《电子技术应用》

伽利略卫星导航系统历经17年终运行

2016/12/27 13:18:00

因投资规模从最开始预计的10亿欧元飙升到100亿欧元,许多欧盟成员国不愿出钱导致项目一拖再拖,历经17年来的数次预算增加和因卫星发射失败造成的技术延误后,欧洲伽利略卫星导航系统近日终于上线投入运行,向智能手机和汽车内接收装置发出第一批卫星信号。这一将由30个超强卫星组成的导航系统有望超过美国全球定位系统(GPS)和俄罗斯的“格洛纳斯”卫星导航系统(GLONASS),成为全世界精确度最高的定位导航技术,从而结束欧洲长期以来对GPS与GLONASS的依赖。

但伽利略系统绝不仅仅是一个定位导航系统,它更是一个意义重大的科学工具,该系统将大幅提升科学家们对大气和地球科学的研究能力。

定位精确度达一米以内

由于其卫星数量更多且安装了最精确原子钟,运行300万年后误差也只有一秒,伽利略导航能提供更好的信号、传递更多信息,其免费定位精确度可达到一米以内,付费服务精确度更高,达到厘米以内,而GPS和GLONASS只能达到几米。

伽利略系统目前有18颗卫星在轨运行,开始阶段信号会时断时续,需要依靠GPS卫星的帮助,但等2020年前完成另外12颗卫星的发射,共30颗卫星盘旋在地球上空23333公里高度,其信号传导会更加可靠,届时将提供前所未有的精准时间和位置数据。

未来20年市值900亿欧元

伽利略卫星导航系统官网表示:“等30颗卫星全部就位,其搜救服务能大大缩减人员搜救时间,比如,落入海底或山间迷路人员的搜救,将从之前的3小时缩短到10分钟。”无论是隧道内,还是被高楼大厦围绕的街道,只要有人在,伽利略系统的信号就能顺利到达。

负责开发这一技术的欧盟委员会和欧洲空间局表示,一些手机生产商已着手制造相关芯片,今后只要装载兼容伽利略导航系统的芯片,智能手机和导航盒都可免费使用导航服务,有些甚至只需通过软件升级就能使用。

现在,华为Mate9和西班牙的一种手机已经装备了兼容伽利略导航系统的芯片。高通、博通、英特尔、联发等科技巨头们正在生产兼容伽利略导航系统的十几种芯片。这些产业合作将为伽利略导航注入大量资金和创新元素,帮助开发出全新运用和服务。

据估计,伽利略导航系统将为欧盟GDP贡献10个百分点,这一比例到2030年会增加到30%。欧盟委员会表示,伽利略卫星导航系统将在未来20年创造900亿欧元的市值,多年投资将获得回报。

开创地球科学新时代

加拿大纽布伦斯威克大学卫星导航系统专家理查德·朗格里认为,伽利略导航的另一大价值是增强了科学家们对大气和地球科学的研究能力。到2020年,其30颗卫星部署成功,再加中国北斗系统的35颗卫星,以及现有美俄导航卫星、日本和印度计划中的导航卫星,全球绕地导航卫星数将增加到130颗,大气层内将流动着更多类型的无线波信号,频率范围分布更广,有助于建立更加精准的地球系统模型。


借助丰富的无线电信号,研究人员能提取地球大气中导航卫星信号,测量出大气温度、压力、密度及水蒸气含量,提高天气预报和气候研究的准确性。

导航卫星信号还可用来测量大气上层电离层的电子密度,跟踪预报耀斑和日冕物质抛射等太空灾害,并提前预警海啸和地震等重大灾难。这些灾害事件会严重干扰大气,向电离层发射声波和引力波,引起上层大气电子密度发生改变,因此能更好评估海啸和地震的震级。

德国地球科学研究中心科学家延斯·魏克德表示,多个导航系统结合使用,还能大大改善对海洋风速、海面潮水的强度和高度等的测量。现有对海洋的远距离观测主要基于飞机或飞船接收到的雷达信号,以及其他卫星搭载的仪器发回的数据,这些测量的空间分辨率最高只有大约每10天80公里,而导航卫星信号有望大大改善海洋观测结果。魏克德正在开展的研究项目,计划2019年搭载能接收导航卫星信号的芯片装置飞到国际空间站,将海洋监测的空间分辨率提高到每4天几公里。


继续阅读>>