□□全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）是一種天基無線電導(dǎo)航定位與時(shí)間傳遞系統(tǒng)，包括衛(wèi)星星座、地面系統(tǒng)及用戶終端設(shè)備等三大部分，可為地球表面和近地空間的廣大用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的三維位置、速度及時(shí)間信息?！百だ浴保℅alileo）衛(wèi)星星座由30顆衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星均勻分布在3個(gè)中高度地球軌道上，其星座構(gòu)形為Walker 27/3/1，并有3顆在軌備份星。衛(wèi)星軌道高度為23616km，軌道傾角為56°，設(shè)計(jì)壽命20年。

1 空間段進(jìn)展情況

Galileo衛(wèi)星概貌

Galileo衛(wèi)星的尺寸為2.7m×1.2m×1.1m，太陽電池翼展開跨度13m，發(fā)射質(zhì)量700kg，功率1.6kW，主要有效載荷包括質(zhì)量為130kg、功率為900W的導(dǎo)航載荷和質(zhì)量為15kg、功率為50W的搜救轉(zhuǎn)發(fā)器。Galileo衛(wèi)星發(fā)送連續(xù)的測距碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)，即使在惡劣情況下，時(shí)鐘坐標(biāo)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)每100min上行注入1次，完好性數(shù)據(jù)每秒鐘上行注入1次。

Galileo衛(wèi)星提供10個(gè)右圓極化的導(dǎo)航信號(hào)和1個(gè)搜救信號(hào)。依據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的規(guī)定：導(dǎo)航信號(hào)分別在分配的無線電導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)頻段1164～1215MHz、1260～1300MHz和1559～1591MHz內(nèi)發(fā)射；搜救信號(hào)將在一個(gè)緊急服務(wù)預(yù)留頻段（1544～1545MHz）內(nèi)廣播。系統(tǒng)采用碼分多址（CDMA）擴(kuò)頻技術(shù)，各衛(wèi)星以相同的頻率發(fā)射信號(hào)。Galileo衛(wèi)星射頻信號(hào)的調(diào)制除了采用傳統(tǒng)的二進(jìn)制移相鍵控（BPSK）調(diào)制技術(shù)外，還采用一種新的調(diào)制技術(shù)—二進(jìn)制偏移載波（BOC）調(diào)制。與BPSK相比，這種調(diào)制方式具有較好的抗多路徑效應(yīng)、降低碼噪聲和易于信號(hào)跟蹤等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來衛(wèi)星導(dǎo)航與通信系統(tǒng)信號(hào)的有效調(diào)制手段。

Galileo衛(wèi)星有效載荷

（1）導(dǎo)航有效載荷

導(dǎo)航有效載荷主要包括：①授時(shí)系統(tǒng)；②信號(hào)產(chǎn)生子系統(tǒng)，對(duì)載波頻率進(jìn)行格式化、編碼和調(diào)制；③無線電頻率子系統(tǒng)，放大調(diào)制載波；④天線子系統(tǒng)，向用戶發(fā)送導(dǎo)航信號(hào)；⑤C頻段數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，負(fù)責(zé)接收導(dǎo)航電文和完好性數(shù)據(jù)。其中，授時(shí)系統(tǒng)由星載原子鐘，以及相對(duì)應(yīng)的功分器、功率合成器、頻率分配網(wǎng)絡(luò)、二次電源模塊和鎖相環(huán)（PLL）電路等部件構(gòu)成。星載原子鐘是衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)的核心，包括2臺(tái)銣鐘和2臺(tái)氫脈澤鐘，銣鐘質(zhì)量為3.2kg，功率為30W；氫脈澤鐘質(zhì)量為18kg， 功率為70W。銣鐘體積小，成本低，具有較短的周期穩(wěn)定度（優(yōu)于10納秒/天），是在星上采用的最先進(jìn)的銣鐘；而氫脈澤鐘的周期穩(wěn)定度更短（優(yōu)于1納秒/天），世界上首次在星上采用這種氫鐘。

星載銣鐘由原子共振器和控制電子部件組成。在共振器的銣蒸汽單元中，原子在高溫環(huán)境中保持氣態(tài)。為了引起共振，原子被共振器一端的銣放電燈照射而處于激活狀態(tài)；在共振器的另一端，光電二極管探測通過共振器的光子數(shù)量。這些被激活后的原子衰退到更低的狀態(tài)后，通過在設(shè)定的頻率上向共振器內(nèi)注射微波能量，又被重新激活到中等能級(jí)水平。當(dāng)這些原子處于中等能級(jí)狀態(tài)時(shí)，光子的吸收量最大。光電二極管的輸出量與調(diào)整微波頻率的控制電路有關(guān)。通過調(diào)節(jié)微波源維持恰當(dāng)?shù)念l率，從而獲得最大的光子吸收量，并利用銣放電燈的能量來維持共振，使這些處于中等能級(jí)狀態(tài)的原子又被激活到更高狀態(tài)，然后衰退到更低狀態(tài)，這樣整個(gè)過程又重新開始。

星載氫脈澤鐘已在2008年發(fā)射的導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星GIOVE-B上試驗(yàn)成功。該鐘也由原子共振器和控制電子部件組成，其內(nèi)的存儲(chǔ)瓶中的氫分子流向氣體放電燈泡，然后分離為氫原子。這些氫原子通過瞄準(zhǔn)儀和磁性選擇器進(jìn)入共振腔，而選擇器只允許符合能量水平的原子進(jìn)入。進(jìn)入共振腔的氫原子被限制在一個(gè)石英存儲(chǔ)管中，在恢復(fù)到基本的能量狀態(tài)后發(fā)射微波頻率。當(dāng)發(fā)射的微波頻率與原子的共振頻率相同時(shí)，會(huì)被一個(gè)詢問電路探測到，詢問電路鎖定并放大微波信號(hào)。

（2）搜救有效載荷

每顆Galileo衛(wèi)星上都安裝有搜救有效載荷，它支持現(xiàn)有的國際搜救系統(tǒng)（COSPAS/SARSAT），并能滿足國際海事組織（IMO）和國際民航組織（ICAO）在求救信號(hào)探測方面的要求。

搜救有效載荷是一個(gè)變頻轉(zhuǎn)發(fā)器，質(zhì)量約15kg，功率為50W。該有效載荷在406MHz頻帶上檢出求救信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為1544MHz頻帶（稱為L6頻帶，保留為緊急服務(wù)使用）的信號(hào)發(fā)送到地面救援系統(tǒng)。另外，它還將在C頻段上接收到的由搜救注入站發(fā)來的救援指令變換到L頻段發(fā)送給搜救終端。Galileo系統(tǒng)將定位功能和搜救功能集成在一個(gè)系統(tǒng)中，并能夠?qū)崿F(xiàn)全球無縫覆蓋，系統(tǒng)用戶在任何地點(diǎn)和時(shí)間均可接收到4顆衛(wèi)星信號(hào)，從而確保實(shí)時(shí)報(bào)警和求救信號(hào)被可靠接收。搜救有效載荷具有雙向轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以將救援指令發(fā)送到求救者所在區(qū)域，及時(shí)通知附近的救援組織前往營救；求救者收到此信號(hào)后，也可以確知求救信號(hào)已被受理，從而作好準(zhǔn)備配合救援行動(dòng)。

Galileo衛(wèi)星提供導(dǎo)航服務(wù)

Galileo系統(tǒng)服務(wù)模式

Galileo系統(tǒng)在軍事和民用等領(lǐng)域都具有十分廣闊的應(yīng)用前景，可提供免費(fèi)服務(wù)和有償服務(wù)兩種服務(wù)模式。免費(fèi)服務(wù)的設(shè)計(jì)定位精度為6m，比現(xiàn)有GPS民用信號(hào)精度高；有償服務(wù)的定位精度可優(yōu)于1m，將為民航等用戶提供高可靠性和高精度的導(dǎo)航定位服務(wù)。雖然Galileo系統(tǒng)提供的信息仍然是位置、速度和時(shí)間，但是其服務(wù)種類比GPS多，GPS僅有標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）和精確定位服務(wù)（PPS）兩種，而Galileo系統(tǒng)則能提供5種服務(wù)，分別是：①公開服務(wù)；②生命安全服務(wù)；③商業(yè)服務(wù)；④公共特許服務(wù)；⑤搜救服務(wù)。

（1）導(dǎo)航服務(wù)

在Galileo系統(tǒng)提供的5種服務(wù)中，公開服務(wù)、生命安全服務(wù)、商業(yè)服務(wù)、公共特許服務(wù)是導(dǎo)航服務(wù)。

1）公開服務(wù)。這種服務(wù)分為單頻和雙頻兩種，為大規(guī)模導(dǎo)航應(yīng)用提供免費(fèi)的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，針對(duì)不需要任何保證的大市場應(yīng)用，如車輛導(dǎo)航和移動(dòng)電話定位。當(dāng)用戶在固定地面使用接收機(jī)時(shí)，可為網(wǎng)絡(luò)同步和科學(xué)應(yīng)用提供精確授時(shí)服務(wù)。公開服務(wù)和現(xiàn)有的GPS、GLONASS系統(tǒng)的類似服務(wù)相兼容，Galileo接收機(jī)也能夠接收GPS和GLONASS信號(hào)，其精度與常規(guī)的差分GPS精度相同，不需要額外的地面基礎(chǔ)設(shè)施，任何用戶只要配備1臺(tái)接收機(jī)就可以使用。

2）生命安全服務(wù)。這種服務(wù)主要涉及陸地車輛、航海和航空等危及用戶生命安全的領(lǐng)域，要求提供迅速、及時(shí)和全面的系統(tǒng)完好性信息，以及高水平的導(dǎo)航定位和相關(guān)業(yè)務(wù)。它還將提供全球完好性信號(hào)，可以被加密，是公開服務(wù)信號(hào)的一部分。其性能與ICAO要求的標(biāo)準(zhǔn)和其他交通模式（地面、鐵路、海洋）相兼容。生命安全服務(wù)和當(dāng)前得到的“歐洲對(duì)地靜止導(dǎo)航覆蓋服務(wù)”（EGNOS）校正增強(qiáng)的GPS系統(tǒng)相結(jié)合，能滿足應(yīng)用的更高要求。

3）商業(yè)服務(wù)。這種服務(wù)主要涉及專業(yè)用戶，是對(duì)公開服務(wù)的一種增值服務(wù)，以獲取商業(yè)回報(bào)，它具備加密導(dǎo)航數(shù)據(jù)的鑒別功能，為測距和授時(shí)專業(yè)應(yīng)用提供有保證的服務(wù)承諾。商業(yè)服務(wù)大部分與以下服務(wù)內(nèi)容相關(guān)聯(lián)：①分發(fā)公開服務(wù)中的加密附加數(shù)據(jù)；②非常精確的局部差分應(yīng)用，使用公開信號(hào)覆蓋公共特許服務(wù)信號(hào)E6；③支持Galileo系統(tǒng)定位應(yīng)用和無線通信網(wǎng)絡(luò)的完好性領(lǐng)航信號(hào)。

商業(yè)服務(wù)中2種額外加密信號(hào)的接入，使其具有更快的數(shù)據(jù)吞吐量和更高的精度，授時(shí)精度達(dá)到100ns。商業(yè)服務(wù)采用準(zhǔn)入控制措施，其實(shí)現(xiàn)將通過接收機(jī)上的“進(jìn)入密碼”[類似移動(dòng)通信中的個(gè)人識(shí)別碼（PIN）]來保證，這樣就無需使用昂貴的信號(hào)編碼技術(shù)。

4）公共特許服務(wù)。這種服務(wù)是為歐洲/國家安全應(yīng)用專門設(shè)置的，主要用戶包括警察、海岸警衛(wèi)隊(duì)及海關(guān)等。公共特許服務(wù)以專門的頻率向歐盟各國提供更廣泛的連續(xù)性定位和授時(shí)服務(wù)，其衛(wèi)星信號(hào)具有高連續(xù)性和強(qiáng)抗干擾性，并受成員國控制。這種服務(wù)主要用于：歐洲/國家安全、應(yīng)急服務(wù)，全球環(huán)境和安全監(jiān)測，其他政府行為，某些相關(guān)或重要的能源、運(yùn)輸和電信應(yīng)用，對(duì)歐洲有戰(zhàn)略意義的經(jīng)濟(jì)和工業(yè)活動(dòng)，等等。成員國采取準(zhǔn)入控制技術(shù)對(duì)用戶進(jìn)行授權(quán)。公共特許服務(wù)有2個(gè)加密測距碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)可用。

（2）搜救服務(wù)

搜救服務(wù)主要用于海事和航空領(lǐng)域，能夠收集從失事船只、飛機(jī)攜帶的緊急信標(biāo)發(fā)出的信號(hào)，并中繼給國家救援中心，救援中心由此確定事件的精確位置。每顆Galileo衛(wèi)星能中繼150個(gè)浮標(biāo)同時(shí)發(fā)出的信號(hào)，10min之內(nèi)浮標(biāo)信息就能發(fā)送到搜救地面站，其碼誤差率小于10-5,衛(wèi)星每分鐘能發(fā)送6條100bit的信息。Galileo系統(tǒng)搜救服務(wù)的優(yōu)勢在于：縮短對(duì)事件地點(diǎn)的探測和定位時(shí)間；提供包括其他信息在內(nèi)的擴(kuò)展災(zāi)難通報(bào)，有利于搜救行動(dòng)的開展；多顆衛(wèi)星覆蓋避免在極端情況下的信息阻塞。

Galileo衛(wèi)星研制進(jìn)程

目前，Galileo空間段的建造已完成兩顆GIOVE試驗(yàn)衛(wèi)星的研制、發(fā)射及運(yùn)行，4顆在軌驗(yàn)證衛(wèi)星（IOV）通過了關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審，計(jì)劃于2011年分兩次發(fā)射。

（1）GIOVE試驗(yàn)衛(wèi)星

GIOVE試驗(yàn)衛(wèi)星包括GIOVE-A、B衛(wèi)星，這兩顆衛(wèi)星同時(shí)開始研制，以保證在2006年ITU規(guī)定的最終日期之前能有1顆衛(wèi)星入軌。兩顆衛(wèi)星性能互補(bǔ)，薩瑞衛(wèi)星技術(shù)有限公司（SSTL）研制的GIOVE-A衛(wèi)星攜帶了2臺(tái)銣鐘，通過2個(gè)單獨(dú)的通道同時(shí)發(fā)射試驗(yàn)信號(hào)，已于2005年12月28日由聯(lián)盟號(hào)火箭發(fā)射；另一顆較大的GIOVE-B衛(wèi)星由Galileo工業(yè)集團(tuán)研制，攜帶了2臺(tái)銣鐘和1臺(tái)被動(dòng)氫原子脈澤鐘，通過3個(gè)單獨(dú)的通道發(fā)射試驗(yàn)信號(hào)，已于2008年4月27日發(fā)射。每顆衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命2年。

GIOVE衛(wèi)星是歐洲第一顆導(dǎo)航衛(wèi)星，也是歐洲第一顆中地球軌道衛(wèi)星。研制和發(fā)射GIOVE衛(wèi)星的目標(biāo)是保證國際電聯(lián)分配給Galileo系統(tǒng)的頻率占用；驗(yàn)證Galileo系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)；試驗(yàn)驗(yàn)證Galileo信號(hào)設(shè)計(jì)；測量Galileo衛(wèi)星運(yùn)行軌道周圍的輻射環(huán)境。按照Galileo系統(tǒng)設(shè)計(jì)，兩顆試驗(yàn)衛(wèi)星在高精度（優(yōu)于50cm）和低修正率（2h）上發(fā)送近實(shí)時(shí)軌道確定和時(shí)間同步數(shù)據(jù)。

GIOVE-A衛(wèi)星尺寸為1.3m×1.74m×1.65m，發(fā)射質(zhì)量450kg，功率660W，有2副太陽電池翼，每副長4.54m，推進(jìn)系統(tǒng)有2個(gè)貯箱，每個(gè)貯箱攜帶25kg丁烷推進(jìn)劑。衛(wèi)星的三重冗余有效載荷在2個(gè)單獨(dú)的頻率通道上傳輸導(dǎo)航信號(hào)，其有效載荷的主要單元包括：

● 天線單元。獨(dú)立的L頻段陣元組成的相控陣列天線，其波束覆蓋全球。

● 信號(hào)發(fā)生單元。產(chǎn)生2個(gè)獨(dú)立的Galileo信號(hào)。

● 時(shí)鐘單元。雙重冗余的小型化銣鐘，穩(wěn)定度約為1.16×10-13/天。

● 輻射監(jiān)測器單元。由2臺(tái)輻射監(jiān)測器組成，監(jiān)測中地球軌道環(huán)境。

● 導(dǎo)航接收機(jī)單元。

GIOVE-B衛(wèi)星尺寸為0.95m×0.95m×2.4m，發(fā)射質(zhì)量523kg，有2副太陽電池翼，每副長4.34m，能提供943W功率，推進(jìn)系統(tǒng)有1個(gè)儲(chǔ)箱，攜帶28kg肼推進(jìn)劑。雙重冗余有效載荷將在3個(gè)單獨(dú)的頻率通道上發(fā)射Galileo信號(hào)，主要載荷單元包括：

● 天線單元。獨(dú)立的L頻段陣元組成的相控陣列天線，其波束覆蓋全球。

● 信號(hào)發(fā)生單元。產(chǎn)生不同的Galileo信號(hào)。

●時(shí)鐘單元。1臺(tái)氫脈澤鐘，穩(wěn)定度約為1.16×10-14/天，是目前在太空中飛行的最精確的時(shí)鐘；2臺(tái)小型化銣鐘，其中1臺(tái)作為氫脈澤鐘的熱備份，另1臺(tái)作為冷備份。

● 輻射監(jiān)測器單元。由2臺(tái)輻射監(jiān)測器組成，監(jiān)測中地球軌道環(huán)境。

（2）IOV衛(wèi)星

4顆IOV衛(wèi)星既是在規(guī)驗(yàn)證衛(wèi)星，也是正式運(yùn)行的Galileo衛(wèi)星，主承包商阿斯特留姆公司。2010年5月，衛(wèi)星的所有4個(gè)平臺(tái)已經(jīng)運(yùn)送到泰雷茲-阿萊尼亞宇航公司的組裝凈化室。首發(fā)的2顆IOV衛(wèi)星將于2011年10月從法屬圭亞那由聯(lián)盟-2火箭發(fā)射。在IOV衛(wèi)星成功運(yùn)行和在軌驗(yàn)證之后，Galileo星座中的其余26顆具備完全運(yùn)行能力的衛(wèi)星將陸續(xù)升空。

IOV衛(wèi)星的尺寸為2.7m×1.1m×1.2m，太陽電池翼展開跨度為13m，發(fā)射質(zhì)量為700kg，衛(wèi)星在1200～1600MHz范圍內(nèi)發(fā)射10種信號(hào)。Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航有效載荷主要是星載時(shí)鐘，包括2臺(tái)氫脈澤鐘和2臺(tái)銣鐘，每種類型的鐘1臺(tái)工作，另1臺(tái)作為備份。在正常狀態(tài)下，星上1臺(tái)工作的氫脈澤鐘提供基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生導(dǎo)航信號(hào)；如果這臺(tái)氫脈澤鐘失效，一臺(tái)工作的銣鐘將即刻取代其工作，同時(shí)2臺(tái)備份鐘將啟動(dòng)。

由于IOV衛(wèi)星有效載荷設(shè)計(jì)需要滿足Galileo系統(tǒng)空間段正常運(yùn)行的需求，將是Galileo系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的首次部署，執(zhí)行Galileo系統(tǒng)的所有5種服務(wù)，每顆衛(wèi)星都能發(fā)送精確的時(shí)間信號(hào)、星歷表和其他導(dǎo)航和商業(yè)數(shù)據(jù)。因此，與GIOVE衛(wèi)星相比，IOV衛(wèi)星有效載荷的性能有了改進(jìn)和提高。

IOV衛(wèi)星有效載荷仍然具備GIOVE衛(wèi)星的基本導(dǎo)航特征，增加了一些附加功能，尤其是提供導(dǎo)航信號(hào)的C頻段上行鏈路、有效載荷安全特征、搜救有效載荷前向和返回鏈路。由此，歸納出IOV衛(wèi)星有效載荷設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：

● 頻率由2臺(tái)氫脈澤鐘和2臺(tái)銣鐘產(chǎn)生；

● 2個(gè)平行的主動(dòng)固態(tài)功率放大器（SSPA）提供更高效的等效輻射功率（EIRP），在L1輸出通道提供功率放大；

● 專用的C頻段任務(wù)上行鏈路，傳輸?shù)孛嫒蝿?wù)段（GMS）和外部區(qū)域完好性系統(tǒng)（ERIS）數(shù)據(jù)；

● 增加了1個(gè)安全單元防火墻，提供C頻段上行鏈路數(shù)據(jù)接收認(rèn)證，同時(shí)產(chǎn)生公共特許服務(wù)碼；

● 在E6通道上提供商業(yè)加密測距碼；

● 搜救有效載荷包括搜救轉(zhuǎn)發(fā)器和搜救天線。

2 地面段進(jìn)展情況

2009年11月19日，Galileo系統(tǒng)在法屬圭亞那航天中心（CSG）的庫魯?shù)孛嬲菊铰涑伞祠數(shù)孛嬲居煞▏教煅芯恐行模–NES）負(fù)責(zé)建造，包括1個(gè)監(jiān)控Galileo衛(wèi)星星座的遙測、跟蹤和指揮（TT&C）站，1個(gè)接收衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)的監(jiān)測站及2個(gè)向衛(wèi)星傳輸導(dǎo)航指令的上行站。該地面站包含了Galileo系統(tǒng)最全面的地面系統(tǒng)部分，對(duì)Galileo系統(tǒng)在規(guī)驗(yàn)證階段至關(guān)重要。

Galileo系統(tǒng)地面段的主要任務(wù)是：承擔(dān)衛(wèi)星的導(dǎo)航控制和星座管理；為用戶提供系統(tǒng)完好性數(shù)據(jù)的檢測結(jié)果；保障用戶安全、可靠地使用Galileo系統(tǒng)提供地全部服務(wù)。地面段由主控中心、地面控制段和地面任務(wù)段組成。主控中心是Galileo系統(tǒng)地面段的核心，共有2個(gè)（1個(gè)位于意大利，1個(gè)位于德國，在軌驗(yàn)證階段啟用1個(gè)），它們互為備份，設(shè)在歐洲大陸，負(fù)責(zé)管理地面控制段和地面任務(wù)段。

地面控制段負(fù)責(zé)星務(wù)管理和星座維持。在軌驗(yàn)證階段，地面控制段啟用2個(gè)遙測、跟蹤和指令站與每顆衛(wèi)星進(jìn)行通信，到星座組網(wǎng)完畢，遙測、跟蹤和指令站數(shù)量將達(dá)到5個(gè)。

每個(gè)遙測、跟蹤和指令站都擁有一個(gè)口徑為13m的大型天線，工作頻帶為2GHz，在正常運(yùn)行期間，將采用擴(kuò)頻調(diào)制［類似利用“跟蹤與數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星系統(tǒng)”（TDRSS）和“阿蒂米斯”（ARTEMIS）衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)播］，從而能夠提供不受干擾的強(qiáng)信號(hào)。而當(dāng)某顆衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)不能正常運(yùn)行（如在發(fā)射、入軌初期或意外失效時(shí)），無法使用正常標(biāo)準(zhǔn)的遙測、跟蹤和指令調(diào)制時(shí)，將允許利用非歐洲航天局遙測、跟蹤和指令站維持運(yùn)行。

地面任務(wù)段包括任務(wù)上行站和監(jiān)測站，主要負(fù)責(zé)導(dǎo)航系統(tǒng)控制。在軌驗(yàn)證階段，地面任務(wù)段啟用5個(gè)任務(wù)上行站和20個(gè)監(jiān)測站，到全面部署階段時(shí)，將達(dá)到10個(gè)任務(wù)上行站和40個(gè)遍布全球的監(jiān)測站。地面任務(wù)段將利用監(jiān)測站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測所有衛(wèi)星的連續(xù)導(dǎo)航信號(hào)；然后通過衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到主控中心；最后，地面任務(wù)段產(chǎn)生的導(dǎo)航和完好性信息通過C頻段任務(wù)上行站發(fā)送給Galileo衛(wèi)星。地面任務(wù)段傳輸給用戶的所有數(shù)據(jù)產(chǎn)品包括：①導(dǎo)航數(shù)據(jù)，包括星歷、時(shí)鐘修正數(shù)據(jù)、電離層和廣播群延遲（發(fā)送給信號(hào)頻率用戶）；②完好性數(shù)據(jù)，包括空間精確度信號(hào)（SISA）、空間監(jiān)測精確度信號(hào)（SISMA）、完好性標(biāo)記；③星載時(shí)鐘時(shí)間同步數(shù)據(jù)。

每個(gè)上行站都有4副口徑為3.2m的C頻段天線，工作頻帶為5GHz，其中一部分天線覆蓋整個(gè)星座的完好性信息，另一部分天線覆蓋導(dǎo)航服務(wù)。每個(gè)監(jiān)測站具備雙重接收鏈路，一種具有測軌和時(shí)間同步（OD&TS）功能，每隔10min能提供一段持續(xù)時(shí)間內(nèi)所有衛(wèi)星觀測的批處理數(shù)據(jù)，計(jì)算每顆衛(wèi)星的精確軌道和時(shí)鐘偏差，從而監(jiān)測由于重力、熱量、老化和其他衰減引起的長期變化參數(shù)；另一種具有完好性處理功能，提供對(duì)每顆衛(wèi)星的瞬時(shí)觀測數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證其信號(hào)的完好性，從而監(jiān)測由于突然失效或改變引起的衛(wèi)星短期影響。這些對(duì)整個(gè)星座的計(jì)算結(jié)果將上行到選定的衛(wèi)星上，然后發(fā)送給任何用戶，這樣所有用戶都能接收至少2個(gè)完好性信息。

3 用戶終端

GPS/Galiloe接收機(jī)

Galileo系統(tǒng)用戶段終端主要由導(dǎo)航定位模塊和通信模塊組成，包括用于飛機(jī)、艦船、車輛等載體的各種用戶接收機(jī)。由于Galileo系統(tǒng)尚未建成，目前還沒有商品化的用戶設(shè)備即接收機(jī)推向市場。從Galileo系統(tǒng)提供的多種應(yīng)用與服務(wù)的模式來考慮，其用戶接收機(jī)的設(shè)計(jì)和研制分為高、中、低3個(gè)檔次。低檔Galileo接收機(jī)一般只接收Galileo系統(tǒng)的免費(fèi)單頻信號(hào)；中檔接收機(jī)可接收雙頻商業(yè)服務(wù)信號(hào)；而高檔接收機(jī)計(jì)劃可兼容GALILEO/GPS/GLONASS系統(tǒng)的信號(hào)，從而獲得更高的定位精度、保障導(dǎo)航和定位信息的可用性、完好性及連續(xù)性。

歐美GPS接收機(jī)和GPS/GLONASS兼容接收機(jī)已經(jīng)具有成熟的產(chǎn)品，GPS和GLONASS接收機(jī)的成熟技術(shù)完全可以用于低、中檔Galileo接收機(jī)。Galileo用戶接收機(jī)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)主要是高檔接收機(jī)的多頻、多星座系統(tǒng)融合技術(shù)。為此，Galileo計(jì)劃中專門組織了“用戶段設(shè)計(jì)和性能”研究工作，Galileo接收機(jī)設(shè)計(jì)中的內(nèi)容包括如下標(biāo)準(zhǔn)：

● Galileo系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；

● 多星座組合導(dǎo)航坐標(biāo)框架及時(shí)間系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)格式；

● 空間信號(hào)接口規(guī)范，包括：接收機(jī)天線和信號(hào)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)；導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及格式（包括衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星健康狀況、衛(wèi)星工作狀況、差分?jǐn)?shù)據(jù)、差分狀態(tài)、定位精度等）；接收機(jī)測距數(shù)據(jù)格式（含偽距和載波相位測量、多普勒頻移測量等）；

● 接收機(jī)導(dǎo)航定位輸出格式（含單點(diǎn)定位結(jié)果、衛(wèi)星空間分布、定位精度、歷書等）；

● 差分信號(hào)格式（航空、海用、陸用、信息服務(wù)、RTK差分等）。

目前，Septentrio衛(wèi)星導(dǎo)航公司按照與歐洲航天局簽訂的合同，已研制出Galileo試驗(yàn)用戶接收機(jī)（TUR）。TUR-N接收機(jī)是一種完全獨(dú)立操作、多頻、多星座接收機(jī)，能獨(dú)立生成測量和定位值。

在Galileo在軌驗(yàn)證階段，研制TUR-N接收機(jī)的目的是驗(yàn)證Galileo在軌驗(yàn)證星座的服務(wù)性能，并與GPS導(dǎo)航星座相兼容。該接收機(jī)能實(shí)現(xiàn)：①Galileo單頻和雙頻公開服務(wù)；②Galileo單頻和雙頻生命安全服務(wù)，包括整個(gè)Galileo導(dǎo)航報(bào)警算法；③Galileo商業(yè)服務(wù)，包括跟蹤和解碼加密的E6BC信號(hào)；④GPS/SBAS/Galileo單頻和雙頻多星座定位；⑤Galileo單頻和雙頻差分定位；⑥Galileo三頻實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK）。

在2010年7月30日歐洲與美國發(fā)布的共同聲明中表示，要提升GPS和Galileo組合接收機(jī)性能。雙方設(shè)立的加強(qiáng)下一代GPS和Galileo合作的工作組完成了GPS/SBAS接收機(jī)性能的全球評(píng)估，這種接收機(jī)使用了歐洲增強(qiáng)系統(tǒng)（EGNOS）和GPS廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）。評(píng)估結(jié)果顯示，全球范圍內(nèi)的航空服務(wù)可用性得到改善，并顯著提高GPS衛(wèi)星的穩(wěn)健性。工作組還完成了集成GPS-3和Galileo公開民用服務(wù)功能的互操作接收機(jī)組合評(píng)估，對(duì)GPS、Galileo和GPS/Galileo這3種接收機(jī)在4種情況下的工作性能進(jìn)行了全面系統(tǒng)的分析比較。GPS/Galileo組合接收機(jī)所提供的服務(wù)性能將顯著提高，特別是在有遮蔽物的環(huán)境下（如建筑物、樹木或是被地形阻礙）更加明顯。雙頻接收機(jī)在大部分環(huán)境下可提供附加服務(wù)功能。

4 啟示

目前，我國正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航工程，在不久的將來會(huì)建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。通過調(diào)研歐洲Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)展情況，總結(jié)該計(jì)劃實(shí)施以來的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航工程的實(shí)施具有一定的借鑒意義。

● 注重關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。通過對(duì)Galileo計(jì)劃的調(diào)研，表明歐洲尤其注重系統(tǒng)完好性研究，并進(jìn)行了詳細(xì)的分析論證和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)氫原子時(shí)鐘進(jìn)行了空間飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，掌握了氫原子時(shí)鐘的小型化和高精度時(shí)間保持技術(shù)。

● 計(jì)劃管理上存在缺陷。由于沒有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定、分工明確和職責(zé)分明的運(yùn)行管理模式，導(dǎo)致計(jì)劃一延再延，無法順利進(jìn)行。

● 導(dǎo)航系統(tǒng)具有排他性。歐洲從最初開放的接納其他非歐洲國家參與，到后來排斥非歐洲國家并強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的獨(dú)立性這一點(diǎn)來看，歐洲還是出于保證其區(qū)域安全方面考慮的。

● 需要足夠的時(shí)間和資金投入。Galileo計(jì)劃從最初計(jì)劃2008年實(shí)現(xiàn)運(yùn)行推遲到2014年全面部署提供服務(wù)，而不久前歐盟委員會(huì)又認(rèn)為，該計(jì)劃在2018年之前無法投入運(yùn)行。同時(shí)，計(jì)劃的預(yù)算和投入也一而再、再而三地增加。這些事實(shí)表明，要想建成一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)不可能一蹴而就，需要大量的資金支持，跨越一二十年的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。

● 在兼容性方面進(jìn)展顯著。歐盟與美國在導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性和互操作性方面最終達(dá)成的協(xié)議，為Galileo系統(tǒng)未來的應(yīng)用鋪平了道路。

● 重視地面應(yīng)用系統(tǒng)的同步開發(fā)。歐洲Galileo計(jì)劃在重視衛(wèi)星系統(tǒng)的研發(fā)和部署的同時(shí)，對(duì)地面應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃，先期啟動(dòng)了各種類型的用戶終端研制，并注重系統(tǒng)建成后對(duì)歐洲經(jīng)濟(jì)的回報(bào)率。■