● 文| 中國航天標準化研究所 康登榜 周玉霞

航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀分析

● 文| 中國航天標準化研究所 康登榜 周玉霞

摘 要：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國自主建設(shè)、獨立運行，與世界其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS），在國際海事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求。本文介紹了國內(nèi)外航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析了國內(nèi)存在的差距與不足，詳細闡述北斗航海領(lǐng)域標準的需求，并就北斗航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準的制定以及國外相關(guān)標準的引進、消化、吸收提出建議，為北斗航海領(lǐng)域標準化工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞:北斗 衛(wèi)星導航 GNSS 航海領(lǐng)域 標準 標準化

一、引言

作為國家正在建設(shè)的重要空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)已在我國國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和人民日常生活及出行中發(fā)揮著重要作用。航海是衛(wèi)星導航的重要應(yīng)用領(lǐng)域，持續(xù)推進北斗在該領(lǐng)域得到應(yīng)用并在全球范圍內(nèi)推廣是北斗系統(tǒng)的重要發(fā)展戰(zhàn)略[1]。而標準是北斗應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要技術(shù)支撐，急需開展國內(nèi)外航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準的研究與分析，為北斗航海領(lǐng)域的標準化工作提供借鑒，推進北斗在航海領(lǐng)域的全面應(yīng)用。

二、國外衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀

1.國外現(xiàn)狀概述

目前，世界上大多數(shù)國家或地區(qū)的海事局、遠洋公司和船舶制造商等都普遍認可并采用的航海領(lǐng)域相關(guān)標準，除了國際海事組織（IMO）制定的以外，還包括行業(yè)應(yīng)用協(xié)會[（如國際航標協(xié)會（IALA）、國際海道測量組織（IHO）、美國國家海洋電子協(xié)會（NMEA）、航海無線電技術(shù)委員會（RTCM）、航空無線電國際公司（ARINC）等）]、國際標準化組織（ISO）、國際電信聯(lián)盟（ITU）、國際電工委員會（IEC）以及美國海岸警衛(wèi)隊（USCG）和加拿大海岸警衛(wèi)隊（CCG）制定的標準，但它們所涉及的方面并不完全一致，如表1所示。

表1 航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準基本情況

2. IMO中衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀

IMO是航海領(lǐng)域的立法機構(gòu)，在衛(wèi)星導航領(lǐng)域，主要對導航系統(tǒng)及設(shè)備提出要求，因此，IMO制定的是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的性能標準[2]。迄今為止，IMO已制修訂了的GPS、GLONASS、DGPS和DGLONASS、組合型GPS/ GLONASS、GALILEO等5項GNSS接收設(shè)備性能標準，如表2所示。其中，除GALILEO和北斗的性能標準外，其他4項已進行了修訂。GNSS接收設(shè)備性能標準主要對衛(wèi)星導航系統(tǒng)接收設(shè)備及其性能要求、完整性核查、故障警告和狀態(tài)指示及保護等方面進行規(guī)定。

表2 IMO通過的GNSS接收設(shè)備性能標準

同時，IMO作為航海領(lǐng)域的國際立法機構(gòu)，除制定船載接收設(shè)備性能標準外，還制定關(guān)于GNSS海事政策和要求、制修訂性能標準的程序，發(fā)布承認衛(wèi)星導航系統(tǒng)為世界無線電導航系統(tǒng)（WWRNS）組成部分的通函以及修訂1974年SOLAS公約等，如表3所示。

表3 IMO關(guān)于GNSS的認可標準

3. IEC中衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀

國際電工委員會第80技術(shù)委員會（IEC/TC80），全稱“海上導航與無線電通信設(shè)備及系統(tǒng)技術(shù)委員會”，主要為利用電工、電子、電聲、光電及數(shù)據(jù)處理技術(shù)、IMO海上人命安全公約（SOLAS）規(guī)定的海上導航與無線電通信設(shè)備及系統(tǒng)制定國際標準。IEC/TC 80的工作規(guī)劃和計劃與IMO海上安全委員會（MSC）直接相關(guān)，依據(jù)IMO以決議形式通過的性能標準開展標準制定工作。目前，與船載GNSS接收設(shè)備相關(guān)的GPS、GLONASS、Galileo、DGPS/DGLONASS等4項檢測方法類國際標準（IEC 61108系列），都是IEC/TC 80已依據(jù)IMO通過的相關(guān)決議制定的，如表4所示[3]。

表4 IEC 61108標準概況

4. IALA中衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀

國際航標協(xié)會（IALA）是一個非盈利的民間航標組織，主要目標是協(xié)調(diào)全球范圍內(nèi)航標系統(tǒng)的標準，通過相應(yīng)的技術(shù)措施，促進全球助航設(shè)備的不斷改進，保證船舶安全和有效的航行，加強海上環(huán)境保護。IALA的技術(shù)工作成果以正式的IALA建議（Recommendations）和指南（Guidelines）形式發(fā)布。其中，建議是關(guān)于技術(shù)和措施的，目的是提高已有業(yè)務(wù)水平；指南是建議的補充或為提高業(yè)務(wù)能力和成本效益的新型及發(fā)展中的技術(shù)提供建議和指導。在航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準方面，IALA主要發(fā)布關(guān)于DGNSS的標準，如表5所示[4]。

表5 IALA發(fā)布的衛(wèi)星導航標準建議/指南

5. 其他組織（機構(gòu)）中衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀

除IMO、IEC、IALA外，IHO、RTCM、NMEA、ITU、ISO、ARINC、USCG和CCG等也陸續(xù)發(fā)布一些衛(wèi)星導航相關(guān)標準。其中，RTCM發(fā)布了3項GNSS差分數(shù)據(jù)格式標準，NMEA發(fā)布了2項船用電子設(shè)備接口標準，ITU發(fā)布了1項衛(wèi)星導航差分信號標準，ISO和ARINC發(fā)布的主要是GNSS航海裝置方面的標準，而USCG和CCG發(fā)布的都是DGPS播發(fā)方面的標準，具體情況如表6所示。

三、國內(nèi)衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀

1. 國內(nèi)標準現(xiàn)狀概述

國內(nèi)航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準以引進、轉(zhuǎn)化和吸收的國際/國外的GPS標準為主，只有少數(shù)幾項是關(guān)于北斗的標準。可將國內(nèi)標準分為接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式、測試試驗方法及航海應(yīng)用標準三類。

2. 接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式標準

航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式標準包括國家標準5項（1項報批中），主要關(guān)于數(shù)據(jù)（存儲）格式；交通運輸標準2項，其中有1項是北斗數(shù)據(jù)交換協(xié)議的，另1項是GPS播發(fā)標準的，見表7。

表7 國內(nèi)衛(wèi)星導航接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式標準

3. 測試試驗方法標準

航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航測試、試驗方法標準都是以GPS為主的標準，并未有關(guān)于北斗的標準。其中，國家標準有2項，主要依據(jù)國際相關(guān)標準制定，相對于對外標的引進；行業(yè)標準中農(nóng)業(yè)和船舶工業(yè)標準各1項，分別為試驗方法和測試方法。具體情況如表8所示。

表8 國內(nèi)衛(wèi)星導航測試試驗方法標準

4. 航海應(yīng)用標準

衛(wèi)星導航航海應(yīng)用標準中，國家標準主要涉及海圖、船舶監(jiān)管信息系統(tǒng)等方面；行業(yè)標準涉及交通運輸、電子、農(nóng)業(yè)、船舶工業(yè)等，且交通運輸行業(yè)標準最多，多為船載終端設(shè)備及其技術(shù)要求，其他行業(yè)標準大多為通用規(guī)范。這些標準在一定程度上規(guī)范了衛(wèi)星導航終端設(shè)備的研制生產(chǎn)，保障了終端產(chǎn)品質(zhì)量的提升，共有22項，如表9所示。

四、國內(nèi)外標準現(xiàn)狀對比分析

由前述可知，無論是國外還是國內(nèi)，航海領(lǐng)域的衛(wèi)星導航標準現(xiàn)狀最大的特點是都以GPS為主，這也從側(cè)面體現(xiàn)出了GPS在衛(wèi)星導航國際市場上的絕對主導地位。與國外相比，北斗作為GNSS的后起之秀，在航海領(lǐng)域的標準制定工作還存在以下四方面不足。

一是標準以GPS為主，關(guān)于北斗的標準較少。截至目前，北斗國際標準就發(fā)布了“船載北斗系統(tǒng)接收機設(shè)備性能標準”，國內(nèi)以北斗為主的航海標準僅有6項，遠滿足不了需求。

二是標準覆蓋面窄，制定與實施經(jīng)驗不足。國內(nèi)幾項北斗標準都是關(guān)于船舶監(jiān)測及遇險報警終端設(shè)備技術(shù)要求和使用要求的，覆蓋面過于狹窄，無法滿足海上大規(guī)模應(yīng)用需求，同時，由于北斗應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化還處于起步階段，在航海領(lǐng)域的標準制定和應(yīng)用實施經(jīng)驗有待進一步的積累。

三是國際標準化進展有待提速。目前北斗國際標準僅1項，還有大量的國際組織/協(xié)會有待加入，另外還有多項國際標準有待制定。在當前衛(wèi)星導航國際市場競爭日趨激烈的緊迫情況下，急需加快北斗航海領(lǐng)域國際標準化工作，全面加速推進北斗國際標準的制定與實施，為北斗全球應(yīng)用推廣注入新的活力。

四是北斗國內(nèi)標準整體未構(gòu)成體系。從目前標準統(tǒng)計結(jié)果分析，國內(nèi)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)重點應(yīng)用相關(guān)標準不完善，都是按照各領(lǐng)域內(nèi)部需求制定，尚未整體不成體系，缺乏標準的統(tǒng)一規(guī)劃和監(jiān)管。急需加大投入力度，深入開展航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準體系研究，有效指導相關(guān)標準的制定工作。

表9 國內(nèi)衛(wèi)星導航衛(wèi)星信號格式標準

續(xù) 表9

五、北斗衛(wèi)星導航標準需求分析及建議

1. 北斗標準化工作概述

我國的北斗標準化事業(yè)也隨著北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的穩(wěn)步推進而呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢，其支撐和保障作用日趨明顯。當前，北斗標準化工作機制不斷完善，標準制定更加公開透明，政府引導、市場驅(qū)動、社會參與、產(chǎn)學研相結(jié)合的工作格局逐漸形成。頂層設(shè)計和規(guī)劃工作有序開展，滿足衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的標準體系已初步形成。標準制定步伐明顯加快，關(guān)鍵技術(shù)標準和首批應(yīng)用急需標準研制進展順利。標準化國際合作與交流廣泛開展，正在積極推進民航、海事和移動通信等領(lǐng)域國際標準的制定工作，并已發(fā)布了北斗第一項國際標準，即《船載北斗系統(tǒng)接收機設(shè)備性能標準》（IMO MSC.379 （93）），實現(xiàn)了北斗國際標準零的突破。標準化技術(shù)組織和人才隊伍建設(shè)進一步加強，全國北斗衛(wèi)星導航標準化技術(shù)委員會已正式成立，標準化專家組也充分發(fā)揮了技術(shù)咨詢作用，為北斗標準化事業(yè)發(fā)展提供了有力保障。

2. 北斗航海領(lǐng)域標準需求分析

我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的快速建設(shè)和應(yīng)用領(lǐng)域的逐步拓展以及北斗國際航海標準化工作的開展，對航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準提出了迫切需求。但目前北斗航海領(lǐng)域標準的缺失十分嚴重，甚至嚴重影響了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際航海領(lǐng)域的推動。因此，急需開展北斗相關(guān)標準的研究與制定工作，規(guī)范和保障北斗在航海領(lǐng)域的應(yīng)用。

1）管理標準需求。根據(jù)對現(xiàn)有標準的統(tǒng)計分析可以看出，目前國內(nèi)航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航管理方面的標準基本處于空白狀態(tài)，從而導致目前衛(wèi)星導航應(yīng)用終端市場管理混亂，質(zhì)量參差不齊。因此，為了規(guī)范航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航標準的制修訂及其航海應(yīng)用和推廣工作，急需根據(jù)北斗衛(wèi)星導航發(fā)展狀況和對標準的需求，規(guī)劃制定航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航管理方面的標準。

2）接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式標準需求。目前國內(nèi)航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式方面的標準主要是關(guān)于GPS接收設(shè)備的。為滿足北斗不同接收設(shè)備數(shù)據(jù)的交換和共享，需為各類北斗接收設(shè)備劃分制定相應(yīng)的差分格式、自主交換格式以及數(shù)據(jù)輸出格式標準。

3）性能、檢測、測試、試驗標準需求。目前國內(nèi)還沒有航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航性能方面的標準，借鑒GPS在國際航海領(lǐng)域應(yīng)用推廣經(jīng)驗，需要開展北斗加入IMO、IEC等組織的國際標準化工作，分別制定船載北斗接收設(shè)備的性能、檢測，同時還需為北斗建立的測試系統(tǒng)制定相關(guān)測試方法，以及對規(guī)范北斗接收設(shè)備的鑒定試驗、定型試驗及航行試驗等。

4）航海應(yīng)用標準需求。目前國內(nèi)航海領(lǐng)域衛(wèi)星導航應(yīng)用方面的標準主要涉及海圖、船舶監(jiān)管信息系統(tǒng)、接收設(shè)備通用規(guī)范、船載終端設(shè)備及其技術(shù)要求等方面，這些標準中使用到的衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要是GPS，而關(guān)于北斗一號的標準有6項，終端設(shè)備產(chǎn)品標準。因此，需要全面規(guī)劃北斗在航海應(yīng)用標準需求，包括大眾應(yīng)用、海上軍事應(yīng)用、安全應(yīng)用以及衛(wèi)星導航終端等方面標準。

5）國外可引進消化吸收標準。為了推動北斗在國際航海領(lǐng)域的應(yīng)用，需要借鑒國外先進標準的經(jīng)驗，吸收其精髓，做到為我所用，并結(jié)合國內(nèi)的實踐，推動相關(guān)國外標準的修訂，加入北斗的內(nèi)容，為北斗在國際航海領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用服務(wù)。

3. 對北斗航海領(lǐng)域標準研究與制定的建議

根據(jù)北斗衛(wèi)星導航工程建設(shè)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合開展北斗標準化工作、推進北斗航海領(lǐng)域應(yīng)用的需要，針對北斗在管理，接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式，性能、檢測、測試、試驗，以及航海應(yīng)用等方面對標準的需求，提出以下標準制修訂建議：

1）管理標準。重點規(guī)劃制定技術(shù)管理、入網(wǎng)許可與市場準入、安全性和保障性等三方面的管理標準。其中，技術(shù)管理主要制定船載衛(wèi)星導航接收設(shè)備管理系統(tǒng)標準；在入網(wǎng)許可與市場準入方面，主要規(guī)劃船載衛(wèi)星導航接收設(shè)備規(guī)劃的入網(wǎng)許可標準及相關(guān)軟硬件生產(chǎn)企業(yè)的市場準入標準；安全性和保障性方面，主要規(guī)劃接收設(shè)備使用保障、維修、輻射限制、保密模塊管理和授權(quán)管理等方面標準。

2）接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式標準。重點為單一北斗船用導航接收設(shè)備、差分北斗導航接收設(shè)備、組合導航接收設(shè)備、具有通信功能（提供位置報告能力）的北斗接收設(shè)備制定定位數(shù)據(jù)輸出格式標準，并為各類北斗接收設(shè)備制定差分數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)自主交換格式標準。

3）性能、檢測、測試、試驗標準。需積極推動IMO關(guān)于兼容北斗的接收設(shè)備性能標準及差分接收設(shè)備性能標準的制定，以及IEC關(guān)于船載北斗接收設(shè)備檢測標準的制定；針對船載衛(wèi)星導航終端測試系統(tǒng)的建設(shè)和正常運作制定相關(guān)規(guī)范性、保障性標準；并開展北斗接收設(shè)備試驗規(guī)程、試驗方法、設(shè)計鑒定試驗、設(shè)計定型試驗等方面的標準制定。

4）航海應(yīng)用標準。需規(guī)劃制定導航、測速、授時、定位四方面大眾應(yīng)用標準；開展船舶組合導航系統(tǒng)相關(guān)標準；安全應(yīng)用方面，需開展安全服務(wù)、緊急搜救服務(wù)、漁業(yè)監(jiān)控等方面標準； 導航型、授時型、測量型等終端的通用規(guī)范和技術(shù)要求以及相關(guān)關(guān)鍵模塊的通用規(guī)范標準。

5）國外可引進消化吸收標準。除推進北斗在IMO、IEC等組織的國際標準化工作外，還需加強IALA、RTCM、NMEA、ARINC等組織的標準研究和制定工作，并根據(jù)相關(guān)標準在國內(nèi)的應(yīng)用實施情況，適時開展相應(yīng)的國際標準制定。

六、結(jié)束語

航海領(lǐng)域的應(yīng)用是北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，起著帶頭示范的標桿作用，對北斗在其他領(lǐng)域的應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有著重要的促進作用。國內(nèi)外衛(wèi)星導航航海領(lǐng)域標準研究是北斗衛(wèi)星導航標準化工作的重要組成部分，對北斗航海標準的制修訂起到技術(shù)支撐作用，將進一步提高標準的編制質(zhì)量和針對性，有助于科研生產(chǎn)工作，從而真正使標準促進衛(wèi)星導航國際標準化工作的開展。

參考文獻

[1]周玉霞，康登榜.北斗在國際海事組織開展標準化工作初探[J].中國標準化，2014(1):70-74.

[2]衛(wèi)星導航系統(tǒng)的性能標準[EB/OL].http://www.imo. org.

[3]康登榜，周玉霞.北斗IEC國際標準化工作初探.第五屆中國衛(wèi)星導航學術(shù)年會（CSNC 2014）.2014.05.

[4]IALA主要發(fā)布關(guān)于DGNSS的標準[EB/OL]. http://iala-aism.org.