陳倩,杜輝

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

0 引 言

IEC 61108系列標(biāo)準(zhǔn)按照發(fā)布時(shí)間順序分別為1996年的GPS接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱GPS標(biāo)準(zhǔn))第一版、1998年的GLONASS接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)[1](以下簡(jiǎn)稱GLONASS標(biāo)準(zhǔn))、2003年的GPS標(biāo)準(zhǔn)[2]修訂版、2004年的差分接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)[3](以下簡(jiǎn)稱差分標(biāo)準(zhǔn))、2010年的Galileo接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)[4](以下簡(jiǎn)稱伽利略標(biāo)準(zhǔn))?，F(xiàn)行的IEC 61108系列標(biāo)準(zhǔn)有:

1)IEC 61108-1《海上導(dǎo)航與無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)—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(cè)試方法和要求的測(cè)試結(jié)果》;

2)IEC 61108-2《海上導(dǎo)航與無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)—全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)—第2部分:GLONASS接收設(shè)備性能標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試方法和要求的測(cè)試結(jié)果》;

3)IEC 61108-3《海上導(dǎo)航與無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)—全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)—第3部分:伽利略接收設(shè)備性能要求、測(cè)試方法和要求的測(cè)試結(jié)果》;

4)IEC 61108-4《海上導(dǎo)航與無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)—全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)—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)試方法和要求的測(cè)試結(jié)果》。

2017年10月,IEC/TC 80 通過(guò)了中國(guó)代表團(tuán)提交的IEC 61108-5 BDS接收設(shè)備接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱BDS標(biāo)準(zhǔn))提案申請(qǐng)。目前BDS標(biāo)準(zhǔn)制定工作已展開(kāi)。

同年12月,國(guó)際海事組織(IMO)通過(guò)了中國(guó)代表團(tuán)提交的有關(guān)船用多無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)的建議。未來(lái)IEC/TC 80將制定船用GNSS接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱GNSS標(biāo)準(zhǔn))來(lái)替代其單系統(tǒng)接收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。

為了更好地開(kāi)展BDS標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,下面主要從IEC 61108-1～3系列標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容比對(duì)、標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題以及對(duì)于后續(xù)BDS/GNSS標(biāo)準(zhǔn)的建議三方面進(jìn)行分析。

1 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容比對(duì)

1.1 最低性能要求

1.1.1 目標(biāo)

GLONASS標(biāo)準(zhǔn)中限定最大航速50 kn,GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)中最大航速為70 kn。

GLONASS標(biāo)準(zhǔn)中未明確服務(wù)內(nèi)容,GPS標(biāo)準(zhǔn)為面向標(biāo)準(zhǔn)位置服務(wù)(SPS)服務(wù),伽利略標(biāo)準(zhǔn)為面向公開(kāi)和救生服務(wù)并明確了頻點(diǎn)和定位方式。

1.1.2 接收設(shè)備

伽利略標(biāo)準(zhǔn)涉及了組合導(dǎo)航應(yīng)用;相對(duì)于GLONASS標(biāo)準(zhǔn),GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)增加了設(shè)備的質(zhì)量保證內(nèi)容。

1.1.3 性能要求

1)伽利略標(biāo)準(zhǔn)增加了在單頻和雙頻接收兩種條件下進(jìn)行電離層誤差修正的內(nèi)容;

2)GLONASS和GPS標(biāo)準(zhǔn)要求至少有一個(gè)提供位置信息的輸出接口;伽利略標(biāo)準(zhǔn)接口數(shù)量要求增加為四個(gè),其中2個(gè)為輸出接口,用于提供位置信息、UTC、對(duì)地航向、對(duì)地航速和告警信息;1個(gè)用于指示故障的常態(tài)靜默接口,以及1個(gè)用于給外部系統(tǒng)告警的雙向接口;

3)GLONASS標(biāo)準(zhǔn)未列出詳細(xì)的語(yǔ)句輸出要求;GPS標(biāo)準(zhǔn)列出了定位和組合導(dǎo)航的語(yǔ)句輸出要求;除這兩類,伽利略標(biāo)準(zhǔn)還列出了告警語(yǔ)句輸出要求;

4)GLONASS和GPS標(biāo)準(zhǔn)中定位精度要求比對(duì)如表1所示;

表1 定位精度要求比對(duì)m

*伽利略救生服務(wù)的性能在注釋中出現(xiàn)。

5)捕獲(定位)時(shí)間要求比對(duì)如表2所示;

表2 捕獲(定位)時(shí)間要求比對(duì)min

6) 動(dòng)態(tài)范圍要求比對(duì)如表3所示;

表3 動(dòng)態(tài)范圍要求比對(duì)dBm

7) 在“特殊干擾信號(hào)影響”一節(jié)中,GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了天線安裝手冊(cè)中應(yīng)給出有效降低干擾影響的建議,GLONASS標(biāo)準(zhǔn)未涉及;

8) 位置更新要求比對(duì)如表4所示。

表4 位置更新要求比對(duì)s

9)在“差分輸入”(差分標(biāo)準(zhǔn)IEC 61108-4現(xiàn)行版本中未涉及伽利略和BDS。)”一節(jié)中,伽利略標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了需給出差分信號(hào)接收情況以及是否應(yīng)用于定位的標(biāo)志;GPS和GLONASS標(biāo)準(zhǔn)未涉及;GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了需支持差分?jǐn)?shù)據(jù)誤字率測(cè)試功能,GLONASS標(biāo)準(zhǔn)未涉及;

10)故障/導(dǎo)航告警和狀態(tài)指示要求比對(duì)如表5所示;

11)在“時(shí)間信息的可用性與有效性”一節(jié)中,GPS標(biāo)準(zhǔn)指示時(shí)間有效性為GGA的定位有效標(biāo)志;伽利略標(biāo)準(zhǔn)則為GNS中定位有效標(biāo)志;

12)在“典型的干擾環(huán)境”一節(jié)中,伽利略標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了正常工作的具體要求以及干擾類型的劃分;GPS標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)內(nèi)容在后續(xù)測(cè)試方法中。

1.2 測(cè)試方法和要求的測(cè)試結(jié)果

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)

在GPS和GLONASS標(biāo)準(zhǔn)中,強(qiáng)調(diào)測(cè)試需用實(shí)際衛(wèi)星信號(hào),而在伽利略標(biāo)準(zhǔn)中,實(shí)際信號(hào)和模擬器信號(hào)均可選用;在GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)中,均要求有差分測(cè)試信號(hào),GLONASS標(biāo)準(zhǔn)未涉及差分測(cè)試信號(hào);伽利略標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定模擬器應(yīng)能產(chǎn)生差分修正數(shù)據(jù);尤其是伽利略標(biāo)準(zhǔn)還涉及了對(duì)干擾信號(hào)模擬器的要求。

1.2.2 測(cè)試條件

在GPS和GLONASS標(biāo)準(zhǔn)中,強(qiáng)調(diào)所有靜態(tài)測(cè)試應(yīng)采用實(shí)際信號(hào)。

1.2.3 精度

1)在“靜態(tài)精度”一節(jié)中,伽利略標(biāo)準(zhǔn)有采樣間隔的概念,GPS和GLONASS標(biāo)準(zhǔn)未涉及;伽利略標(biāo)準(zhǔn)中位置數(shù)據(jù)按采樣間隔獲取,在其他標(biāo)準(zhǔn)中,單點(diǎn)定位模式下未限定定位數(shù)據(jù)的更新頻度,差分模式下限定為1 s/次。在GLONASS標(biāo)準(zhǔn)中靜態(tài)精度測(cè)試時(shí)間為2 h,另外兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均要求24 h;

2)定位精度測(cè)試方法比對(duì)如表6所示。

表6 定位精度測(cè)試方法比對(duì)

1.2.4 捕獲

1)在“初始化”一節(jié)中,與GLONASS標(biāo)準(zhǔn)相比,其他標(biāo)準(zhǔn)增加了刪除歷書(shū)的方法,尤其是伽利略標(biāo)準(zhǔn)又增加了使用模擬器的測(cè)試方法;

2)GPS和GLONASS標(biāo)準(zhǔn)將“斷電”和“信號(hào)中斷”列為兩節(jié),伽利略標(biāo)準(zhǔn)將這兩部分合并為一節(jié),稱為“歷書(shū)無(wú)效”;

3)“短暫中斷”一節(jié)中,伽利略和GPS標(biāo)準(zhǔn)為“短暫斷電”,GLONASS標(biāo)準(zhǔn)為“短暫屏蔽信號(hào)”。

1.2.5 靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍

GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)中明確要求須用模擬器進(jìn)行測(cè)試,GLONASS標(biāo)準(zhǔn)要求可用模擬器;相較于GLONASS標(biāo)準(zhǔn),GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于步驟的表述更為細(xì)致準(zhǔn)確;三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于跟蹤要求的測(cè)試結(jié)果不同,GLONASS標(biāo)準(zhǔn)要求“持續(xù)正常工作”,GPS標(biāo)準(zhǔn)要求“連續(xù)跟蹤至少一顆衛(wèi)星”,伽利略標(biāo)準(zhǔn)要求“繼續(xù)跟蹤至少四顆衛(wèi)星并提供有效的位置解”。

1.2.6 “特殊干擾信號(hào)的影響”(伽利略標(biāo)準(zhǔn)為“針對(duì)其他船用發(fā)射裝置的保護(hù)”)

與GLONASS標(biāo)準(zhǔn)不同,GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)額外規(guī)定了干擾停止后進(jìn)行檢驗(yàn)的時(shí)間限制(5 min)。

同時(shí),GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)干擾信號(hào)發(fā)射天線提出了要求,而GLONASS標(biāo)準(zhǔn)僅在性能要求中對(duì)發(fā)射天線提出了要求。

1.2.7 位置更新

GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)明確可使用模擬器,GLONASS標(biāo)準(zhǔn)未提及;GLONASS標(biāo)準(zhǔn)中只考核位置是否更新,GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)除位置更新外,還考核位置與基準(zhǔn)位置的一致性。

1.2.8 差分輸入

與GLONASS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)不同,GPS標(biāo)準(zhǔn)提出了關(guān)于誤字率指示/輸出的要求。

1.2.9 “故障告警和狀態(tài)指示”(伽利略標(biāo)準(zhǔn)為“導(dǎo)航告警和狀態(tài)指示”):

1)在GLONASS標(biāo)準(zhǔn)中采用性能測(cè)試中記錄的指示和告警信息來(lái)測(cè)試該項(xiàng)功能;GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試流程進(jìn)行了詳盡說(shuō)明;

2)在“位置警告測(cè)試”一節(jié)中,GPS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了關(guān)于HDOP的告警測(cè)試,伽利略標(biāo)準(zhǔn)未涉及;

3)在“差分狀態(tài)指示”一節(jié)中,GPS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置齡期為可選功能,伽利略為標(biāo)配;

4)狀態(tài)指示測(cè)試方法比對(duì)如表7所示。

表7 狀態(tài)指示測(cè)試方法比對(duì)

1.2.10 COG、SOG與UTC輸出在“時(shí)間信息的可用性與有效性”一節(jié)中,GPS標(biāo)準(zhǔn)指示時(shí)間有效性為GGA中的定位有效標(biāo)志,伽利略標(biāo)準(zhǔn)則使用GNS中的定位有效標(biāo)志。

2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在問(wèn)題及建議

通過(guò)對(duì)IEC 61108系列標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)分析,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中存在一些問(wèn)題與疑問(wèn),并針對(duì)問(wèn)題給出了相應(yīng)建議。具體問(wèn)題及建議如表8所示。

表8 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中存在問(wèn)題

表8(續(xù))

3 BDS和GNSS標(biāo)準(zhǔn)的建議

通過(guò)研究分析可以看出,伴隨著理論和技術(shù)的發(fā)展,IEC 61108系列標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)要求方面,精度和時(shí)間特性指標(biāo)方面不斷提高,完好性要求也更具體;在測(cè)試方法方面,隨著模擬器的技術(shù)發(fā)展和成熟,模擬器能提供的測(cè)試手段更為豐富,測(cè)試逐步從主用實(shí)際衛(wèi)星信號(hào)過(guò)渡到主用模擬器(這方面也可能存在Galileo標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)并無(wú)實(shí)際可用衛(wèi)星的原因)。

因此,對(duì)BDS和GNSS標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容,建議如下:

1)增加模擬器的應(yīng)用

隨著信號(hào)仿真和模擬技術(shù)的不斷進(jìn)步,模擬器在測(cè)試中所占的比重也不斷增大。一方面,模擬器能模擬一些不易在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景;另一方面,模擬器能測(cè)試一些對(duì)衛(wèi)星信號(hào)有嚴(yán)格要求的項(xiàng)目;同時(shí),需要模擬衛(wèi)星星座、導(dǎo)航電文錯(cuò)誤或偽距畸變等信號(hào)情況時(shí),只能通過(guò)模擬器進(jìn)行;此外,接收實(shí)際衛(wèi)星信號(hào)存在不可復(fù)現(xiàn)的問(wèn)題,不利于測(cè)試的一致性,宜采用模擬器進(jìn)行。

2)采用更加通用/常用的專用術(shù)語(yǔ)

現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中,一些指標(biāo)名稱與通常的應(yīng)用習(xí)慣不符,因此建議在BDS和GNSS標(biāo)準(zhǔn)中予以酌情修正。

3)突出北斗系統(tǒng)特點(diǎn)

在BDS和GNSS標(biāo)準(zhǔn)中,增加有關(guān)北斗RDSS的說(shuō)明;可根據(jù)不同系統(tǒng)和終端能力確定指標(biāo)。

4)突出船載應(yīng)用特點(diǎn)

在“典型的干擾環(huán)境”一節(jié)中,目前GPS和伽利略標(biāo)準(zhǔn)中干擾環(huán)境及等級(jí)等內(nèi)容主要借鑒航空設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。船載設(shè)備的干擾環(huán)境與航空設(shè)備有所不同,因而抗干擾的要求也有所不同,標(biāo)準(zhǔn)需要考慮船載干擾環(huán)境特點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,可以看出IEC 61108-1～3系列標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容完整,基本涵蓋了船用衛(wèi)星導(dǎo)航接收設(shè)備的功能、性能要求及對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法;該系列標(biāo)準(zhǔn)存在一定的繼承性,制(修)訂時(shí)間相近的標(biāo)準(zhǔn)之間差異不大;隨著接收機(jī)和測(cè)試技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和要求也在不斷更新。雖然該系列標(biāo)準(zhǔn)中依然存在一些文字和內(nèi)容的錯(cuò)誤和不規(guī)范、對(duì)于干擾的要求直接引用RTCA標(biāo)準(zhǔn)而沒(méi)有突出船載應(yīng)用環(huán)境等問(wèn)題,但該系列標(biāo)準(zhǔn)為GPS/GLONASS/伽利略設(shè)備的船載應(yīng)用提供了型式認(rèn)可的合法依據(jù),促進(jìn)了船用衛(wèi)星導(dǎo)航接收設(shè)備的應(yīng)用及推廣。