伽利略卫星导航定位系统最新进展

作为欧洲卫星导航技术发展的极其重要的战略,伽利略卫星导航定位系统的计划早在20世纪90年代起就由欧共体(GE)、欧空局(ESA)提出。经过多年的论证,欧盟于2002年3月26日通过了伽利略计划。伽利略卫星导航定位系统作为交通方面的一项基础设施,将受控于国际民间组织,系统建成后,能够与新一代GPS系统相兼容,共同构成未来的全球导航卫星系统(GNSS),向全球各类用户提供物流管理及安全等所需的定位、授时服务。伽利略系统将具有以下特点:全天候和全球覆盖;独立的、欧洲人控制的、以卫星为基础的民用导航和定位系统;独立于GPS,但能与GPS兼     

加和略计划之始末

一、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。它是世界上第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。     

美欧对伽利略系统谈判的分歧

美国与欧盟关于全球定位系统(GPS)与伽利略全球导航卫星系统(Galileo)相互兼容与合作的谈判已历时3年。双方分歧较大,谈判时断时续。其中伽利略公共安全服务(PRS)信号所用频率与美国GPS未来的军码频率部分重叠是当前欧美谈判陷入僵局的焦点。 美国政府认为有了GPS,就无需再建“伽利略”,欧洲人应当把钱用在美国所期望的军事项目     

协会2006赴欧洲考察技术报告

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”计划是由欧盟委员会和欧洲空间局共同发起并组织实施的欧洲民用卫星导航计划。中国是第一个加入“伽利略”计划的非欧盟国家，将拥有这一系统的部分所有权和全部使用权。作为成员国，中国的科研单位已经参与了部分的研发工作，为进一步全面系统地了解“伽利略”计划的新进展，以便我国相关公司能更积极稳妥地参与该计划，经协会主管部门——国家测绘局批准，中国全球定位系统技术应用协会组织会员单位代表，于2006年4月17日-28日，赴欧洲参观、考察伽俐略系统及相关组织和单位。     

伽利略导航卫星系统的军用价值

自从欧洲宣布要建立独立自主的伽利略全球导航卫星系统(Galileo)以来，美国政府曾多次在公开和私下的场合表达了他们对Galileo系统的不满，认为该系统不仅与美国全球定位系统(GPS)功能重复，而且将会对GPS的完好性带来不利影响。由30颗卫星组成的伽利略系统建成后，将是迄今为止技术最复杂、耗资最多的具有创新性的欧洲航天系统。从它的导航定位精度、发射信号的强度，以及具有COSPAS-SARSAT全球搜索一救援的能力来看，该系统的某些技术指标可能会超过GPS。     

GPS卫星导航信号体制的发展和设计比较研究

在GPS现代化计划的指导下，GPS卫星导航信号体制得到了不断发展和完善。本文分析总结了GPS卫星导航信号体制的发展和演进，研究了民用信号新增的L2C和L5，以及军用信号将采用的BOC调制，在此基础上对两个民用信号L2C和L5进行了比较研究。     

欧洲“伽利略”卫星导航计划

1999年1月10日欧盟的执行机构欧洲委员会（EC）发布一则通讯，题为“欧洲卷入新一 代卫星导航服务”。2月10日公布了关于欧洲导航卫星计划的报告，欧洲委员会在这份长达2 9页的报告中建议欧盟尽早研制和部署欧洲下一代全球导航卫星系统（GNSS-2），该系统又 称为“伽利略”（Galileo）卫星导航计划。它将与美国全球定位系统（GPS）兼容，在战略 上同为商业竞争者。伽利略计划将由欧盟15个国家、欧洲工业界和其他国家（如日本等）联 合投资组建。 　　6月欧盟部长会议批准了伽利略全球导航卫星系统项目。7月19日欧盟委员会决议批准到 2000年底为伽利略的“定义阶段”，任务是提出管理方式、运行管理、系统设计、安全性、 服务费用和效益分析。现在正交错进行着两项定义研究：一是在欧盟资助下研究总系 统、基础设施和伽利略管理；二是欧洲空间局支持的称作Galilesat的更大项目。 欧盟和欧洲空间局将在2000年12月提交研究结果，如果届时欧盟决定继续执行伽利略计划， 那么2003年将发射第一颗伽利略卫星，2008年系统将开始运行，这将比美国完成GPS现代化 的最后期限早几年。 　　欧洲委员会对未来的伽利略系统的星座集中在两个选择上：① 21颗加3方案。它采用21颗 中地球轨道卫星加3颗地球同步轨道卫星的核心星座，它可与美国GPS和广域增强服务集成， 基本上满足欧洲的需要；② 36颗加9方案。它采用36颗中地球轨道卫星加9颗地球同步轨道 卫星的核心星座或是撤消9颗地球同步卫星，只用36颗中地球轨道卫星，可以充分地和独立 地满足欧洲的需要。这种对地静止和/或倾斜地球同步轨道通信卫星以及一个基于地面控制 和监测网络将使该系统更趋完善。伽利略计划将使用L波段射频信号，在发生冲突和战争期 间，迅速将L1和L2频率的两级服务转为军用业务，而第3级L3频率仍保留给民用用户。     

GNSS卫星可见性及可用性的概率特征

针对现有平均值指标难以客观地评价具有显著非对称非均匀的全球导航卫星系统可见性及可用性的问题,该文利用概率统计方法和广播星历研究了北斗导航系统、全球导航卫星系统和格洛纳斯系统的可见性及可用性的概率分布特征。结果表明:可见星数、站星高度角及可跟踪因子、几何精度因子值的概率直方图均呈显著的非对称非均匀分布特征。中地球轨道卫星可见概率与高度角为近似线性负相关,随方位角呈现"四叶玫瑰"对称非均匀分布特征且南北向可见概率略高于东西向。北斗导航系统静止地球轨道、倾斜地球同步轨道卫星远高于中地球轨道卫星的可跟踪因子,显著提高了导航星座时间可用性。星空分布图与几何精度因子值均表明导航性能随纬度增大而降低。此外,全球定位系统和全球导航卫星系统在可见性及可用性概率特征基本一致,而北斗导航系统概率分布特征与之具有较高的互补性且在亚太地区较之更适用于受限应用条件。     

欧洲全球导航卫星系统EGNOS进展

欧洲的全球导航卫星系统(GNSS)的开发分为二个阶段,第一阶段(GNSS—1)的主要任务是发展EGNOS系统,第二阶段(GNSS—2)的主要任务是发展欧洲自己的全球导航卫星系统,即伽俐略(Galileo)卫星。EGNOS的全称是欧洲静止     

伽利略(GALILEO)系统对美国GPS的冲击

伽利略(GALILEO)计划是迄今为止欧洲将要开发的、最重要的航天计划,是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统,是以欧盟为主并联合中国在内的多国共同研发的国际合作项目。本文在简要介绍伽利略系统的开发动机、体系结构和服务方式以及实施方案等基础上,重点论述了伽利略系统在技术上、经济上及军事上对美国GPS的冲击,并分析了伽利略系统目前存在的问题以及发展前景。     

Galileo系统组合观测值研究

伽利略系统(Galileo)是由欧洲独立研制开发的新一代全球卫星导航定位系统,该系统于2002年3月26日正式启动,是一个能够提供高精度的全球定位服务的完全民用系统。随着Galileo系统的建成、完全运行和GPS的现代化,人们用来导航、定位和授时的载波频率增加到7个。为了更好利用Galileo系统的4个频率的载波,有效地削弱电离层延迟等多种测量误差的影响,更快地确定整周模糊度,从而提高定位精度和可靠性,本文主要讨论了Galileo系统的观测值方程的表达式,非差组合观测值的定义、双差组合观测值的定义及相应的组合标准。     

Galileo系统的特点分析

随着“全球定位系统(GPS)”在各个领域应用的不断深入，欧盟也认识到了拥有自身卫星导航系统的重要性，经过长时间的协调和争论，终于在2002年3月26日由欧盟各国交通部长正式签署协议开始建设欧洲自己的卫星无线电导航系统-Galileo系统。我国在Galileo系统谈判阶段就开始与欧盟接触，寻求未来在Galileo系统上与欧洲相关的技术协作和系统共享，目前已经达成初步协议，并于2003年9月18日在北京成立了“中欧卫星导航系统培训与合作中心”。对该系统的总体设计思路、系统特点以及相关技术进行了分析。     

GALILEO系统完备性指标SISMA的计算和分析

利用GALILEO全球监测网络和中国地壳运动监测网络分别对GALILEO系统完备性指标SISMA进行仿真计算。结果表明,全球完备性监测SISMA结果不稳定,随地理位置的变化较大,不能满足局部地区的生命安全服务要求;利用适当布设的局域监测网络进行的SISMA局域监测数值稳定,变化较小,结果明显优于全球SISMA监测结果,可以满足生命安全服务要求,可信度达到100%。在我国进行局域SISMA监测,是对全球完备性监测进行的有效和必要补充,提高系统的可用性和定位可信度。     

An Assessment of the RAIM Performance of a Combined Galileo/GPS Navigation System Using the Marginally Detectable Errors (MDE) Algorithm

Integrity relates to the trust that can be placed in the correctness of information supplied by a navigation system. It includes the ability of the navigation system to provide timely warning to users when the system fails to meet its stated accuracy. Specifically, a navigation system is required to deliver a warning (alarm) when the error in the derived user position solution exceeds an allowable level (alarm limit). This warning must be issued to the user within a given period of time (time-to-alarm) and with a given probability (integrity risk). The two main approaches to monitoring the integrity of satellite navigation systems are Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM), and monitoring based on an independent network of integrity monitoring stations and a dedicated Ground Integrity Channel (GIC). More recently Satellite Autonomous Integrity Monitoring (SAIM) methods have also been investigated. This article presents the results of a study to assess the RAIM capability of the Galileo system when used alone and when combined with the Global Positioning System (GPS). The assessment was based on the Marginally Detectable Error (MDE) algorithm. The results show a significant improvement in the capability to perform RAIM using a combined Galileo/GPS system compared to the performance using the Galileo system alone. This study was supported by Alcatel Space and was a contribution to the Galileo definition studies carried out for the European Community under the GALA project. ? 2002 Wiley Periodicals, Inc.     

GPS和Galileo系统下RAIM算法可用性分析

介绍了RAIM算法中故障检测及其完好性保证的原理,采用STK仿真得到GPS和Galileo系统的卫星坐标及中国区域内的格网点坐标,结合航空用户对完好性需求,比较了GPS和Galileo系统下、不同类型导航性能需求的RAIM算法的可用性结果,分析了截止高度角、可视卫星数对故障检测可用性的影响。结果表明:当截止高度角越低、可视卫星数越多,故障检测的可用性越高;相同截止高度角条件时,Galileo系统下的RAIM可用性要高于GPS系统;单一的GPS导航系统难以满足垂直引导进近和精密进近等高等级的航空需求。     

BDS／Galileo系统观测数据质量分析

卫星导航系统观测数据质量的好坏直接影响到该系统全球化应用进程．本文重点分析评估了BDS／Galileo系统观测数据的质量,选用21个分布在全球各地MGEX观测站2019年年积日66-76日的观测数据,主要从数据可用率、数据完整率、多路径效应等方面对BDS／Galileo系统观测数据进行了质量评估,同时与GPS系统观测数据质量进行对比分析．实验结果表明:BDS／Galileo系统已具备全球定位能力,Galileo系统数据质量稍优于BDS／GPS,BDS和GPS基本上处于同一水平.      

Identifying a low-frequency oscillation in Galileo IOV pseudorange rates

Galileo, the European global navigation satellite system, is in its in-orbit validation phase and the four satellites which have been available for some months now have allowed a preliminary analysis of the system performance. Previous studies have showed that Galileo will be able to provide pseudorange measurements more accurate than those provided by GPS. However, a similar improvement was not found for pseudorange rate observations in the velocity domain. This fact stimulated additional analysis of the velocity domain, and, in particular, an unintended oscillatory component was identified as the main error source in the velocity solution. The magnitude of such oscillation is less than 10 cm/s, and its period is in the order of few minutes. A methodology was developed to identify oscillatory components in the Galileo IOV pseudorange rate observables, and it was verified that the measurements from Galileo IOV PFM and Galileo IOV FM2 are affected by a small oscillatory disturbance. This disturbance stems from the architecture adopted for combining the frequency references provided by the two active clocks present in the Galileo satellites. The issue has been solved in Galileo IOV FM3 and Galileo IOV FM4, and the oscillatory component has been eliminated. We also propose a methodology for removing this unwanted component from the final velocity solution and for determining the performance that Galileo will be able to achieve. The analysis shows that Galileo velocity solution will provide a root-mean-square error of about 8 cm/s even in the limited geometry conditions achieved using only four satellites. This shows the potential of Galileo also in the determination of user velocity.     

GNSS receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) performance analysis

The availability of GPS signals is a major concern for many existing and potential applications. Fortunately, with the development of Galileo by the European Commission (EC) and European Space Agency (ESA) and new funding for the restoration of the Russian GLONASS announced by the Russian Federation (Revnivykh et al., in European Navigation Conference 2005, Munich, Germany, July 19–22), the future for satellite-based positioning and navigation applications is extremely promising. With the complete cooperation from all these global navigation satellite systems (GNSS), greater levels of satellite visibility and therefore integrity can be expected. In this paper, a receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) scheme along with reliability and separability measures are used to assess integrity performance levels of standalone GPS and integrated GPS/GLONASS, GPS/Galileo and GPS/GLONASS/Galileo systems where the clock offsets for each of the additional systems are estimated. It is shown, herein, that a minimum of three satellites must be visible in an additional system in order to provide a full integrity contribution when the system’s clock offset is to be estimated within the adjustment. A comparison of the integrity results obtained via system clock offsets estimated in the adjustment versus the case where the offsets are known and the measurements are corrected prior to the adjustment is also made for a high elevation mask scenario. Global simulation results for combined GPS/GLONASS/Galileo show that, theoretically, for the time of simulation and for any point on the globe, an outlier of 20 m can be detected with 80% probability at the 0.5% significance level and then separated from any other measurement with 90% probability. Corresponding values for the GPS only and combined GPS/GLONASS and GPS/Galileo systems, respectively, are approximately 435, 110 and 28 m, respectively, for the maximum MSBs and 312, 50 and 26 m, respectively, for the maximum MDBs. Temporal 24 h simulations for the GPS/GLONASS/Galileo scenario delivered agreeable results with the global snapshots for a 15° elevation mask. For the case where system clock offsets are estimated within the adjustment, it was shown that only the reliability measure was available for 100% of the time, with horizontal external reliability values of no more than about 12 m when a 30° masking angle was used. By assuming the clock offsets were determined and corrected for prior to the adjustment, the separability measure was markedly improved and was also available 100% of the time.     

卫星导航完备性监测的最新进展

自从美国于2000年取消GPS SA政策并开始实施GPS现代化,以及欧洲伽利略导航系统正式开始启动以来,在完备性监测技术方面出现了许多新的发展和动向,本文将对其作简要的介绍。GPS和伽利略的完备性监测新技术主要包括:卫星自主完备性监测(SAIM)、星载和星间完备性监测、伽利略完备性能力评估(GIPA)的概念、用户自主完备性监测(UAIM)等。