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1、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,前苏联和欧洲开始投资于生产研究,而中国则起步较晚。伽利略系统在欧洲投入了大量资金。受美国技术的影响,伽利略系统一直处于世界前列。中国也使用了该系统,并支付了 20 亿美元的服务费。随着该系统重要性的增加,我国科学家也开始投入精力以及时间进行研究,其中代表产品便是北斗系统,该系统已经非常的成熟,以及在明年年底将会全面建成投入使用。随着北斗系统的建成,我们对伽利略系统的依赖已经被取代。此时
2、,伽利略系统陷入完全瘫痪,主要是由于惊讶和无助。据相关媒体报道,伽利略系统因公司管理和组织结构松散而瘫痪,无人愿意加班维护,导致设备连续故障。如今,我国已经在多个技术上开始发力,gps 系统现阶段虽然无法超越美国,但是必然也会成为主流系统,我国科技也会走向更远。从 2022 年 7 月 11 日开始,欧洲伽利略环球卫星导航系统经历了从服务退化到全面服务中断,再到服务恢复的过程。这是迄今为止全球卫星导航领域最重要的事件之一,引起了各方的密切关注。这一事件对全球卫星导航领域的未来发展具有重要影响。01 故障的发生和发展过程 “伽利略”全球卫星导航系统由欧洲独立发展,项目于 1998 年提出并全面启
3、动论证活动。2021 年 12 月,“伽利略”系统投入初始运行,提供初始定位、导航与授时(pnt)服务,提供 pnt 服务的卫星数量为 11 颗。伽利略系统投入运行以来,随着发射和部署的卫星数量的增加,提供 pnt 服务的卫星数量也在增加,系统运行和服务保持连续稳定。到 2022 年 5 月,提供 PNT 业务的卫星数量已增加到 22 个,服务覆盖率和服务性能都有了显著的提高。然而,2021 年 7 月,“伽利略”系统服务先是发生整体性的性能退化,随后 pnt 服务完全中断,至 2021 年 7 月 17 日(用户通告时间 7 月 18 日),“伽利略”系统初始服务恢复,事件的发生发展过程如下
4、。节点 1 2021 年 7 月 11 日 10:00 左右文中均采用世界协调时(utc)时间,gnss 系统监测评估中心发布:“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出现中断。原因是广播星历没有更新。节点 2 2021 年 7 月 11 日 14:25,欧洲全球导航卫星系统管理局(gsa)负责“伽利略”系统服务的欧洲 gnss 服务中心(gsc)发布 2021 年第 025 号用户通告(2021025),通告的主要内容如下:通知类型:一般 通告主题:服务降级 活动开始时间:2022-07-1101:00 事件结束日期:无 涉及的卫星:全部 事件描述:在发布新的
5、通告前,用户将面临全部“伽利略”卫星的服务降级。这意味着信号不可用或不满足服务定义文件规定的最低服务性能要求,且用户将面临相关风险。名义服务将尽可能快地恢复。节点 3 2021 年 7 月 13 日 20:15,欧洲 gnss 服务中心发布 2021 年第 026 号用户通告(2021026),通告的主要内容如下:通知类型:一般 通告主题:服务中断 活动开始时间:2022-07-1201:50 事件结束日期:无 涉及的卫星:全部 事件描述:直到发布新的通告前,用户将面临服务中断。信号不能使用。节点 4 2021 年 7 月 13 日 21:05,欧盟卫星导航项目管理部门发布“伽利略”用户服务通
6、告,通告主要包括三个方面的内容:1)由于伽利略系统地面基础设施的技术故障,伽利略系统的初始服务暂时中断。所有伽利略卫星的导航信息在 2022 年 7 月 13 日 20:15 到期。根据伽利略系统的服务定义文件,过期的伽利略导航信息不能使用。2)此次故障不影响用于为处于灾难环境下的人员提供定位和帮助的搜索与救援服务(sar)。3)正在确认技术故障的原因,并正在实施服务恢复行动,以确保尽快恢复正常服务和服务安全。节点 5 2022 年 7 月 17 日,GNSS 系统监测和评估中心发布了一个题为“伽利略,终于等你”的消息,说 2022 年 7 月 16 日 19:00,在 117H10min 等
7、待之后,“伽利略”系统终于恢复服务。目前已连续恢复 3 小时,各项监测参数正常。节点 6 在 2022 年 7 月 18 日 08:20,欧洲 GNSS 服务中心发布了第 2022 号用户通知 27(2022027)。通知的主要内容如下:通告类型:一般 公告主题:服务恢复(潜在不稳定)事件开始时间:2021-07-1720:52 事件结束日期:直到发布新用户公告 涉及卫星:全部 事件描述:服务恢复。在发布新公告之前,用户服务一直不稳定。此外,gsa 于 2021 年 7 月 18 日发布了“伽利略初始服务正在恢复”的报告,该报告宣布将成立一个由 gsa、工业界、欧洲航天局(esa)和欧盟委员会
8、(ec)组成的专家小组,全天候关注事件,实施并监测以尽快使“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 2021 年 7 月 12 日 01:50 发生中断,至 2021 年 7 月 17 日20:52,“伽利略”系统服务中断时间达到 139h。虽然,欧洲 gnss 服务中心已经发布了“伽利略”系统服务恢复的用户通告。但从国际 gnss 监测评估系统(igmas)监测评估中心发布“伽利略”系统卫星状态来看,虽然“伽利略”卫星已经重新开始播发导航信号,但卫星仍处于不稳定的状态,这也是欧洲 gnss 服务中心在其 2021027 号用户通告中特别说明系统服务具有潜在不稳
9、定性的原因。从监测结果来看,与 GPS 系统相比,伽利略系统在轨卫星状态不稳定,存在大量未知状态。因此,结合欧洲 GNSS 服务中心的用户通知和 igmas 的监测结果,伽利略系统提供的 pnt 服务不能单独使用,其服务可用性和安全性仍存在很大问题。02 失败原因 此次事件发生后,普遍推测故障原因是地面运行控制系统出现了问题。根据欧洲 gnss服务中心公告消息和前 esagnss 发展计划负责人的说法,很可能是地面运行控制系统引发了“伽利略”系统的大面积故障,且在过去的 2 年中,被认为是最有可能引发此次故障的精确守时设施曾经 2 次引发了“伽利略”服务的中断,而此次问题之所以如此严重,推测可
10、能是位于意大利和德国的 2 个运行控制中心的精确守时设施(ptf)系统均发生了故障。GSA 在 7 月 18 日发布的一份报告中表示,伽利略系统地面基础设施的一个设备故障导致了一次技术事故,影响了用于计算导航信息的时间和轨道计算,并影响了导航信息的生成,而这一故障影响了不同的地面设备。此外,据俄罗斯卫星网 7 月 18 日报道,欧盟委员会发言人露本娅考德特曾对“伽利略”系统“因网络攻击瘫痪”的传闻给出了回应,称:“没有发现网络攻击的迹象”。根据 GSA 于 7 月 18 日宣布的专家组,进一步调查和确认故障原因以及制定和实施解决方案将是下一步的重点。随着调查的深入,将揭示更准确、更详细的故障原
11、因。03 事件影响 全球导航卫星系统发生如此大规模故障并迟迟无法恢复服务,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”系统能否尽快恢复有关,而且与由此引发的人们对卫星导航服务的脆弱性的担忧有关,更与欧盟、esa 对此次危机的处理方法直接相关。(1)它可能会引起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 2021 年 7 月 18 日全面恢复,长达 7 天的服务降级与中断是 gnss 发生的最严重的服务中断事件,其影响是不容忽视的。与 2022 年 4 月俄罗斯“GONASS”系统的 11H 业务中断相比,“伽利略”系统失败的影响更为严重。一方面,“光泽”比“光
12、泽”系统快得多;另一方面,俄罗斯很快发现了故障的原因,包括:坐标系转换引起的地面运行控制系统软件问题;地面操作控制系统的时间跳变为 1.5 分钟,因此无法生成正确的星历。故障原因的快速定位也使俄罗斯能够在短时间内恢复 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重要影响,对“伽利略”系统在全球卫星导航应用市场的发展极为不利,轻则造成市场拓展难度增加,重则可能全面影响“伽利略”系统的生存与发展。在全球卫星导航领域多系统并存的格局下,各卫星导航系统服务与市场的竞争不断加剧。在英国脱欧已经对“伽利略”系统发展产生了不利影响的背景下,此次事件如不能
13、很好解决,极有可能危及“伽利略”系统在全球卫星导航市场的作用和地位。在“伽利略”系统初始服务尚未完全恢复正常(存在潜在不稳定)的情况下,GSA 和欧洲 GNSS 服务中心紧急宣布,“伽利略”系统初始服务恢复可能会尽快恢复用户信心,避免更多负面影响,从而减少对“伽利略”系统和未来应用发展的负面影响。(2)进一步加剧对导航卫星系统脆弱性的担忧 欧洲伽利略系统事件再次表明,全球卫星导航系统非常脆弱,特别是地面运行控制系统的任何问题都可能导致系统服务退化甚至崩溃;当美国军方将网络空间定义为第五个作战领域时,这个问题尤其严重。为此,我们需要关注:1)地面运行控制系统的持续、稳定运行。应当开展卫星导航系统
14、运行过程中可能发生意外事件的分析、仿真与研究,制定有效、有针对处置的预案,尽一切可能保证卫星导航系统运行与服务的持续、稳定;2)地面操作控制系统的安全性。加强地面运行控制系统网络安全能力建设,使其能够应对各种网络攻击,保障卫星导航系统的运行控制权。同时,关于“伽利略”系统“因网络攻击瘫痪”的传闻,也加剧了人们对网络攻击与卫星导航运行控制系统网络安全的担忧。美国提高 GPS 系统的网络安全(Network security)能力正是出于防范网络安全风险的考虑。美国新一代 GPS 运行控制系统最典型的特点之一是其强大的网络安全能力,这是下一代卫星导航系统的核心能力之一,也是保证卫星导航系统持续稳定
15、运行和运行控制不可或缺的关键能力。在网络安全威胁日益增长的态势下,卫星导航地面运行控制系统的网络安全正在或已经成为卫星导航系统能否安全、持续、稳定运行重要的、甚至是决定性的因素。因此,必须高度重视卫星导航地面运行控制系统的网络安全能力的研发与建设。随着投资规模从最初估计的 10 亿欧元飙升至 100 亿欧元,许多欧盟成员国不愿支付,导致该项目一再推迟。经过过去 17 年的几次预算增加和卫星发射故障造成的技术延迟,欧洲伽利略卫星导航系统终于在最近几天投入运行,向智能手机和汽车接收器发送第一批卫星信号。该导航系统将由 30 颗超级卫星组成,预计将超过美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的 GLON
16、ASS 卫星导航系统,成为世界上最精确的定位和导航技术,从而结束欧洲对 GPS 和 GLONASS 的长期依赖。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。目前,伽利略系统有 18 颗在轨卫星。一开始,信号是间歇性的,需要 GPS 卫星的帮助。然而,当另外 2022 颗 12 颗卫星发射完成时,共有 30 颗卫星在高于地球 23333 公里的高空盘旋,其信号传输将更加可靠。届时,它将提供前所未有的精确时间和位置
17、数据。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,对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。负责开发这项技术的欧盟委员会和欧洲航天局表示,一些手机制造商已经开始生产相关芯片。未来,只要加载与伽利略导航系统兼容的芯片,智能手机和导航盒就可以免费使用导航服务,有的甚至可以通过软件升级使用。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,到 2030 年将增至 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 亿欧元的市场价值,多年的投资将得到回报。
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