彭洪江 張樂 史鈺峰

（1北京空間科技信息研究所；2山東航天電子技術研究所）

X射線脈沖星導航標準化實踐與探索

彭洪江1張樂1史鈺峰2

（1北京空間科技信息研究所；2山東航天電子技術研究所）

文 摘：簡述脈沖星導航標準化實踐頂層設計原則，從技術要求、系統(tǒng)校準、安裝和標定測試等方面探索開展標準化工作的實踐，結合脈沖星導航的技術特點和發(fā)展趨勢，提出該領域標準化重點工作的建議，展望未來脈沖星導航領域標準化工作的發(fā)展。

X射線脈沖星；航天器自主導航；標準化；專利標準化。

X射線脈沖星導航是在航天器上安裝X射線探測器，探測脈沖星輻射的 X射線光子，測量光子到達時間并提取脈沖星影像信息，經(jīng)過相應的信號和數(shù)據(jù)處理，航天器自主確定軌道、時間和姿態(tài)等導航參數(shù)的過程[1]。X射線脈沖星導航(以下簡稱 “脈沖星導航”)是一種新型天文導航技術，是對目前廣泛應用的衛(wèi)星導航的有效補充，可以為衛(wèi)星導航系統(tǒng)無法覆蓋的高軌航天器和深空探測器提供自主導航定位服務。脈沖星導航具有不依賴于地面操作、適用空間范圍廣泛、精度高、自主性強、系統(tǒng)簡單、可靠性優(yōu)良等特點，是人類走向深空、進行星際旅行最適宜的導航方法，具有廣闊的應用前景。

脈沖星導航研究最早開始于2004年美國國防部國防預先研究計劃局提出的 “基于X射線源的自主導航定位驗證”計劃。我國也從2005年就開始了脈沖星導航的工程化應用研究，已研制出多種類型的探測器。航天科技集團公司五院是國內(nèi)最早從事該領域研究的單位，鑒于國際脈沖星導航技術迅速發(fā)展和國內(nèi)競爭態(tài)勢，五院成立了脈沖星導航團隊，大力推動該領域創(chuàng)新研究和地面試驗，使我國脈沖星導航領域能夠在短時間內(nèi)從系統(tǒng)概念研究發(fā)展到空間飛行試驗。首顆脈沖星導航專用試驗衛(wèi)星已于2016年10月發(fā)射入軌。

五院非常重視企業(yè)自身的標準化建設，在載人飛船、北斗導航衛(wèi)星、高分對地觀測衛(wèi)星等重點型號中開展型號標準化，對縮短型號研制周期、降低研制成本、提高研制質(zhì)量起到了重要作用。特別是在神舟五號飛船發(fā)射前，基本建立起具有自主知識產(chǎn)權和中國特色的載人飛船標準體系。 “十二五”期間，與技術研究同步，五院在X射線脈沖星導航領域，自主開展了標準化探索與實踐。實施了一大批與X射線脈沖星導航相關的現(xiàn)有標準，聚焦多種探測器性能比測難題，進行了X射線脈沖星導航地面試驗系統(tǒng)和導航探測器標準化研究；結合脈沖星導航技術和研制的特點，開展了標準化實踐的頂層設計，確定了標準化實踐的原則、方案，并在實際工作中制定標準、實施標準和貫徹標準，編制了 《X射線脈沖星導航探測器標定與測試方法》等四項標準，為科學合理地評價導航探測器性能提供了標準接口和標準方法，有效支撐了我國 X射線脈沖星導航領域在短時間內(nèi)實現(xiàn)從系統(tǒng)概念研究到空間飛行試驗的跨越式發(fā)展。

1 脈沖星導航標準化頂層設計原則

1.1 充分繼承和利用國家、集團公司和企業(yè)的相關標準化成果

在北斗辦的領導下， “北斗衛(wèi)星導航標準體系”已經(jīng)建立，成立了全國北斗衛(wèi)星導航標準化技術委員會，制定了一系列國際標準、國家標準及行業(yè)標準。五院在航天器標準化方面也積累了大量的經(jīng)驗，建立了 “航天器標準體系”。該標準體系分為4個部分：管理、產(chǎn)品保證、工程和產(chǎn)品，包括了2000多項各級標準，覆蓋了航天器產(chǎn)品研制的全壽命周期。脈沖星導航領域的標準化工作應該充分繼承和利用這些現(xiàn)有的標準化成果。

1.2 從預研階段開始考慮標準化，集中資源解決重點難題

標準化工作與研制工作相輔相成，且標準化工作開展得越早，對工程建設的指導性越強，獲得的收益越大。為了充分發(fā)揮標準化在脈沖星導航發(fā)展過程中的引領作用，應針對脈沖星導航研究特點，從預研階段開始論證脈沖星導航對標準化的需求。

脈沖星導航目前還處于發(fā)展的初級階段，現(xiàn)階段很多關鍵技術還沒有攻克，不適宜全面開展標準制定，應以脈沖星導航技術研究和試驗驗證中的接口、技術要求和測試方法等為重點開展標準化工作，突出脈沖星導航自身的特點，以標準促合作，以標準促發(fā)展。

標準化工作的開展需要大量的溝通與協(xié)調(diào)，需要通過各部門相互配合，就標準的具體要求和實施途徑達成一致。應組建由管理、研究、試驗、生產(chǎn)和標準化等部門組成的團隊專門負責相關問題的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。

2 脈沖星導航標準化實踐

實施已有標準，在重點領域制定并實施急需標準。脈沖星導航相關產(chǎn)品的研制應遵循航天器研制的基本要求，執(zhí)行 “北斗衛(wèi)星導航標準體系”和 “航天器標準體系”中梳理的與衛(wèi)星平臺研制、環(huán)境試驗、項目管理、產(chǎn)品保證以及制造等方面相關的現(xiàn)有標準，約200項。

脈沖星導航領域的快速發(fā)展得益于 “十二五”期間北斗專項的大力支持，尤其是地面試驗系統(tǒng)的建立，為開展導航探測器的性能測試提供了基礎保障。然而，由于各類導航探測器的技術途徑不同，沒有形成統(tǒng)一的接口和技術要求，導致聯(lián)合測試工作流程復雜，實施難度大，給客觀評估導航探測器性能提出了很大的挑戰(zhàn)。而開展地面試驗系統(tǒng)的標準化工作是解決這一問題的最佳途徑。地面試驗系統(tǒng)的標準化需要考慮研制、使用和維護等各個階段，需要綜合考慮不同單位的需求，同時還需要考慮技術的發(fā)展。經(jīng)過深入地分析和論證，確定從以下四個方面開展標準化。

2.1 技術要求標準化

開展地面試驗系統(tǒng)技術要求標準化主要是為了規(guī)范地面試驗系統(tǒng)的技術要求。它固化了組成地面試驗系統(tǒng)的6大分系統(tǒng)，地面試驗系統(tǒng)能實現(xiàn)的主要功能以及輪廓相似度、最大光子流強、窄脈沖寬度等40余項具體的性能指標，地面試驗系統(tǒng)能為被測導航探測器提供的各類接口等，以全面地展示地面試驗系統(tǒng)的各方面能力。地面試驗系統(tǒng)建成后，除了可拆卸的模塊外，它的尺寸、真空度等絕大部分技術指標和對外接口就確定了，不可能因為被測導航探測器的特殊需求而改變或重新設計。為了使用地面試驗系統(tǒng)進行地面試驗，各研制單位需要了解地面試驗系統(tǒng)的試驗能力，地面試驗系統(tǒng)為被測導航探測器提供的各類接口。為了解決這一問題，五院制定了 《X射線脈沖星導航地面試驗系統(tǒng)技術要求》。

2.2 系統(tǒng)校準標準化

開展地面試驗系統(tǒng)校準標準化，主要是為了規(guī)范地面試驗系統(tǒng)的整個校準過程，明確在什么情況下校準、校準什么內(nèi)容、怎么完成校準。它固化了新研制、使用中、維修后的地面試驗系統(tǒng)需要進行校準的27個校準項目及其對應的校準方法。在地面試驗系統(tǒng)的使用過程中，它的技術指標會隨著時間的推移而發(fā)生變化，需要周期性地進行校準，以保證其標定與測試的準確性。為了解決這一問題，五院制定了 《X射線脈沖星導航地面試驗系統(tǒng)校準規(guī)范》。

2.3 安裝實施標準化

開展導航探測器安裝實施標準化，主要是為了規(guī)范導航探測器在地面試驗系統(tǒng)上的整個安裝過程，固化導航探測器在地面試驗系統(tǒng)上進行安裝的準備工作以及3個安裝階段 （裝配、對準、卸裝）的具體操作要求、注意事項和關鍵記錄環(huán)節(jié)等。由于裝載的航天器平臺不同，不同廠商研制的導航探測器的安裝接口不完全相同，需要通過地面工裝來實現(xiàn)與地面試驗系統(tǒng)安裝接口的匹配。另外，還需要通過高質(zhì)量的實施操作來保證導航探測器的安裝精度以滿足標定與測試要求。為了解決這一問題，五院制定了 《X射線脈沖星導航探測器試驗安裝技術要求》。

2.4標定測試標準化

開展導航探測器標定測試標準化，主要是為了規(guī)范導航探測器的標定與測試方法，固化導航探測器在地面研制過程中需要進行的1項標定項目、7項測試項目及其對應的具體方法、數(shù)據(jù)處理要求等。地面標定與測試是導航探測器研制過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它既是對產(chǎn)品功能性能的驗證，也是對產(chǎn)品設計改進的一種反饋，貫穿于導航探測器的整個研制階段。雖然不同導航探測器的技術指標存在一定差異，但指標項目是相同的，檢驗方法是通用的，需要統(tǒng)一。為了解決這一問題，五院制定了 《X射線脈沖星導航探測器標定與測試方法》。

3 脈沖星導航標準化實踐效果

在脈沖星導航研制過程中，使用了1500余項核心標準。對已有標準的繼承和實施大大提高了脈沖星導航相關產(chǎn)品的研制效率，縮短了研制周期、降低了研制經(jīng)費，推動了脈沖星導航技術的發(fā)展。

在對現(xiàn)有標準的貫徹實施的同時，還在重點領域的標準制定方面取得了成果。在針對地面試驗系統(tǒng)的標準化實踐過程中，五院結合用戶、研制方及試驗方之間的相互需求 (如圖1所示)制定了4項標準。其中， 《X射線脈沖星導航地面試驗系統(tǒng)技術要求》指導了地面試驗系統(tǒng)建設，規(guī)范了導航探測器測試接口的設計和測試方案的制定； 《X射線脈沖星導航地面試驗系統(tǒng)校準規(guī)范》有效保證了地面試驗系統(tǒng)測試的有效性和權威性； 《X射線脈沖星導航探測器試驗安裝技術要求》解決了地面試驗系統(tǒng)與各類導航探測器安裝接口匹配的問題，保證了各類導航探測器的安裝精度滿足標定與測試要求； 《X射線脈沖星導航探測器標定與測試方法》為用戶建立了一套得到業(yè)內(nèi)廣泛認可的評價方法體系，為科學合理地評價導航探測器的功能性能提供了依據(jù)，同時也為不同導航探測器之間的評測建立了基準。這些標準自發(fā)布以來不僅為脈沖星導航實驗衛(wèi)星所搭載的正樣導航探測器的驗收提供了依據(jù)，同時還有效指導了國產(chǎn)導航探測器比測工作的開展。

上述標準的應用效果確實也沒有辜負大家的期望，并受到了上級單位和兄弟單位的廣泛好評。脈沖星導航標準化實踐經(jīng)驗如下。

a）領導重視是關鍵，組織落實是保障。脈沖星導航的標準化工作從一開始就受到了五院機關及各廠所領導的高度重視，各單位為其配備了最精良的人員，共同組建了由技術專家和標準化專家組成的專業(yè)團隊。實踐證明這對于保障該領域標準化工作的開展起到了重要作用。

b）充分繼承現(xiàn)有標準化成果。采用 “拿來主義”的策略，充分繼承現(xiàn)有標準化成果，有助于把有限的時間集中在脈沖星導航最需要標準化的地方，可以獲得最大的效益。

c）標準化工作開展得越早，對脈沖星導航研制的指導性越強。五院創(chuàng)新性從預研階段就統(tǒng)籌考慮工程研制對標準化的現(xiàn)實需求，充分發(fā)揮了標準化在脈沖星導航研制過程的引領作用。

d）多部門協(xié)作是開展標準化工作的前提。只有各部門相互配合，才能保證標準的編制質(zhì)量和實施效果。

e）突出重點、問題導向是助推劑。標準化工作在全面覆蓋的基礎上，聚焦到地面試驗系統(tǒng)等重點問題上，有效解決了脈沖星導航當前研制過程中面臨的主要矛盾。

4 脈沖星導航標準化探索

在總結 “十二五”期間脈沖星導航領域的標準化成果和經(jīng)驗后，筆者結合 “十三五”時期規(guī)劃發(fā)射搭載超大面陣X射線探測器的脈沖星導航演示驗證衛(wèi)星、建設脈沖星導航空間基準星座以及脈沖星導航大系統(tǒng)的規(guī)劃論證與逐步建設等工作進行了深入思考，提出如何進行標準化探索的建議。

4.1 充分認識標準化對脈沖星導航的重要作用

《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》從黨和國家工作全局高度，專門用一個部分部署 “實施知識產(chǎn)權、標準、質(zhì)量和品牌戰(zhàn)略”，標準化已經(jīng)成為實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。 《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》同時還將深空探測列為面向2030年，部署一批體現(xiàn)國家戰(zhàn)略意圖的重大科技項目和工程的領域之一。X射線脈沖星導航能夠滿足深空探測、星際旅行長距離、長時間、高精度導航的需要，是實現(xiàn)航天器自主導航的重大戰(zhàn)略發(fā)展方向。我們必須重新認識標準化對脈沖星導航的重要作用，充分發(fā)揮標準化對脈沖星導航技術創(chuàng)新、市場化和產(chǎn)業(yè)化的基礎性、戰(zhàn)略性和引領性作用。

4.2 強化標準化與脈沖星導航創(chuàng)新研發(fā)相融合

加大脈沖星導航研發(fā)對標準研制的支持，深化研發(fā)項目與標準化緊密結合的機制，在項目設計、立項、預研、實施和驗收各階段，對研發(fā)技術和產(chǎn)品增加標準化指標要求，通過項目促進科技成果、專利技術轉化和快速推廣應用，將標準作為項目實施的主要考核指標之一。

4.3 盡快啟動國家脈沖星導航標準體系規(guī)劃和建設

研究分析脈沖星導航標準化需求和重點方向，系統(tǒng)梳理現(xiàn)有相關標準，構建先進、開放、協(xié)調(diào)和國際化的脈沖星導航標準體系。按照同步研發(fā)、市場導向、結合專利、立足國際、急用現(xiàn)行的原則，重點研制時空基準、探測器、地面試驗系統(tǒng)、導航數(shù)據(jù)庫、導航解算算法等通用基礎和關鍵核心技術與產(chǎn)品標準。同時在合適時機，還應將4項五院標準上升為國家標準，以更好地發(fā)揮作用。

4.4 建立健全脈沖星導航標準化組織機構

在全國北斗導航標準化技術委員會下，成立脈沖星導航標準化分技術委員會，負責脈沖星導航國家標準的規(guī)劃和編制。聯(lián)合脈沖星導航領域科研、技術開發(fā)、設計、產(chǎn)品制造、運營和服務等企事業(yè)單位及高等院校和社會團體成立國家脈沖星導航協(xié)會，負責脈沖星導航團體標準規(guī)劃和編制，充分發(fā)揮團體標準編制快速、靈活、與市場結合緊密的優(yōu)勢。

4.5 引領脈沖星導航國際標準化

我國正在實現(xiàn)航天大國向航天強國轉變，迫切需要提升我國對國際航天標準化活動的貢獻度和影響力，來彰顯航天軟實力和話語權。我國脈沖星導航技術處于世界領先地位，為我國引領脈沖星導航國際標準化創(chuàng)造了必要條件。一方面，要積極主動實質(zhì)參與國際脈沖星導航相關組織的國際標準化活動；另一方面，聯(lián)合脈沖星導航技術領先國家，發(fā)起成立技術性國際組織 “脈沖星導航協(xié)調(diào)委員會”，負責國際脈沖星導航研究、合作與交流的協(xié)調(diào)，以及脈沖星導航國際標準的編制。

4.6 大力推進脈沖星導航專利標準化

習近平總書記將實施自主品牌、知識產(chǎn)權和標準稱之為自主創(chuàng)新的三大戰(zhàn)略，要求大力推進專利標準化。專利代表 “私權”，標準代表 “公權”。要實現(xiàn)專利標準化，就必須解決好 “私權”和 “公權”之間的關系。不同的標準化組織為解決這一矛盾，制定了標準涉及專利的政策。

為了推進脈沖星導航專利標準化，在政策方面，要深入研究其技術和產(chǎn)品市場所遵循標準涉及專利的政策；在機制方面，要加強專利和標準的規(guī)劃的聯(lián)動性，圍繞脈沖星導航關鍵技術和產(chǎn)品建立專利池，圍繞專利池建立相應的標準群。

標準化工作既是脈沖星導航領域市場化和產(chǎn)業(yè)化的基礎性工作，也是戰(zhàn)略性工作，對于整個行業(yè)的發(fā)展具有引領作用。隨著脈沖星導航技術的快速發(fā)展和工程應用的深入推進，標準作為技術法規(guī)將在其中發(fā)揮著越來越重要的作用。

在工程的預研階段就開始考慮標準化，對推動整個工程建設具有重要意義。開展脈沖星導航領域的標準體系建設并制定一套完善的標準，一方面可以通過標準建立行業(yè)準入門檻、統(tǒng)一產(chǎn)品的驗收要求，從而規(guī)范整個行業(yè)的發(fā)展；另一方面還可以通過標準規(guī)范不同產(chǎn)品之間的接口，從而縮短產(chǎn)品的研制周期，使得企業(yè)可以把更多的經(jīng)費和精力放在技術的創(chuàng)新上。開展脈沖星導航領域的標準國際化研究和專利標準化研究可以進一步提升我國在該領域的國際影響力，尤其是在工程研制初期，把標準與專利捆綁起來，通過制定國際標準來推廣我國的相關技術和產(chǎn)品，更有利于我國主導未來該領域的國際合作。脈沖星導航領域的標準化是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要考慮型號研制的實際情況、國際合作的需求以及技術發(fā)展的趨勢；同時相關標準的規(guī)劃和制定也是一個逐步完善的過程，需要根據(jù)新技術、新專利、新產(chǎn)品、新需求的出現(xiàn)對標準體系進行修訂和優(yōu)化。本文所提建議可以作為我國未來開展脈沖星導航領域標準工作的參考。

［1］帥平，李明，陳紹龍，等．X射線脈沖星導航系統(tǒng)原理與方法［M］．北京：中國宇航出版社，2009．

［2］周城宏，錢衛(wèi)平，郭軍海，等．脈沖星導航發(fā)展概要［J］．南京信息工程大學學報．2015（3）.

［3］國務院．國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要 （2006－2020年）［M］．2006.

［4］中共中央，國務院．國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要［M］．2016．

［5］ 國務院．深化標準化工作改革方案［M］．2015．

［6］ 質(zhì)檢總局，國家標準委，工業(yè)和信息化部．裝備制造業(yè)標準化和質(zhì)量提升規(guī)劃［M］．2016．

彭洪江 （1970年—），男，管理科學與工程專業(yè)，碩士，高級工程師，主要研究方向為航天器及其應用領域標準化、標準體系建設、標準化戰(zhàn)略、標準研究與制定、標準信息化、標準國際化和企業(yè)標準化管理等。