伽利略系统三篇

2024年1月8日发(作者：长江学者特聘教授)

伽利略系统三篇

gps系统如今已经具有非常重要的地位，不仅仅是生活中，在军事上的地位也是非常高，而率先掌握这一技术的是美国，早在1964年，美国已经开始研究“子午仪”系统，并且成为行业的领军者。

继美国之后，前苏联、欧洲都开始陆续投入到生产研究之中，而我国的起步是比较晚的。欧洲一直以来大投入的是伽利略系统，受到美国技术的影响，伽利略系统一直以来也处于世界前列，我国也曾使用该系统，并且缴纳了20亿的服务费。

随着该系统重要性的减少，我国科学家也已经开始资金投入精力以及时间展开研究，其中代表产品就是北斗系统，该系统已经非常的明朗，以及在明年年底将可以全面投入使用投入使用。

随着北斗系统的建成，我们对于伽利略系统的依赖已经被替代，而也就在此时，伽利略系统陷入全面瘫痪，主要原因更是让人意外以及无奈，据相关媒体报道，伽利略系统的瘫痪是因为公司管理以及组织架构的松散，无人愿意加班检修，导致设备故障连绵不断。

如今，我国已经在多个技术上已经开始发力，gps系统现阶段虽然无法打破美国，但是必然也可以沦为主流系统，我国科技也可以迈向更离。

在2022年7月11日以来的约一周时间内，欧洲“伽利略”（galileo）全球卫星导航系统经历了从服务降级到服务全面中断，再到服务恢复的过程。这是迄今为此，全球卫星导航领域发生的最重大的事件之一，引起了各方的密切关注，此次事件对全球卫星导航领域的未来发展产生重要影响。

01

故障发生与发展过程

“伽利略”全球卫星导航系统由欧洲单一制发展，项目于1998年明确提出并全面启动论证活动。2022年12月，“伽利略”系统资金投入起始运转，提供更多起始定位、导航系统与授时（pnt）服务，提供更多pnt服务的卫星数量为11颗。

自“伽利略”系统投入初始运行以来，随着发射、部署卫星数量的增加，提供pnt服务的卫星数量也在不断增加，系统运行与服务保持连续、稳定。至2022年5月，提供pnt服务的卫星数量增加至22颗，服务覆盖、服务性能等得到明显提升。

然而，2022年7月，“伽利略”系统服务先是出现整体性的性能发育，随后pnt服务全然中断，至2022年7月17日（用户通告时间7月18日），“伽利略”系统起始服务恢复正常，事件的出现发展过程如下。

节点1

2022年7月11日10：00左右[文中均使用世界协同时（utc）时间]，gnss系统监测评估中心公布：“伽利略”星历数据中断3h，卫星工作状态、轨道、钟差和服务性能等数据均发生中断。原因就是广播星历没更新。

节点2

2022年7月11日14：25，欧洲全球导航系统卫星系统管理局（gsa）负责管理“伽利略”系统服务的欧洲gnss服务中心（gsc）公布2022年第025号用户通告（2022025），通告的主要内容如下：

通告类型：一般

通告主题：服务降级

事件开始时间：2022-07-1101:00

事件完结日期：并无

涉及卫星：全部

事件叙述：在公布代莱通告前，用户将遭遇全部“伽利略”卫星的服务降级。这意味著信号不容用或不满足用户服务定义文件规定的最高服务性能建议，且用户将遭遇有关风险。名义服务将尽可能慢地恢复正常。

节点3

2022年7月13日20:15，欧洲gnss服务中心公布2022年第026号用户通告（2022026），通告的主要内容如下：

通告类型：一般

通告主题：服务中断

事件开始时间：2022-07-1201:50

事件完结日期：并无

涉及卫星：全部

事件叙述：直至公布代莱通告前，用户将遭遇服务中断。信号无法采用。

节点4

2022年7月13日21:05，欧盟卫星导航系统项目管理部门公布“伽利略”用户服务通告，通告主要包含三个方面的内容：

1）因“伽利略”系统地面基础设施发生技术故障，导致“伽利略”系统初始服务暂时中断。全部“伽利略”卫星的导航电文于2022年7月13日20:15过期，按“伽利略”系统服务定义文件，过期的“伽利略”导航电文不可使用。

2）此次故障不影响用作为处在灾难环境下的人员提供更多定位和协助的搜寻与救援服务（sar）。

3）技术故障的原因正在确认，并正在实施服务恢复行动，以保证尽快恢复正常服务和服务的安全。

节点5

2022年7月17日，gnss系统监测评估中心发布题为“‘伽利略’，终于等到你”的消息，称：2022年7月16日19:00，经过117h10min的等待，“伽利略”系统终于恢复服务。目前已连续恢复3h，各项监测参数正常。

节点6

2022年7月18日08:20，欧洲gnss服务中心发布2022年第27号用户通告（2022027），通告的主要内容如下：

通告类型：通常

通告主题：服务恢复（潜在不稳定性）

事件已经开始时间：2022-07-1720:52

事件结束日期：直至发布新的用户通告

牵涉卫星：全部

事件描述：服务恢复。在发布新的通告前，用户服务不稳定。

此外，gsa于2022年7月18日公布了“伽利略起始服务正在恢复正常”的报告，该报告正式宣布将设立一个由gsa、工业界、欧洲航天局（esa）和欧盟委员会（ec）共同组成的专家小组，全天候高度关注事件，实行并监测以尽快并使“伽利略”系统的pnt服务恢复正常。

当前状态

从“伽利略”系统服务于2022年7月12日01:50出现中断，至2022年7月17日20:52，“伽利略”系统服务中断时间达至139h。虽然，欧洲gnss服务中心已经公布了“伽利略”系统服务恢复正常的用户通告。但从国际gnss监测评估系统（igmas）监测评估中心公布“伽利略”系统卫星状态来看，虽然“伽利略”卫星已经再次已经开始刊发导

航系统信号，但卫星仍处在不稳定的状态，这也就是欧洲gnss服务中心在其2022027号用户通告中特别表明系统服务具备潜在不稳定性的原因。

从该监测结果看，与gps系统相比，“伽利略”系统在轨卫星状态并不稳定，存在大量未知状态。因此，结合欧洲gnss服务中心的用户通告与igmas监测结果，尚不能单独使用“伽利略”系统提供的pnt服务，其服务的可用性和安全性仍存在较大问题。

02

故障原因

此次事件出现后，广泛推断故障原因就是地面运转控制系统发生了问题。根据欧洲gnss服务中心公告消息和前esagnss发展计划负责人的观点，很可能将就是地面运转控制系统引起了“伽利略”系统的大面积故障，且在过去的2年中，被指出就是最有可能引起此次故障的准确守时设施曾经2次引起了“伽利略”服务的中断，而此次问题之所以如此轻微，推断可能将就是坐落于意大利和德国的2个运转控制中心的准确守时设施（ptf）系统均出现了故障。

gsa在7月18日发布的报告中称：“伽利略”系统地面基础设施的一个设备故障引发了技术事故，影响了用于计算导航信息的时间和轨道测算，并对导航电文的生成产生了影响，且这一故障影响到了不同的地面设备。

此外，据俄罗斯卫星网7月18日报导，欧盟委员会发言人露本娅·考德特曾对“伽利略”系统“因网络攻击中断”的传闻得出了澄清，表示：“没辨认出网络攻击的迹象”。

从7月18日gsa宣布成立专家组来看，故障原因的进一步调查、确认与解决方案的制定和实施将是下一步的重点。随着调查的深入，将会有更准确、详细的故障原因披露出来。

03

事件影响

全球导航系统卫星系统出现如此大规模故障并迟迟无法恢复正常服务，此类情况前所未有。此次事件将产生何种影响，不但与“伽利略”系统若想尽快恢复有关，而且与由此引起的人们对卫星导航系统服务的脆弱性的忧虑有关，更与欧盟、esa对此次危机的处置方法轻易有关。

（1）可能引发全球卫星导航产业格局的动荡或变化

虽然，“伽利略”系统服务已于2022年7月18日全面恢复正常，长达7天的服务降级与中断就是gnss出现的最为轻微的服务中断事件，其影响就是不容忽视的。

与2022年4月俄罗斯“格洛纳斯”（glonass）系统11h的服务中断相比，“伽利略”系统此次故障的影响显然更加严重。一方面，glonass系统服务的恢复远快于“伽利略”系统；另一方面，俄罗斯很快查明了故障原因，包括：①坐标系统转换引发的地面运行控制系统软件问题；②地面运行控制系统出现1.5min的时间跳跃，从而不能生成正确的星历。故障原因的快速定位，也使俄罗斯在短时间内即恢复了glonass系统的服务。

“伽利略”系统此次故障与服务的全面中断将对“伽利略”系统用户的信心产生关键影响，对“伽利略”系统在全球卫星导航系统应用领域市场的发展极为有利，轻则导致市场开拓难度减少，轻则可能将全面影响“伽利略”系统的存活与发展。在全球卫星导航系统领域多系统共存的格局下，各卫星导航系统服务与市场的竞争不断激化。在英国退欧已经对“伽利略”系统发展产生了有利影响的背景下，此次事件例如无法较好化解，极有可能损害“伽利略”系统在全球卫星导航系统市场的促进作用和地位。

在“伽利略”系统初始服务尚未完全恢复正常（具有潜在的不稳定性）的条件下，gsa与欧洲gnss服务中心匆忙宣布“伽利略”系统初始服务恢复很有可能是出于尽早恢复用户信心，避免产生更多负面影响，从而减少对“伽利略”系统与未来应用发展的负面影响。

（2）进一步激化对导航系统卫星系统脆弱性的忧虑

欧洲“伽利略”系统发生的此次事件再次表明，全球卫星导航系统是非常脆弱的，特别是地面运行控制系统的任何问题都有可能导致系统服务的降级，甚至崩溃；在美军将网络空间定义为第五作战域的情况下，这一问题尤为严重。为此，需要重点关注：

1）地面运转控制系统的持续、平衡运转。应积极开展卫星导航系统运转过程中可能将出现意外事件的分析、仿真与研究，制订有效率、存有针对处理的预案，天下一切可能将确保卫星导航系统运转与服务的持续、平衡；

2）地面运行控制系统的安全。应当加强地面运行控制系统网络安全能力建设，使其具备应对各种网络攻击，保证卫星导航系统运行控制权的能力。

同时，关于“伽利略”系统“因网络攻击中断”的传闻，也激化了人们对网络攻击与卫星导航系统运转控制系统网络安全的忧虑。

美国增强gps系统赛博安全（网络安全）能力，正是出于防范网络安全风险的考虑。美国gps新一代运行控制系统最典型的特征之一就是具有强大的赛博安全能力，这是下一代卫星导航系统的核心能力之一，是保证卫星导航系统持续、稳定运行与运行控制权的不可或缺的关键能力。

在网络安全威胁日益增长的态势下，卫星导航系统地面运转控制系统的网络安全正在或已经沦为卫星导航系统若想安全、持续、平衡运转关键的、甚至就是决定性的因素。因此，必须高度重视卫星导航系统地面运转控制系统的网络安全能力的研发与建设。

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。

由于其卫星数量更多且加装了最为准确原子钟，运转300万年后误差也只有一秒，伽利略导航系统能够提供更多更好的信号、传达更多信息，其免费定位精确度可以达至一米以内，下载服务精确度更高，达至厘米以内，而gps和glonass就可以达至几米。

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2022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。

伽利略卫星导航系统官网则表示：“等30颗卫星全部准备就绪，其救援服务能够大大削减人员救援时间，比如说，对掉入海底或山间迷路人员的救援，将从之前的3小时延长至10分钟。”无论是隧道内，还是被高楼大厦紧紧围绕的街道，只要有人在，伽利略系统的信号就能够成功抵达。

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相容伽利略导航系统的芯片。高通、博通、英特尔、大霸等科技巨头们正在生产相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系统转化成大量资金和技术创新元素，协助研发出来全新运用和服务。

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。