衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)分析研究

杜輝, 陳倩

(1. 中國電子科技集團公司第五十四研究所,河北 石家莊 050000;2. 中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院,北京 100007)

0 引 言

自北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)提供服務(wù)以來,我國的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用在理論研究、技術(shù)研發(fā)、接收機制造及應(yīng)用服務(wù)等方面取得了長足進步．建立完整的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且豁棌?fù)雜的系統(tǒng)工程,而標(biāo)準(zhǔn)化是系統(tǒng)工程中最重要的環(huán)節(jié)之一．標(biāo)準(zhǔn)代表了技術(shù)力量,也代表了經(jīng)濟效益,一種新技術(shù)要想走上持續(xù)高效的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路,取得可觀的經(jīng)濟效益,就必須要有與之相適應(yīng)、相對完善的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ),衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用亦是如此[1]．

1 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著國產(chǎn)BDS核心芯片、模塊等關(guān)鍵技術(shù)全面突破,產(chǎn)品的性能指標(biāo)與國際同類產(chǎn)品逐步趨同．相關(guān)產(chǎn)品也已逐步應(yīng)用推廣到交通運輸、能源、公共安全、測繪與國土、地震與氣象、農(nóng)林牧漁、航空航天和個人位置服務(wù)等諸多領(lǐng)域．

2 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)與國外標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀

通過對標(biāo)準(zhǔn)化組織和機構(gòu)發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研,共檢索到衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)63項,國外標(biāo)準(zhǔn)36項．可將這些標(biāo)準(zhǔn)歸納為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、電子地圖標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵件/終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等六類．涉及的主要內(nèi)容如表1所示．

表1 國際標(biāo)準(zhǔn)情況

在國際標(biāo)準(zhǔn)方面,由于衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用范圍廣泛, 制定相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化組織也較多．搜集的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)共涉及到9個標(biāo)準(zhǔn)化組織,標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量如圖1所示． 涉及的標(biāo)準(zhǔn)化組織除 IEC 、ISO和ITU等三大國際標(biāo)準(zhǔn)化組織外, 還有ICAO、IEEE、RTCM、RTCA、IAG和IALA等．這其中如 IEEE 、 RTCM 和 RTCA等原先是美國的行業(yè)協(xié)會, 但因為其標(biāo)準(zhǔn)為世界普遍采用, 所以這些組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)上已具備了國際標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)[2]．各標(biāo)準(zhǔn)化組織的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點不盡相同．

國際電工委員會(IEC)成立于1906年,是世界上成立最早的國際性電工標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu),該機構(gòu)的第 80 技術(shù)委員會(TC 80)負(fù)責(zé)衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)化工作,是國際海事組織(IMO)有關(guān)船用衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備要求的細(xì)化和具體化[3]．IEC/TC80制定了IEC 61108船用衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備系列標(biāo)準(zhǔn)．該系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了船用衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的性能標(biāo)準(zhǔn)、試驗方法和要求的試驗結(jié)果,也是唯一覆蓋了全部GPS/GLONASS/Galileo/BDS接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的組織,由我國主導(dǎo)制定的BDS接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)(IEC 61108-5)也已正式頒布．

圖1 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)分布

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)是世界上最大的非政府性標(biāo)準(zhǔn)化專門機構(gòu),負(fù)責(zé)目前絕大部分領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化活動．ISO的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于衛(wèi)星導(dǎo)航的不同應(yīng)用領(lǐng)域,包括船舶航運,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè),大地測量,車載服務(wù)以及地理信息系統(tǒng)等,且不限定衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)．

國際電信聯(lián)盟(ITU)是主管信息通信技術(shù)事務(wù)的聯(lián)合國機構(gòu),負(fù)責(zé)分配和管理全球無線電頻譜與衛(wèi)星軌道資源,以及制定全球電信標(biāo)準(zhǔn)．ITU標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于衛(wèi)星導(dǎo)航在電信領(lǐng)域的行業(yè)應(yīng)用．

國際民用航空組織(ICAO)是聯(lián)合國為促進全世界民用航空安全、有序的發(fā)展而成立的專門機構(gòu)．ICAO標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于衛(wèi)星導(dǎo)航在航空領(lǐng)域的行業(yè)應(yīng)用．

電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)是一個美國的電子技術(shù)與信息科學(xué)工程師的協(xié)會．該組織制定了全球定位系統(tǒng)接收機測試標(biāo)準(zhǔn)．

國際海運事業(yè)無線電技術(shù)委員會(RTCM) 于1983年11月為全球推廣差分GPS業(yè)務(wù)設(shè)立了SC104 專門委員會,制定了海用和陸用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)差分信號格式標(biāo)準(zhǔn)RTCM-SC104[4]．

航空無線電技術(shù)委員會(RTCA)是美國一家為政府監(jiān)管部門和行業(yè)制定技術(shù)指導(dǎo)的志愿者組織．該組織制定了RTCA SC159標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了航空用戶GNSS差分信號格式．

國際大地測量協(xié)會(IAG)是世界各國大地測量學(xué)術(shù)團體聯(lián)合組成的學(xué)術(shù)組織．該組織制定了衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)自主交換格式(RINEX),規(guī)定了GNSS測量應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式．

國際航標(biāo)協(xié)會(IALA)是一個非盈利的、非政府間組織,致力于海上航標(biāo)的協(xié)調(diào)一致．該組織制定了基于航標(biāo)的差分全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(DGNSS)標(biāo)準(zhǔn)．

在國外標(biāo)準(zhǔn)方面,對美國、英國、德國、法國、韓國和日本等6個國家標(biāo)準(zhǔn)化組織的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進行了研究,具體數(shù)量如圖2所示．除美國標(biāo)準(zhǔn)中含GPS性能服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和美國國家海洋電子協(xié)會(NMEA)制定的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)外,其余國家的標(biāo)準(zhǔn)大部分為直接轉(zhuǎn)化的IEC 和ISO標(biāo)準(zhǔn)．

圖2 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用國外標(biāo)準(zhǔn)分布

3 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用20余年的發(fā)展,國內(nèi)也制定了大量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)．目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)大部分也是基于GPS或BDS單系統(tǒng)應(yīng)用,但也在向GNSS方向發(fā)展．涉及的國家標(biāo)準(zhǔn)共50項．

我國的國家標(biāo)準(zhǔn)主要由政府部門和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會發(fā)布,發(fā)布衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用國家標(biāo)準(zhǔn)的政府部門有工業(yè)和信息化部及交通運輸部,標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會則涉及導(dǎo)航、地理信息、海洋船舶、農(nóng)業(yè)機械、氣象、宇航和智能運輸?shù)榷鄠€委員會．

在國家標(biāo)準(zhǔn)中,從分類上包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵件/設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、電子地圖標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、增強系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)[5],具體標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量如圖3所示．從應(yīng)用上包括個人信息服務(wù)、交通運輸、水文監(jiān)測、電力授時和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在內(nèi)的多個領(lǐng)域．國家標(biāo)準(zhǔn)涉及的主要內(nèi)容如表2所示.

圖3 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用國家標(biāo)準(zhǔn)分布

表2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)情況

通過對現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研,發(fā)現(xiàn)存在部分應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)缺項的情況,如通用接口標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了GPS接收機的數(shù)據(jù)輸出格式,沒有包含BDS相關(guān)內(nèi)容．而且目前尚無關(guān)鍵件,如天線、模塊等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)．這些基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的缺失不利于BDS產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和推廣．此外有部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)容存在著重復(fù),這種情況不利于制造商對標(biāo)準(zhǔn)的使用．

而這兩種情況隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的制修訂計劃推進也在逐漸得到改善．例如《GNSS接收機導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)輸出格式》已列入國家標(biāo)準(zhǔn)修訂計劃，《全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)射頻與基帶一體化模塊性能要求及測試方法》等衛(wèi)星導(dǎo)航關(guān)鍵件國家標(biāo)準(zhǔn)也已立項．

4 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的比較分析

與其他國家制定的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)相比,我國的標(biāo)準(zhǔn)總體數(shù)量多,且方向相對更為集中,對熱點更為關(guān)注．以英國、法國和德國標(biāo)準(zhǔn)化組織已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)為例,其大部分標(biāo)準(zhǔn)均為從國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO及IEC轉(zhuǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)．我國也有直接轉(zhuǎn)化的國際標(biāo)準(zhǔn),但發(fā)布于2010年以后的較新的國際標(biāo)準(zhǔn)并未完成轉(zhuǎn)化．

轉(zhuǎn)化而來的標(biāo)準(zhǔn)中,GB/T 18214.1-2000 《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS) 第1部分:全球定位系統(tǒng)(GPS)接收設(shè)備性能標(biāo)準(zhǔn)、測試方法和要求的測試結(jié)果》[6]是由IEC 61108-1的1996版本轉(zhuǎn)化而來,該標(biāo)準(zhǔn)于2003年發(fā)布了第二版,亟待更新．IEC 61108系列標(biāo)準(zhǔn)中其它的標(biāo)準(zhǔn)也沒有進行轉(zhuǎn)化[7]．

因此深入研究國際標(biāo)準(zhǔn),特別是其對于行業(yè)的適應(yīng)性,進而有效地借鑒先進標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗是很有必要的．

5 結(jié)束語

本文收集、研究并分析了衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)63項、國外標(biāo)準(zhǔn)36項和國家標(biāo)準(zhǔn)50項．通過研究分析,結(jié)合我國衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀以及BDS應(yīng)用的發(fā)展情況,可以得出如下結(jié)論:

1)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)已形成體系;

2)關(guān)鍵基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展;

3)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品趨向GNSS化,GNSS標(biāo)準(zhǔn)也成為發(fā)展趨勢．

給出建議如下:

1)加快推進針對關(guān)鍵、基礎(chǔ)、共性標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作;

2)對國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行分析,對其中的先進標(biāo)準(zhǔn)進行轉(zhuǎn)換;

3)積極參與衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作;

4)推動BDS標(biāo)準(zhǔn)走出去,為BDS的全球應(yīng)用推廣奠定基礎(chǔ)．