國際衛星搜救系統標準研究

許冬彥 張海濤 周玉霞 鄂志東

（1 中國航天標準化研究所， 北京， 100071，2 中星國恒 （北京） 科技有限公司， 北京， 100053）

國際搜救衛星系統 （COSPAS-SARSAT） 的宗旨是為陸地、 空中， 特別是海上遇險目標提供準確、 及時、 可靠的遇險警報， 從而讓搜救部門根據遇險警報中的位置信息， 展開救援活動。 國際海事組織 （IMO） 將 COSPAS-SARSAT 納入到《海上人命與安全公約》 中， 并明文要求 300 噸以上的船舶必須配備相關的遇險定位與搜救設備。 國際民航組織 （ICAO） 也對航空器在裝備遇險定位與搜救設備方面進行了明確的規定和要求。 2018 年 9 月升空的北斗導航衛星 （MEO-13星、 MEO-14 星） 上首次搭載了搜救載荷， 標志著北斗衛星正式加入國際搜救衛星行列， 我國由空間設備使用國變為設備提供國。 本文對COSPAS-SARSAT 標準規范進行了研究， 為體系化建立我國衛星搜救標準化文件提供技術參考。

1 COSPAS-SARSAT 基本情況

1981 年， 美國、 前蘇聯、 法國和加拿大聯合開發了一種利用衛星技術進行定位和搜救數據分發服務的系統， 也就是 COSPAS-SARSAT， 并成立了國際搜救衛星組織， 秘書處設在加拿大蒙特利爾， 負責系統的日常運行和管理工作。 系統主要為全球范圍內船舶、 民用航空器和個人用戶提供遇險報警信息服務[1]。 目前國際搜救衛星組織共有43 個成員， 這些國家和地區依據各自技術和建設力量的不同分為 “空間設備提供國”“地面設備提供國” “地面設備操作者” 和 “用戶”。 隨著北斗搜救衛星的發射， 我國在國際搜救衛星組織內部同時擁有上面4 種身份[2]。

COSPAS-SARSAT 初期使用的是極低軌道衛星 （LEOSAR）， 后來開始在同步軌道衛星上攜帶搜救載荷。 雖然加入了靜止軌道衛星（GEOSAR）， 但是 LEOSAR 和 GEOSAR 數量不足， 技術上也有點缺陷， 難以滿足系統整體的需要 ， 于 是 從 2000 年 開 始 ， GPS、 GLONASS、GALILEO 的中軌道衛星開始搭載搜救載荷。 中軌道衛星 （MEOSAR） 搜救系統的空間資源形成后， 國際衛星搜救系統 （COSPAS-SARSAT） 開始研發 MEOSAR 系統技術。 MEOSAR 由于離地面近， 定位精度更高， 等待時間更短， 全球覆蓋能力更強， 因此國際搜救衛星組織將在未來大力發 展 MEOSAR 搜 救 系 統 ， 使 用 LEOSAR 和GEOSAR 的搜救系統將逐步被取代。 2018 年后，包括中國中軌道搜救系統在內的MEOSAR 開始在全球范圍內部署， 并在衛星搜救業務中發揮的作用越來越大。

2 COSPAS-SARSAT 系統組成

COSPAS-SARSAT 由衛星搜救載荷、 地面處理系統和衛星用戶終端 （遇險示位標） 3 個部分組成。 其中， 地面處理分系統又可分為本地用戶接收終端 （LUT） 和搜救任務控制中心 （MCC）兩部分[1]。

2.1 衛星搜救載荷

衛星搜救載荷的作用是接收遇險示位標發出的 406MHz 信號， 將其變頻為 L 或 S 頻段信號，并發送給地面LUT 站。 遇險專用頻率有 2 種：一種是 1544MHz～1545MHz （L 頻段）， 一種是2226MHz～2227MHz （S 頻段）。

2.2 地面處理系統

地面處理系統包括本地用戶接收終端（LUT） 和搜救任務控制中心 （MCC）。 LUT 的主要工作有： ①根據衛星星歷表跟蹤覆蓋區內的過境衛星； ②接收搜救衛星轉發下來的遇險示位信標信號， 進行解調解碼后得到信標識別碼和位置數據， 然后將這些數據發送給對應的MCC。MCC 可以連接 1 個 LUT， 也可以連接多個 LUT，同時與COSPAS-SARSAT 系統內部的其他MCC相連， 主要完成的工作有： ①收集、 整理、 儲存和分類從 LUT 與其他MCC 送來的數據； ②通過既定的規則過濾虛假報警， 解除模糊值， 把報警和定位數據分發到有關的搜救協調中心 （RCC）或搜救協調點。

2.3 衛星用戶終端 （遇險示位標）

搜救衛星用戶終端也就是遇險示位標， 主要用于在用戶遇險時發射406MHz 信號。 COSPASSARSAT 對示位標的信號形式的設計經歷了一代示位標和二代示位標。 一代示位標信道帶寬為3KHz、 授權管理。 二代示位標采用信號帶寬為80kHz 的擴頻寬帶信號， 目前僅能支持MEOSAR系統[3]。

3 衛星搜救系統相關標準分析

COSPAS-SARSAT 經過長時間的發展， 已經形成了成體系的標準規范庫， 可以從技術、 法規、 協議和運營等各個方面去規范各地區的衛星搜救系統建設， 這些文件被各國遵守。

3.1 COSPAS-SARSAT 標準文件庫

COSPAS-SARSAT 形成標準規范庫， 主要包括 A、 D、 G、 P、 R、 S、 T 系列標準文件庫， 具體內容見表1。

表1 標準規范庫介紹

標準文件庫中， COSPAS-SARSAT 運營類文件 （含 MCC 標準） 主要在 C/S A 系列。 技術標準文件主要是 C/S T 系列。 D、 G、 P、 R、 S 類文件庫主要是涉及到系統介紹、 技術綜述類文章、 管理政策、 法規、 運行計劃報告等。

3.2 重要標準內容介紹

a） Cospas 搜救衛星數據分發計劃 （DDP）A.001 文件

A.001 文件是按照 1988 年 COSPAS-SARSAT計劃協議 （ICSPA） 和相關系統運行規范要求而制定的運行文件。 規定了國際搜救衛星系統對全球遇險報警數據和相關運行信息的區域分布計劃， 以及通過任務控制中心， 對報警數據進行分發的處理規程和管理程序。

b） MCC 標準接口說明 （SID） A.002 文件

A.002 文件是以 1988 年 COSPAS-SARSAT 計劃協議 （文件C/S P.001） 和其他相關文件為依據， 對各任務控制中心之間的報文種類和內容格式， 以及相關的標準接口參數等進行了規定， 還提供了任務控制中心之間的全部來往報文的定義和信息交換接口。 文件規定了所有報文的結構和通信協議， 規定了各類報文的內容結構、 報頭種類、 定義字段、 來源代碼、 時間參數、 星歷識別、位置數據、 用戶信息和報尾符號等相關內容。

c） MCC 性能規范和設計指南 A.005 文件

A.005 文件是搜救衛星系統任務控制中心（MCC） 系統的性能標準和設計指南。 定義了MCC 的主要功能、 業務范圍， 性能描述， 任務定義、 工作種類、 處理流程和主要技術指標。 還描述了MCC 的功能實現方式、 性能要求、 任務操作和設計規范等內容。 對節點MCC 還提出了特別的任務和處理要求。

d） MCC 調試標準 A.006 文件

A.006 文件介紹和定義了新建任務控制中心（MCC） 的入網啟用測試標準， 用以驗證新建MCC 和 “節點” MCC 系統是否符合 C/S A.005文件所規定的相關性能標準和設計指南。 文件描述了新建MCC 在入網啟用測試過程中所需要確保的所有相關技術標準和性能要求， 以保證新建MCC 設備在入網運行后， 能夠按照相關的運行標準穩定運行。

e） 406MHz 遇險信標規范 T.001 文件

T.001 文件對406MHz 遇險信標的性能進行了規范， 確保生成的406MHz 遇險信標符合規范要求， 能夠被全球的LUT 站接收解調， 從而定位出遇險信標位置[4]。

f） 406MHz 遇險信標型式認證標準 T.007文件

T.007 文件對406MHz 遇險信標型式認證進行了規范， 對信標認證的設備、 認證測試方法、測試結果進行了定義， 確保待認證的406MHz 遇險信標符合規范要求， 可以作為正式的遇險信標使用。

g） MEOSAR 的 406MHz 有效載荷說明 T.016文件

T.016 文件描述了 MEOSAR 的 406MHz 有效載荷的性能進行了描述， 確保中軌道衛星轉發器可以轉發406MHz 遇險信標信號， 作為MEOSAR空間段資源使用。

h） MEOSAR 空間段入網驗證測試標準T.017文件

T.017 文件描述了MEOSAR 空間段入網驗證測試的方法和測試結果合格范圍， 確保待入網的MEOSAR 空間段符合系統要求， 可以作為信標信號轉發器使用。

i） MEOLUT 性能規范和設計指南 T.019 文件

T.019 文件描述了中軌道搜救衛星地面接收站 （MEOLUT） 的性能規范和設計指南， 定義了MEOLUT 的主要功能、 業務范圍、 性能描述、 任務定義、 工作種類、 處理流程和主要技術指標。還描述了MEOLUT 的功能實現方式、 性能要求、任務操作和設計規范等內容[5]。

j） MEOLUT 調試及入網驗證測試標準 T.020文件

T.020 文件介紹和定義了對新建中軌道搜救衛星地面接收站 （MEOLUT） 的入網啟用測試標準。 用以驗證新建 MEOLUT 系統是否符合 C/S T.019 文件所規定的相關性能標準和設計規范。文件描述了新建MEOLUT 站在入網啟用測試過程中所需要確保的所有相關技術標準和性能要求， 以保證新建 MEOLUT 設備在入網運行后，能夠按照國際組織相關的運行標準穩定運行。

4 我國衛星搜救系統標準體系構建建議

我國的搜救系統是國際衛星搜救系統的組成部分， 按照國際搜救衛星組織對相關衛星、 信標、 地面接收站、 入網啟用測試等相關標準文件執行， 針對我國衛星搜救系統建設有2 個層面的需求： 系統標準需求 （系統建設、 運營的一些頂層設計和相關政策法規及管理計劃等）， 技術標準需求 （相關系統、 相關設備的具體技術標準）。我們可以充分借鑒國際衛星搜救系統標準庫已有標準， 梳理提出我國的衛星搜救系統標準體系構建建議， 具體如圖1 所示。

衛星搜救系統標準體系由管理標準、 技術標準、 運營標準3 個一層分支構成。 其中管理標準框架包括業務管理、 頻軌協調、 入網驗證3 個子分支， 規劃8 項標準。 技術標準框架包括系統總體、 搜救衛星、 地面處理系統、 用戶終端3 個子分支， 規劃14 項標準。 運營標準框架包括系統運行和系統運營2 個子分支， 規劃8 項標準。 總體系共30 項標準。

COSPAS-SARSAT 在全球得到廣泛支持和應用， 為了更好促進和規范我國成為空間設備提供者， 本文基于國際衛星搜救系統標準研究分析， 針對相關搜救載荷、 終端研制和應用， 提出我國衛星搜救系統標準體系框架和標準項目建議。