伽利略卫星导航系统(1)
全球四大卫星定位系统
全球四大卫星定位系统一．GPS系统（美国）二．北斗系统（中国）三．GLONASS系统（俄罗斯）四．伽利略卫星导航系统（欧盟）GPS系统（美国）GPS系统是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资近200亿美元，于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统。
GPS利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。
它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。
如今，GPS已经成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。
GPS系统概述GPS系统由空间部分、地面测控部分和用户设备三部分组成。
（1）空间部分GPS系统的空间部分由空间GPS卫星星座组成。
（2）控制部分控制部分包括地球上所有监测与控制卫星的设施。
（3）用户部分GPS用户部分包括GPS接收机和用户团体。
主要功能：导航测量授时标准：全球定位系统(GPS)测量规范GB/T 18314-2001 Specifications for global positioning system (GPS) surveys种类：GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
北斗卫星导航系统中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。
段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
系统构成北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。
中国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射16颗北斗导航卫星。
根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。
Galileo E1导航信号质量分析与评估
Galileo E1导航信号质量分析与评估杨德进;卢晓春;王雪【摘要】对高增益天线采集的3颗伽利略导航卫星播发E1民用信号进行质量评估,详细介绍码片波形、功率谱、相关函数和S曲线偏差和峰均比等导航信号分析方法,针对同频率、同相位、同带宽导频与数据分量基带波形相互缠绕问题,提出采用多周期累加平均算法获得单分量基带信号,同时提出功率补偿算法解决多路复用信号功率分配导致相关损失难以计算的问题.Matlab软件分析结果表明,提出的算法可行有效,最后得出综合因素对测距精度的影响,在0.15码片的相关间隔内,Galileo E1民用信号的测距误差不超过0.42 ns.此研究方法与研究结果对我国全球卫星导航系统的建设具有借鉴意义.【期刊名称】《时间频率学报》【年(卷),期】2017(040)003【总页数】15页(P178-192)【关键词】Galileo E1信号;信号质量评估;CBOC调制;Interplex调制【作者】杨德进;卢晓春;王雪【作者单位】中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安710600;中国科学院大学,北京100049;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安710600;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京100049;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安710600;中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TN911.6伽利略（Galileo）卫星导航系统是欧盟以民用为目的而独立自主地设计开发的一套全球卫星导航系统（globa1 navigation satel1ite system，GNSS），Galileo 系统是由欧盟和欧洲空间局一起创建、开发[1]。
Galileo系统设计由30颗位于地球中轨道卫星、3个两两间隔120°的轨道面构成，2005年12月28日发射一颗测试卫星GIOVE-A，计划2020年发射完所有的导航卫星。
GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述
ＧPS、GALＩLEO、BDＳ、ＧＬONASS四大卫星定位系统得论述一、基本介绍➢GPS数量:由2４颗卫星组成。
轨道:高度约２0200公里,分布在６条交点互隔6０度得轨道面上。
精度:约为10米、用途:军民两用。
进展:１9９3年全部建成,正在实验第二代卫星系统,计划发射2０颗。
➢GLONASS数量:２４颗卫星组成;精度:1０米左右;用途:军民两用;进展:目前已有１７颗卫星在轨运行,计划２00８年全部部署到位、➢GAＬILEO数量:3０颗中高度圆轨道卫星组成,２7颗为工作卫星,３颗为候补;轨道:高度为24１2６公里,位于３个倾角为5６度得轨道平面内;精度:最高精度小于１米;用途:主要为民用;进展:20０5年12月２８日首颗实验卫星已成功发射,预计2０08年前可开通定位服务。
➢BＤS数量:3颗卫星组成,２颗为工作卫星,１颗为备用卫星;用途:军民两用;进展:前两颗分别于2００0年与20０３年发射成功。
二、系统组成❖空间部分➢GPS:GＰS得空间部分就是由24颗卫星组成(21颗工作卫星;3颗备用卫星),它位于距地表20２00km得上空,均匀分布在６个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。
卫星得分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上得卫星,并能在卫星中预存导航信息,GPS得卫星因为大气摩擦等问题;随着时间得推移,导航精度会逐渐降低➢GLＯNASS:ＧＬONASS系统采用中高轨道得２4颗卫星星座,有21颗工作星与3颗备份星,均匀分布在3个圆形轨道平面上,每轨道面有８颗,轨道高度H=1９000kｍ,运行周期T＝11h15min,倾角ｉ=６4。
８°。
➢GＡＬIＬEＯ:如下图所示,3０颗中轨道卫星(MEO)组成Galilｅo得空间卫星星座。
卫星均匀地分布在高度约为2361６kｍ得3个轨道面上,每个轨道上有10颗,其中包括一颗备用卫星,轨道倾角为5６°,卫星绕地球一周约14h22min,这样得布设可以满足全球无缝隙导航定位、卫星得设计寿命为2０年,每颗卫星都将搭载导航载荷与一台搜救转发器。
欧洲伽利略卫星导航系统进展中
欧洲伽利略卫星导航系统进展中徐芏月2伽利略系统进展2.1空间段2.1.1伽利略卫星星座伽利略卫星星座由30颗卫星组成（见图3）。
这些卫星均匀分布在3个中高度地球轨道上，其星座构形为Walker27/3/1，并有3颗在轨备份星。
卫星轨道高度为23616km,轨道倾角为560,设计寿命20年。
伽利略卫星(见图4）的尺寸为2，7m xl.2m xl.lm,太阳电池翼展开跨度13m, 发射质量700kg，功率1.6kW，主要有效载荷包括质量为130kg、功率为900W的导航载荷和质量为15kg、功率为50W的搜救转发器。
伽利略卫星发送连续的测距码和导航数据，即使在恶劣情况下，时钟坐标和导航数据每lOOmin上行注入一次，完好性数据每秒钟上行注入一次。
伽利略卫星提供10个右圆极化的导航信号和1个搜救信号。
依据国际电联的规定：导航信号分别在分配的无线电导航卫星系统频段1164~1215MHz、 1260—1300MHz和1559—1591MHz 内发射：搜救信号将在一个紧急服务预留频段( 1544—1545MHz)内广播。
系统采用码分多址( CDMA)扩频技术，各卫星以相同的频率发射信号。
伽利略卫星射频信号的调制除了采用传统的BPSK调刮技术外，还采用一种新的调制技术——二元补偿载波BOC调制。
与BPSK相比，这种调制方式具有较好的抗多路径效应、降低码噪声和易于信号跟踪等优点，将成为未来卫星导航与通信系统信号的有效调制手段。
2.1.2伽利略卫星有效载荷(1)导航有效载荷导航有效载荷主要包括：①授时系统：②信号产生子系统，对载波频率进行格式化、编码和调制；③无线电频率子系统，放大调制载波；④天线子系统，向用户发送导航信号；⑤C频段数据接收系统，负责接收导航电文和完好性数据。
其中，授时系统由星载原子钟以及相对应的功分器、功率合成器、频率分配网络、二次电源模块和锁相环( PLL)电路等部件构成。
星载原子钟是卫星授时系统的核心，包括2台铷钟和2台氢脉泽钟。
伽利略__伽利略_卫星导航系统综述.
第24卷第11期2005年11月国外电子测量技术Foreign Elect ronic Measurement TechnologyVol.24,No.11Nov.,2005作者简介:李铁(1961-,男,工程师,从事靶场GPS 设备的研究与应用。
孙贵新(1967-,男,所长,工程师,从事靶场测量设备总体的应用研究。
综述“伽利略”卫星导航系统综述李铁孙贵新(中国人民解放军91550部队大连116023摘要:“伽利略”计划是欧盟为了打破美国的GPS 在卫星导航定位这一领域的垄断而启动的迄今为止欧洲将要开发的最重要的航天计划。
无论从技术角度、经济角度、还是从战略角度出发,该计划都具有极高的研究价值。
文章重点围绕“伽利略”系统的计划、体系结构、系统服务方式及中国加入“伽利略”卫星导航系统的重大意义进行了论述。
关键词:GPS G LONASS “伽利略”计划服务方式The summ arizing over the satellite navigation system of “G alileo ”Li Tie Sun GuixinAbstract :To break t he monopoly of GPS on t he field of Global Location and Navigation of Satellite ,“Galileo ”plan is p ut forward by European U nion ,which is t he foremost space plan so far.And f rom t he angle of technique ,economy and t he strategy ,t he plan is of great value to st udy.In t his paper ,t he plan of “Galileo ”is discussed in detail in all kinds of aspect s ,such as plan of system ,struct ure of system ,t he mode of service and also t he great significance of China getting into t he system.K eyw ords :GPS ,G LONASS ,mode of service ,plan of “Galileo ”.0引言卫星导航定位系统的成功产生,促进了卫星导航定位市场这一新兴产业的发展。
伽利略卫星导航系统的原理与应用
伽利略卫星导航系统的原理与应用伽利略卫星导航系统是欧洲太空局研制的全球卫星导航系统之一，目前已经完成了30颗卫星的组网。
其目的是为用户提供全球定位、速度和时间信息服务，提升欧洲航空交通、陆地和海洋运输、农业、安全等领域的精度和效率。
本文将从伽利略卫星导航系统的原理和应用两方面来介绍该系统。
一、原理伽利略卫星导航系统的工作原理是通过卫星发射的信号，接收地面用户设备进行计算得出自身的位置、速度和时间信息，以实现卫星导航定位功能。
具体来说，伽利略卫星导航系统的工作原理如下：1. 时钟校准：卫星上的高精度原子钟用来发射微波信号，地面用户设备接收卫星发射的信号后，通过计算得到卫星与地面的距离。
由于卫星信号在空间中传输需要时间，因此对时钟的精度要求很高，一旦出现误差可能会对定位精度产生较大影响。
2. 估算距离：由于伽利略卫星导航系统采用多星间差分定位技术，所以需要至少四颗卫星的信号才能定位。
地面用户设备通过分析接收到的多颗卫星信号，采用三角定位法来估算设备与卫星之间的距离。
3. 计算位置：地面用户设备根据接收到的卫星信号和估算的距离计算出自身的位置。
这里需要用到伽利略卫星导航系统的定位算法，目前主要有单点定位、差分定位和RTK定位等。
4. 密码解密：伽利略卫星导航系统还采用了信号加密技术，对外部用户进行限制。
地面用户设备需要接收卫星发出的特定解密码才能解密卫星信号，从而获得定位信息。
二、应用伽利略卫星导航系统的应用范围非常广泛，主要涵盖以下几个方面：1. 航空交通：航班的飞行轨迹、高度和速度等信息需要实时更新，伽利略卫星导航系统可以提供更高精度和更可靠的信息，同时还可以进行机场地面导航、机长决策和客舱舒适度等方面的优化。
2. 陆地运输：伽利略卫星导航系统在道路交通、物流配送和公共交通等领域也有着广泛的应用。
通过实时更新道路交通状况、实时监控物流运输，伽利略卫星导航系统可以提高交通流量、缩短配送时间和降低成本。
伽利略卫星导航系统定位原理
伽利略卫星导航系统定位原理
伽利略卫星导航系统的定位原理是通过将伽利略卫星系统中的多颗卫星与接收器之间的信号传播时间进行测量来确定接收器的位置。
伽利略卫星系统由多颗卫星组成，这些卫星围绕地球轨道运行，向地面发射射频信号。
接收器接收到来自不同卫星的信号后，会记录下信号接收的时间。
通过测量信号传播的时间差，接收器可以计算出从卫星到接收器的距离。
由于伽利略卫星系统中的卫星位置已知，接收器可以通过距离和卫星位置的关系计算出自己的位置。
为了得到更准确的定位结果，伽利略卫星系统通常会使用至少四颗卫星来进行定位。
这是因为每颗卫星相当于提供了一个距离信息，而四个未知数可以解出一个点的三个坐标。
最终，通过对信号传播时间的测量和计算，伽利略卫星导航系统可以提供准确的定位信息，包括经度、纬度和海拔高度等。
“伽利略”卫星导航计划
“伽利略”系统的基本结构包括星座与地面设施、服务中心、用户接收机等。卫星星座将由30颗卫星组成，卫星采用中等地球轨道，卫星均匀地分布在高度约为2.3万公里的三个轨道面上。每颗卫星都将搭载导航载荷和一台搜救转发器。每次发射将会把5或6颗卫星同时送入轨道。地面控制设施包括卫星控制中心（用于卫星轨道改正的遥感和遥测中心）和提供各项服务所必需的地面设施。地面控制设施管理卫星星座及测定和播送集成信息。系统使用4个载频向全球播发5种导航信号，这些导航信号支持开放、商用、生命安全和政府管理和搜救服务。系统还划分为8个区域部分，用来发送针对各自区域的集成信息。每个区域部分的耗费将由所在区域来负担。区域部分将由一个用于监测信号集成信息的测站网和一个数据处理中心组成。它能满足例如机场、港口、铁路、公路、人口和工业密集区等处的不同要求，其定位为精度好于1米。典型功能是信号中继包括信号集成信息的监测、数据处理和传输。向用户接收机的数据传输可以通过一种特殊的联系方式或其他系统的中继来实现，例如通过移动通讯网或通过航海导航系统等。系统通过服务中心向用户提供接口，存储和发布信息，支持开发应用。种类齐全的“伽利略”接收机不仅可以接收本系统信号，而且可以接收GPS、“格鲁纳斯”这两大系统的信号，并且实现导航功能和移动电话功能的结合，与其他飞行导航系统的结合。
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开放服务包括定位、导航和时间信号服务，但不包括系统集成信息。对用户而言，系统集成信息是指用户能实时了解系统发布的信号的质量，尤其是可能的预设的功能性干扰情况。开放服务和现有的GPS和GLONASS系统的类似服务相兼容，但其服务精度更高。任何人只要装备了“伽利略”接收机就能接收GPS、GLONASS和“伽利略”卫星导航系统的信号。开放服务将与商业和生命安全服务共享两个开放的导航信号。开放服务将主要用于道路交通中的个人导航、道路信息和提供路线建议的系统、移动通信等应用领域。
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关键技术（一）
铷钟和被动氢脉塞时钟 伽利略系统的每颗卫星都将携带两台时钟 ,一台基于 欧空局选用铷钟和氢脉泽钟是因为它们可在数 铷原子频标 ,另一台则利用无源氢脉泽 (即微波激射器)。 小时内保持很高的稳定性 ,同时也是因为相关技术能 这两种时钟所用技术不同,但原理是一样的。若将原子从 够应用到伽利略0卫星上。若任由它们无限期地运行 , 一个能态跃迁到另一能态 ,则原子便会以极其稳定的频率 其精度会发生漂移,所以需借助更稳定的地基基准时 辐射出相关的微波信号。这一频率对铷钟来说约为 6吉赫, 而对氢钟来说则约为 1.4吉赫。星上其它装置可把这一频 钟定期地对它们进行同步。这些地基时钟包括基于 率作为非常稳定的基准 ,借以生成精确的信号,以供/伽利 铯频标的时钟,其长期稳定性要远高于铷或氢脉泽钟。 略卫星播发。所以广播的信号又可作为基准,使稳定性较 地面上的时钟还要生成所谓的伽利略系统时间。 差的用户接收机时钟能不断地 重设其时间。
伽利略星座的任务
伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时；特殊 服务有搜索与救援； 扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应 用、铁路安全运行调度、海上运输Hale Waihona Puke 统、陆地车队 运输调度、精准农业。
Galileo系统的组成
太空部分
由30颗Galileo卫星组成，分布在三个离地 高度为23222千米，轨道倾角为56度的轨道上， 每个轨道有9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300千米的轨 道上。卫星使用的时钟是铷钟和无源氢钟， 卫星上除基本的载荷外，还有搜索救援载荷 和通信载荷。
伽利略卫星系统
【欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS” 之称，也是继美国现有的“全球定位系统”（GPS）及俄 罗斯的GLONASS系统外，第三个可供民用的定位系统。】
我们是“阿波罗& 队”
背景
随着欧洲经济实力的壮大，欧盟的独立意识大大增强，政 治上越来越用一个声音说话，安全上也力图减少对美国的依赖。 独立探索太空以及与其他航天大国频繁合作，正是实现这一目 标的重要组成部分。所以，欧洲全力推进自己的各种航天计划。 具体地说，欧洲发展“伽利略”卫星定位系统可以减少欧 洲对美国军事和技术的依赖。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。 法国总统希拉克曾表示，没有“伽利略”计划，欧洲“将 不可避免地成为附庸，首先是科学和技术，其次是工业和经 济”。 2003年3月，“伽利略”卫星定位系统计划正式启动。
GPS Center，Wuhan University
T=14h
伽 利 略 卫 星 轨 道 示 意 图
伽利略卫星
卫星寿命： 12年以上 卫星重量： 每颗675公斤 长宽高： 2.7m x 1.2m x 1.1m 太阳能集光板阔度： 18.7m
“伽利略”系统确定地面位置或近地空间 位置要比GPS精确10倍。其水平定位精度优 于10米，时间信号精度达到100纳秒。必要 时，免费使用的信号精确度可达6米，如与 GPS合作甚至能精确至4米。(可与GPS兼容）
三大卫星导航系统的对比
三大卫星导航系统的对比
“伽利略”系统是世界上第一个基于民用的全球卫 星导航定位系统。 “伽利略”接收机不仅可以接受本系统信号，而且 可以接受GPS、GLONASS这两大系统的信号，并且具 有导航功能与移动电话功能相结合、与其他导航系统 相结合的优越性能。
意义
不仅能使人们的生活更加方便，还将为欧盟的工业 和商业带来可观的经济效益。更为重要的是，欧盟 将从此拥有自己的全球卫星导航系统，这有助于打 破美国GPS系统的垄断地位，从而在全球高科技竞争 浪潮中获取有利地位，更可为将来建设欧洲独立防 务创造条件。
关键技术（二）
TCAR技术（伽利略定位系统三载波模糊度解算技术） 利用卫星定位系统,不但能实时地确定载体的三维位置和速 度,而且能实时地确定载体的三维姿态。目前利用GPS载波相位 定姿需要较长的初始化时间来确定整周模糊度,而且一旦发生 周跳,姿态测量系统很难快速恢复。伽利略卫星定位系统具有 较丰富的频率资源,可以出现较多的宽巷组合值,由Harris和 Forsell提出的TCAR技术可迅速、方便地解算载波相位的初始 模糊度。 它是Galileo三载波定姿的关键技术。
地面部分
包括两个位于欧洲的Galileo控制中心 和20个分布在全球的Galileo 传感站。除此 之外还有若干个实现卫星和控制中心进行 数据交换的工作站。 Galileo控制中心主要 负责控制卫星的运转和导航任务的管理。 20个传感站通过通信网络向控制中心发传 送数据。
用户部分
即Galileo接收机 由导航定位模块和通信模块组成