发给救援协调中心已启动救援行动的转发器。同时，该系统还能向用户发送信号告知其所处险境已被探测到及救援工作已经展开。这项功能属于新发明，被认为是对现有系统的一项重大改进。现有系统不能向用户提供反馈信息。

(三)伽利略卫星导航系统对于欧盟的经济、政治效益

调查显示，“伽利略”项目在渔业、农业、通信等民用领域形成巨大市场，仅在欧洲就可以创造出约14万个工作岗位。它每年带来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年到2020年间收入150亿欧元。该计划还将对欧洲带来巨大的社会效益。它作为未来交通管理和系统测量的核心部分，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。法国总统希拉克曾经表示，没有“伽利略”计划，欧洲“将不可避免的成为附庸，首先是科学和科技其次是工业和经济”。所以，伽利略卫星导航系统是欧盟摆脱在经济政治等领域受制于人的不利局面的有效手段。

可以说，伽利略计划开启时是信心十足，然而随着进展的不顺利，该计划一再推迟，伽利略卫星导航正式运营时间被一再推迟，从最初预计的2008年推迟到2011年，最近又被推迟到2014年。既然伽利略卫星导航定位系统本身具有如此众多的优点，并且其开发团体又有强劲的科技基础，那为什么它的发展却一直停滞不前呢?

二、伽利略卫星导航定位系统发展缓慢的原因

(一)伽利略卫星导航定位系统开发团体同床异梦

早在计划启动之初，欧洲各国就围绕如何分摊启动费用龌龊不断。由于德国和意大利在“谁当领头人”的问题上互不相让，伽利略计划一度面临潜在的危险。这一问题解决后，伽利略计划很快又陷入新的危机。按照原计划，伽利略系统应由以欧洲航天局为代表的公共监督机构和由私营企业组成的一家联合母公司共同开发，后者享有为期二十年的伽利略系统开发运营特许权。经过复杂而艰难的招投标程序，欧洲航天局选定了8家空间行业集团。根据双方2005年12月签订的合同，各参与企业应该在2006年底以前进行有关特许权分配协议的谈判，并组建一个单一的联合母公司并任命一位可代表各企业做出最高决定的公司总裁。但随后的进展却让人大跌眼镜。由于西班牙HISPASAT公司对任务分配提出了更多的要求，包括得到已经分给法国、德国和英国公司的工程项目，在本国增建地面控制中心以及获得更多的系统运营权，导致各企业迟迟未能就伽利略系统开发阶段的利益分配达成内部妥协，建设计划再度停滞。此外，一些参与方还对未来的伽利略系统能否给欧盟带来足够的利润产生疑虑，这也对一定程度上的滞缓了系统的开发步伐。

(二)欧洲伽利略全球卫星定位系统的开发运营入不敷出。

根据欧盟委员会的估算，已经延期的欧洲伽利略卫星导航系统因为实际投入费用远远超出预计，可能陷入财政无底洞。德国政府的一份财政预算报告日前披露，欧盟委员会对伽利略计划的投入做了估算，认为这个卫星导航系统的建设还需要增加15-17亿欧元，这远远超出了计划。欧盟委员会表示，增加的费用主要来自火箭发射费、安全保险费的提高，以及延期的费用，伽利略计划可能面临长期亏损。伽利略计划先期的财务统计显示，该工程长期以来入不敷出。欧盟委员会认为该计划未来平均每年的费用将达到7.5亿欧元，欧盟报告认为，未来的支出主要来自系统的不断扩建，商业收入可能会“明显减少”，因为这个卫星导航系统的商业用途目前看来非常有限。