●　文|北京空間科技信息研究所　　　郭玉婷　　黃飛炯　　方杰

國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)綜述

●文|北京空間科技信息研究所郭玉婷黃飛炯方杰

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已深入到各國(guó)軍事、安全、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的方方面面，已成為現(xiàn)代高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)軍民兩用的成功典范。以產(chǎn)業(yè)化程度最高的GPS為例，已逐步演變?yōu)橐环N世界性的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它使航空、航海、軍事、測(cè)繪、時(shí)間及機(jī)械控制等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工作方式發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變，它開(kāi)拓了個(gè)人移動(dòng)位置服務(wù)等全新的信息服務(wù)領(lǐng)域[1，2]。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的逐步深入及應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸拓展，國(guó)外發(fā)布了大量衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，本文主要針對(duì)目前檢索到的國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理和分析。

一、國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織

國(guó)外涉及衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用相關(guān)的國(guó)際和國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)化組織非常多，它們共同研究制定各國(guó)在航空、航海等領(lǐng)域賴以遵循、統(tǒng)一通用的導(dǎo)航條約和規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)。與衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)化組織主要有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）、國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）。此外，還有其他比較權(quán)威的區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際組織也參與制定和發(fā)布衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)調(diào)研與分析，共整理出了24個(gè)與衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化組織，這些標(biāo)準(zhǔn)化組織并不能涵蓋衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的所有領(lǐng)域，但已反映了衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用主流領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化組織情況，如表1所示，其中美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)化組織有8個(gè)，歐洲的標(biāo)準(zhǔn)化組織有4個(gè)，核心的標(biāo)準(zhǔn)化組織除ISO、IEC和ITU外，還有ARINC、ETSI、FAA、NMEA、RTCM和RTCA。

表1　與衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)的國(guó)際、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際組織

二、國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)分析

通過(guò)對(duì)表1中24個(gè)組織和機(jī)構(gòu)的調(diào)研，共檢索到衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)191項(xiàng)。經(jīng)過(guò)整理和分析，可將其歸納為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、電子地圖標(biāo)準(zhǔn)、接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)、接收設(shè)備性能要求與檢測(cè)方法五類。其中，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)主要是各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)；衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要為術(shù)語(yǔ)類和時(shí)空系統(tǒng)類標(biāo)準(zhǔn)；接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式主要為應(yīng)用領(lǐng)域的接收設(shè)備通用數(shù)據(jù)格式要求標(biāo)準(zhǔn)；接收設(shè)備性能要求與檢測(cè)方法主要是各類接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。

1.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

（1） 系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)主要是各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研制國(guó)公布的接口控制文件。目前GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)和Galileo系統(tǒng)都已經(jīng)公布了各自的接口控制文件。

以GPS系統(tǒng)為例，自20世紀(jì)90年代末美國(guó)政府提出提升軍用和民用GPS性能的GPS現(xiàn)代化計(jì)劃以來(lái)，美國(guó)軍方先后發(fā)布了IS-GPS-200、IS-GPS-705、ISGPS-800和IS-GPS-870四類接口性能規(guī)范：

·IS-GPS-200對(duì)GPS空間段與GPS無(wú)線電頻率鏈路1（L1）和2（L2）的用戶接收機(jī)之間的接口要求進(jìn)行了定義，最新版本為IS-GPS-200G[3]；

·IS-GPS-705規(guī)定了GPS無(wú)線電頻率鏈路5（L5）上全球定位系統(tǒng)空間段和導(dǎo)航用戶段之間的接口要求，其最新版本為IS-GPS-705C[4]；

·IS-GPS-800定義了無(wú)線電頻率鏈路1（L1）上GPS衛(wèi)星與導(dǎo)航接收機(jī)之間的信號(hào)傳輸特征。雖然廣播頻段L1內(nèi)有多個(gè)信號(hào)，這個(gè)接口規(guī)范只定義了L1內(nèi)的民用信號(hào)（L1C），其最新版本為IS-GPS-800C[5]；

·IS-GPS-870定義了GPS下一代運(yùn)行控制段（OCX）與GPS用戶和用戶支持通信之間的功能數(shù)據(jù)傳輸接口。其描述了接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件及其分布方式。目前的版本為IS-GPS-870A[6]。

（2）系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)

主要是GPS系統(tǒng)的性能標(biāo)準(zhǔn)。這些文件規(guī)定了用戶可以從GPS及其相關(guān)系統(tǒng)獲得的技術(shù)性能指標(biāo)。

GPS標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)性能標(biāo)準(zhǔn)[7]

該文檔定義了美國(guó)政府為用戶提供的GPS標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)——即眾所周知的GPS民用服務(wù)——的性能水平。管理網(wǎng)絡(luò)和信息集成的國(guó)防部副部長(zhǎng)制定了此性能標(biāo)準(zhǔn)文件，作為美國(guó)政府和國(guó)防部的基本文件。早期版本被稱為“信號(hào)規(guī)范”而不是性能標(biāo)準(zhǔn)。

GPS精確定位服務(wù)（PPS）性能標(biāo)準(zhǔn)[8]

該文檔定義了美國(guó)政府為授權(quán)用戶提供的GPS精密定位服務(wù)——也被稱為軍用GPS服務(wù)——的性能水平。它和GPS標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）性能標(biāo)準(zhǔn)文件一樣，也是美國(guó)政府和國(guó)防部的基本文件。

GPS廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)性能標(biāo)準(zhǔn)[9]

該文檔定義了美國(guó)政府GPS標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）通過(guò)廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）提升后為用戶提供的性能水平。美國(guó)聯(lián)邦航空管理局副總裁根據(jù)航空領(lǐng)域的需要制定了此性能標(biāo)準(zhǔn)文件，作為美國(guó)政府及交通運(yùn)輸部的基本文件。

GPS民用監(jiān)測(cè)性能規(guī)范[10]

該文件根據(jù)GPS民用服務(wù)和信號(hào)監(jiān)測(cè)的要求，提供所有信息詳細(xì)的全天時(shí)監(jiān)測(cè)性能指標(biāo)。規(guī)范文件的制定和修改是在GPS民用計(jì)劃主管的指導(dǎo)下進(jìn)行，被認(rèn)為是美國(guó)政府及交通運(yùn)輸部的基本文件。

2.衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

衛(wèi)星導(dǎo)航的基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)包括術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)空系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)等方面的內(nèi)容，為衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用提供依托作用。如ISO 19018[11]規(guī)定了船舶和海上技術(shù)中的導(dǎo)航術(shù)語(yǔ)、縮寫、圖形符號(hào)和概念等相關(guān)的要求。

3.電子地圖標(biāo)準(zhǔn)

電子地圖是衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的基礎(chǔ)，更是導(dǎo)航和位置服務(wù)類產(chǎn)品的核心，因此國(guó)際上的相關(guān)組織以及各國(guó)從事電子地圖研制的主流企業(yè)都積極地參與到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定中，如IEC 61174[12]規(guī)定了電子地圖展示和信息系統(tǒng)（ECDIS）的操作和性能要求、測(cè)試方法和要求的結(jié)果；IEC 62376[13]規(guī)定了電子地圖系統(tǒng)（ECS）的操作和性能要求、測(cè)試方法和要求的結(jié)果；RTCM也制定了專門的電子地圖系統(tǒng)（ECS）標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為RTCM 10900.5[14]。

4. 接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)

由于早期GPS系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，有關(guān)衛(wèi)星導(dǎo)航的接收設(shè)備多為GPS接收設(shè)備。隨著GLONASS等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，GPS壟斷的地位逐漸被打破，特別是在GNSS概念提出后，衛(wèi)星導(dǎo)航接收設(shè)備的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始從主要適應(yīng)于GPS的數(shù)據(jù)格式向兼容GNSS的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。接收設(shè)備的數(shù)據(jù)格式由各應(yīng)用協(xié)會(huì)自行制定，現(xiàn)廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種：

NMEA-0183海洋電子設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)（NMEA）發(fā)布，是一種船用電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并且正在向陸地應(yīng)用擴(kuò)展，其規(guī)定了海用和陸用接收設(shè)備輸出的定位數(shù)據(jù)、時(shí)間、衛(wèi)星狀態(tài)、接收機(jī)狀態(tài)等信息，在市場(chǎng)上的GPS接收機(jī)產(chǎn)品中已廣泛使用，并隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展變化，先后經(jīng)歷了2.00，2.10、2.30、2.40、3.00、3.01、High Speed 1.00等多個(gè)版本的演進(jìn)，目前已經(jīng)發(fā)展到了NMEA 0183 V4.10以及NMEA 0183-HighSpeed V1.01版本。NMEA-0183數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解決了不同品牌、不同型號(hào)的GPS接收機(jī)之間實(shí)現(xiàn)任意連接的接口問(wèn)題。

RTCM-SC104數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)由RTCM發(fā)布，規(guī)定了海用和陸用差分GNSS數(shù)據(jù)格式，目前海用和陸用GNSS差分系統(tǒng)接收機(jī)均采用此數(shù)據(jù)格式。RTCM-SC104數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)共經(jīng)歷了1.0、2.0、2.1、2.2、2.3、3.0、3.1、3.2等多個(gè)版本，不斷增加了RTK，GLONASS，GPS天線定義，網(wǎng)絡(luò)RTK和GNSS的內(nèi)容。

RTCA-SC159數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)由RTCA發(fā)布，與RTCM-SC104標(biāo)準(zhǔn)類似，為適應(yīng)航空用戶的快速變化，該標(biāo)準(zhǔn)在動(dòng)態(tài)速度上做了相應(yīng)的改變。

RINEX 3.0 衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)自主交換格式標(biāo)準(zhǔn)

是一種在GPS測(cè)量應(yīng)用中普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，該格式采用文本文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄格式與接收機(jī)的制造廠商和具體型號(hào)無(wú)關(guān)。由國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)（IAG）發(fā)布，共經(jīng)歷了1.0、2.0、2.1、2.2、2.3、3.0等多個(gè)版本。目前發(fā)布的最新版本為v3.02，該版本可支持全部GNSS系統(tǒng)（包括美國(guó)GPS系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)、歐洲Galileo系統(tǒng)和日本QZSS系統(tǒng)）和WAAS、EGNOS、MSAS等導(dǎo)航衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)容。

5 . 差分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

差分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO 17123-8-2007《實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（RTK）的GNSS現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)》[15]和IEC 61108-4-2004《海上導(dǎo)航和無(wú)線電通信裝置及系統(tǒng)-全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-第4部分：船用DGPS和DGLONASS海上無(wú)線電信標(biāo)接收設(shè)備-性能要求、測(cè)試方法及所需測(cè)試結(jié)果》[16]等。

6.接收設(shè)備性能要求與檢測(cè)方法

由目前已掌握的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，與用戶接收設(shè)備相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)大致可以分為三類，即接收設(shè)備的性能要求、接收設(shè)備檢測(cè)方法和接收設(shè)備的關(guān)鍵件標(biāo)準(zhǔn)。

接收設(shè)備性能要求：此類標(biāo)準(zhǔn)化主要對(duì)接收設(shè)備的技術(shù)性能提出要求，如ITU-R M.1477-2000 《1559-1610MHz干擾研究中考慮的現(xiàn)有的和規(guī)劃中的無(wú)線導(dǎo)航衛(wèi)星業(yè)務(wù)（空對(duì)地）和航空無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)接收機(jī)的技術(shù)和性能特性》[17]。

接收設(shè)備檢測(cè)方法：有關(guān)導(dǎo)航接收設(shè)備檢測(cè)方法主要采用IEC第80技術(shù)委員會(huì)（TC80）制定的IEC 61108《海上導(dǎo)航和無(wú)線電通信設(shè)備與系統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）》系列標(biāo)準(zhǔn)。該系列的標(biāo)準(zhǔn)分為4個(gè)部分，分別對(duì)船用GPS接收設(shè)備、船用GLONASS接收設(shè)備、船用Galileo接收設(shè)備及船用DGPS和DGLONASS接收設(shè)備的最低性能標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法和要求的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了規(guī)定。此系列的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)不斷的修訂改進(jìn)，在英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等多個(gè)國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用，并且已被國(guó)際海事組織航海安全委員會(huì)通過(guò)IMO決議。

接收設(shè)備關(guān)鍵件標(biāo)準(zhǔn)：目前掌握的接收設(shè)備的關(guān)鍵件標(biāo)準(zhǔn)主要為接收機(jī)天線的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如RTCA-DO-301《全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）L1頻段機(jī)載有源天線設(shè)備最低操作性能要求》[18]。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上面對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的整理及分析，可以看出國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要有導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)方面，導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是導(dǎo)航應(yīng)用的基礎(chǔ)，導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要為術(shù)語(yǔ)、數(shù)據(jù)格式、差分技術(shù)、接收設(shè)備、電子地圖等方面的標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要是立足于各行業(yè)的應(yīng)用需求而制定的。其中術(shù)語(yǔ)、差分技術(shù)、數(shù)據(jù)格式方面的標(biāo)準(zhǔn)主要是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是各行業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。此外，目前所檢索到的國(guó)際和國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中，接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)所占比重較大，主要集中在面向航海和航空應(yīng)用的接收設(shè)備方面的標(biāo)準(zhǔn)，除國(guó)際海事組織與國(guó)際民航組織在國(guó)際層面規(guī)定相關(guān)設(shè)備要求，在行業(yè)層面上，以RTCA、EUROCAE和ARINC為主發(fā)布了許多機(jī)載接收設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，NMEA和RTCM為主發(fā)布了許多船載接收設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，這些接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)多為門檻性標(biāo)準(zhǔn)，是各種接收設(shè)備的最低要求，同時(shí)，國(guó)外也非常重視接收設(shè)備的檢測(cè)工作，制定了很多檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證接收設(shè)備的質(zhì)量和性能。

在差分增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)方面，一些國(guó)際和國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)化組織也都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)大部分是基于接收設(shè)備而制定的，涉及到接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)和接收設(shè)備檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)。此外，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）還專門組織制定了一系列WAAS和LAAS系統(tǒng)及相關(guān)導(dǎo)航設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。

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