劉棟梁,??宋?,陸 靜,高 洋,林海波
北斗用戶設(shè)備型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)必要性分析
劉棟梁1,常克武2,陸 靜1,高 洋1,林海波1
(1. 中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所,北京 100071;2. 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室,北京 100054)
為了進(jìn)一步促進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(文中簡稱為北斗)用戶設(shè)備應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化高質(zhì)量發(fā)展,對北斗用戶設(shè)備型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的必要性進(jìn)行分析:在介紹我國北斗一號、北斗二號、北斗三號用戶設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,梳理目前存在的主要問題,分析我國北斗設(shè)備型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)背景及必要性;并針對北斗用戶設(shè)備型譜規(guī)劃提出發(fā)展建議。研究結(jié)果可為我國北斗用戶設(shè)備的型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作提供參考。
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS);北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);用戶設(shè)備;型譜;標(biāo)準(zhǔn)化
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為當(dāng)代人類社會使用最廣泛、最便捷、最有效的高精度、高實時、高可靠定位、導(dǎo)航和授時手段,自問世以來深刻改變了人類社會生產(chǎn)生活方式。我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(文中簡稱為北斗)作為當(dāng)前全球四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system, GNSS)之一,已經(jīng)可以和美國全球定位系統(tǒng)(global positioning system, GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)、歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Galileo)相競爭[1-4]。
隨著信息技術(shù)以及通信導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展,北斗用戶設(shè)備的發(fā)展愈發(fā)必要。近年來,北斗用戶設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展,用戶數(shù)量急劇增加,在不同應(yīng)用領(lǐng)域向廣度和深度拓展,但存在著設(shè)備重復(fù)建設(shè)、“三化”程度低、保障難度大等問題。設(shè)備建設(shè)必須加以統(tǒng)一的規(guī)劃和實施,否則必將導(dǎo)致“煙囪”林立,不僅造成巨大的資源浪費,而且使得各設(shè)備之間不成體系、互聯(lián)互通難,嚴(yán)重影響應(yīng)用能力的生成[5]。
在標(biāo)準(zhǔn)化工作中,設(shè)備型譜是設(shè)備建設(shè)發(fā)展的頂層規(guī)劃,對設(shè)備的建設(shè)發(fā)展具有規(guī)范、指導(dǎo)和引領(lǐng)作用,以期高效促進(jìn)北斗用戶設(shè)備應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化高質(zhì)量發(fā)展。因此有必要梳理北斗用戶設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題,分析我國北斗設(shè)備型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)背景及必要性,并針對北斗用戶設(shè)備型譜規(guī)劃提出發(fā)展建議。
北斗用戶設(shè)備歷經(jīng)北斗一號、北斗二號和北斗三號3個階段的工程建設(shè),其應(yīng)用的廣泛性對推動信息化建設(shè)、完成多樣化任務(wù)、增強(qiáng)體系應(yīng)用能力提供了有力保障。尤其是在北斗二號系統(tǒng)工程建設(shè)中,應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)基于北斗二號的用戶設(shè)備,各設(shè)備部門也針對各自需求大力開展設(shè)備建設(shè)。下面基于公開數(shù)據(jù)和市場調(diào)研對北斗用戶設(shè)備建設(shè)情況進(jìn)行簡要分析。
1)北斗一號用戶設(shè)備:北斗一號用戶設(shè)備包括手持、車載、指揮等類型設(shè)備,在北斗一號運行早期,衛(wèi)星無線電定位系統(tǒng)(radio determination satellite system,RDSS)應(yīng)用模式還處于探索階段,用戶數(shù)量較少,市場不大,參與設(shè)備建設(shè)的用戶機(jī)廠家數(shù)量有限。隨著北斗短報文通信及位置報告功能應(yīng)用潛力的開發(fā),應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展,用戶數(shù)量急劇增加,生產(chǎn)北斗用戶設(shè)備的廠家也隨之增加,這些廠家往往各自設(shè)計、自行命名,從而造成設(shè)備型號較多。
2)北斗二號用戶設(shè)備:在北斗二號應(yīng)用系統(tǒng)工程建設(shè)中,對北斗用戶設(shè)備模塊芯片進(jìn)行了系統(tǒng)規(guī)劃,對當(dāng)前北斗用戶設(shè)備建設(shè)形成了有力支撐,為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。北斗二號應(yīng)用系統(tǒng)工程建設(shè)研制了模塊、芯片以及多款終端設(shè)備,除了北斗二號應(yīng)用系統(tǒng)典型應(yīng)用項目建設(shè)的設(shè)備外,我國還組織研發(fā)了多款應(yīng)用設(shè)備,已完成研制的或在研的北斗二號用戶設(shè)備數(shù)量和種類不斷創(chuàng)新高。
3)北斗三號用戶設(shè)備:北斗三號工程建設(shè)階段,我國研制了多款北斗三號基礎(chǔ)產(chǎn)品,各款終端針對不同的應(yīng)用場景開發(fā),對解決北斗應(yīng)用急需和驗證北斗三號應(yīng)用模式具有重要意義[6]。
盡管北斗用戶設(shè)備已經(jīng)在我國信息化建設(shè)中發(fā)揮了重要作用,但由于沒有形成高效集中的設(shè)備建設(shè)管理機(jī)制、缺少用戶設(shè)備建設(shè)頂層規(guī)劃、研制階段投入不足以及技術(shù)水平相對落后等各方面原因,北斗用戶設(shè)備研制建設(shè)和應(yīng)用推廣過程中暴露了一些問題和不足,集中表現(xiàn)為以下3個方面:
1)重復(fù)建設(shè)和資源浪費嚴(yán)重。一是設(shè)備具體研制建設(shè)中,根據(jù)各應(yīng)用渠道平臺系統(tǒng)的獨立使用需求,分別自行開展北斗用戶設(shè)備研制立項,造成設(shè)備種類眾多,但其產(chǎn)品功能類同、性能指標(biāo)接近,從而造成項目重復(fù)建設(shè)、資源浪費情況嚴(yán)重。二是設(shè)備采購方面,部分設(shè)備主管部門采用配套其系統(tǒng)平臺或設(shè)備的形式,整體定型,打包采購,造成功能性能相同的產(chǎn)品重復(fù)購置。三是設(shè)備配發(fā)方面,部分設(shè)備主管部門局限于各自領(lǐng)域內(nèi)設(shè)備的需求建設(shè),造成北斗用戶設(shè)備重復(fù)研制配發(fā)問題突出。各類北斗用戶設(shè)備配件不能互換使用,每一型號設(shè)備都要獨立進(jìn)行配件購置,需要研制廠家進(jìn)行維修保障,造成了資源嚴(yán)重浪費。
2)設(shè)備“三化”程度低。一是設(shè)備的通用化程度低。由于設(shè)備建設(shè)仍處于小、散、亂的局面,盡管應(yīng)用對象和設(shè)備的絕大部分功能相同,但不同廠家生產(chǎn)的用戶終端設(shè)備往往存在較大差異,包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)、軟件、物理接口和各種關(guān)鍵元器件,這就造成了不同用戶設(shè)備互不兼容等問題。二是設(shè)備系列化程度低。由于各設(shè)備部門和使用單位往往僅針對本單位使用需求甚至是其中某一項需求而單獨開發(fā)設(shè)備,從而造成設(shè)備規(guī)格劃分不一致,對于一些常見或易于實現(xiàn)的功能要求,重疊程度較高,而對于一些要求較高的需求則還沒有覆蓋,造成設(shè)備建設(shè)在低水平重復(fù),無法滿足高端的應(yīng)用需求。三是設(shè)備組合化程度仍不高。北斗二號應(yīng)用系統(tǒng)工程建設(shè)中規(guī)劃建設(shè)了北斗用戶設(shè)備核心元器件,實現(xiàn)了國產(chǎn)化,有力推動了設(shè)備建設(shè)向模塊化、芯片化方向發(fā)展;但組合化程度仍有待提升。
3)設(shè)備的保障難度大。當(dāng)前北斗用戶設(shè)備的安全架構(gòu)與GPS第一代用戶設(shè)備安全架構(gòu)相似,在授權(quán)數(shù)據(jù)加注后屬于受控設(shè)備,從而為相關(guān)用戶造成很大壓力,一些基層單位由于害怕遺失和損壞而盡量減少對設(shè)備使用,導(dǎo)致設(shè)備應(yīng)用效能發(fā)揮不足。同時,現(xiàn)有的設(shè)備保障體制為用戶設(shè)備的管理保障造成極大負(fù)擔(dān),不僅需要大量保障人員和設(shè)施,對于一些特殊應(yīng)用的保障實時性也難以滿足用戶需求。在這一方面,美國GPS設(shè)備的發(fā)展經(jīng)驗可以給我們提供借鑒。
北斗系統(tǒng)是國家重大信息基礎(chǔ)設(shè)施。北斗三號系統(tǒng)是北斗系統(tǒng)“三步走”的第三步,2020年正式開通,服務(wù)區(qū)擴(kuò)展到全球。北斗三號應(yīng)用驗證系統(tǒng)在圍繞系統(tǒng)服務(wù)性能驗證開展建設(shè)和試驗的同時,也瞄準(zhǔn)了未來北斗的應(yīng)用需求,其中終端型譜規(guī)劃就是其中重要的部分之一。
設(shè)備型譜是設(shè)備通用化、系列化等標(biāo)準(zhǔn)形式的結(jié)合與發(fā)展,不僅可以指導(dǎo)新設(shè)備發(fā)展,防止盲目設(shè)計和重復(fù)建設(shè),也可以作為整頓和簡化老設(shè)備的依據(jù)。系統(tǒng)發(fā)展觀認(rèn)為,宇宙中所有事物自由發(fā)展的趨勢是走向無序狀態(tài)。設(shè)備系統(tǒng)如不加以控制,發(fā)展的趨勢必然是品種越來越多,相互重復(fù)、交叉現(xiàn)象愈來愈普遍,其結(jié)果是結(jié)構(gòu)無序度增加,設(shè)備的功能和開發(fā)的效率變得低下,使用、維修、保障更加復(fù)雜[7]。
梳理北斗用戶設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題可知,北斗用戶設(shè)備建設(shè)由于缺少統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理機(jī)制,存在著設(shè)備重復(fù)建設(shè)、“三化”程度低、保障難度大等問題,也造成設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,互聯(lián)互通難等問題,嚴(yán)重制約了北斗應(yīng)用效能的發(fā)揮。要解決上述各種矛盾,就應(yīng)以系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo),通過制定并推動終端設(shè)備型譜建設(shè),消除不必要的重復(fù)交叉,建立層次結(jié)構(gòu)合理的用戶設(shè)備體系,指導(dǎo)和推動北斗用戶設(shè)備“三化”建設(shè),提高北斗用戶設(shè)備有序度和研制、生產(chǎn)、使用及維修的效率。
1)型譜標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)籌北斗用戶設(shè)備建設(shè)的基本依據(jù)。制定型譜的目的就是要在當(dāng)前和未來較長時期內(nèi)滿足衛(wèi)星導(dǎo)航使用需求。它既涵蓋過去北斗設(shè)備建設(shè)成果,又規(guī)劃未來設(shè)備發(fā)展的目標(biāo)和建設(shè)內(nèi)容,是設(shè)備建設(shè)的頂層規(guī)劃,直接體現(xiàn)北斗應(yīng)用的宏觀發(fā)展目標(biāo),是指導(dǎo)北斗用戶設(shè)備建設(shè)的基本依據(jù)。一是指導(dǎo)北斗用戶設(shè)備立項研制和采購,避免重復(fù)建設(shè)。型譜以最少型號數(shù)量覆蓋了未來相當(dāng)長時期內(nèi)多樣化的應(yīng)用需求,根據(jù)設(shè)備型譜可以一目了然地了解北斗設(shè)備體系構(gòu)成,并了解設(shè)備立項、研制、定型等狀態(tài),從而可以在全國范圍內(nèi)有效避免盲目立項和重復(fù)投入。二是制定其他與用戶設(shè)備相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的前提和基礎(chǔ)。用戶設(shè)備型譜包括了各型設(shè)備的功能、性能、接口和物理屬性等各種參數(shù)要求,且每一種型號均有其獨特之處。在制定用戶設(shè)備技術(shù)要求、接口協(xié)議等系列標(biāo)準(zhǔn)時,必須考慮各型設(shè)備的通用性,也要考慮其個性特征。因此,在設(shè)備型譜確定后,制定其他相關(guān)的用戶設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)就有了基本框架和基礎(chǔ),進(jìn)而保證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范具有更好的系統(tǒng)性和更廣的適應(yīng)性。
2)型譜標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)北斗用戶設(shè)備體系化應(yīng)用能力的必要前提。北斗用戶設(shè)備具有應(yīng)用范圍廣、規(guī)模數(shù)量多、應(yīng)用潛力大等明顯特點,只有合理建立北斗用戶設(shè)備體系,發(fā)揮體系應(yīng)用能力,才能最大限度地發(fā)揮北斗系統(tǒng)的應(yīng)用效能。北斗用戶設(shè)備型譜的目的就是統(tǒng)一規(guī)劃制定北斗用戶設(shè)備型號系列,使其在功能、性能、接口、環(huán)境等各方面不僅涵蓋在未來一定時期內(nèi)的多樣化需求,并且各個型號設(shè)備在采用的模塊、板卡等各種配件,以及軟件、接口和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫婢捎媒y(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,從而實現(xiàn)北斗用戶設(shè)備的通用化、系列化和組合化,使各型用戶設(shè)備能夠互連、互通。
3)型譜標(biāo)準(zhǔn)是提升北斗用戶設(shè)備保障能力的有效途徑。北斗用戶設(shè)備數(shù)量規(guī)模大、品種規(guī)格多,零部件保障、日常維護(hù)、注冊管理等保障任務(wù)極為繁重。而解決這一問題的關(guān)鍵就是要減少設(shè)備以及零配件規(guī)格數(shù)量,提高設(shè)備的質(zhì)量可靠性,減少和統(tǒng)一設(shè)備注冊管理保障模式。制定設(shè)備型譜可以在滿足多樣化應(yīng)用需求的前提下,實現(xiàn)設(shè)備型號數(shù)量的最小化,并在最大程度上實現(xiàn)核心模塊、板卡、整機(jī)的通用性,從而減少零部件及設(shè)備品種規(guī)格和備品備件數(shù)量,提高設(shè)備維修性;同時,設(shè)備和零部件規(guī)格品種明顯減少,將使每種設(shè)備和部件的批量大幅增加,從而有助于不斷改進(jìn)提高設(shè)備和零部件的質(zhì)量可靠性。設(shè)備質(zhì)量可靠性和維修性的提高,可以縮短修復(fù)時間,縮小保障規(guī)模,從而大大提高設(shè)備保障能力。
北斗用戶設(shè)備建設(shè)始于北斗一號建成之初。近年來,北斗用戶終端設(shè)備建設(shè)的統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計始終落后于應(yīng)用需求的急劇擴(kuò)張。北斗用戶設(shè)備型譜旨在總結(jié)過去北斗設(shè)備現(xiàn)狀,引領(lǐng)未來北斗用戶設(shè)備發(fā)展??偨Y(jié)過去,即對北斗用戶設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)、技術(shù)水平、研制能力進(jìn)行全面的總結(jié),作為今后發(fā)展的基礎(chǔ)。引領(lǐng)未來,即型譜為未來北斗用戶設(shè)備的可持續(xù)發(fā)展起到引領(lǐng)作用,對未來北斗用戶設(shè)備型號的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。針對北斗用戶設(shè)備型譜規(guī)劃和建設(shè)提出發(fā)展建議如下:
1)型譜規(guī)劃要全面且協(xié)調(diào)。北斗用戶設(shè)備型譜應(yīng)滿足較長時期內(nèi)對北斗用戶設(shè)備的全部使用要求,即設(shè)備的規(guī)格應(yīng)齊全,無漏項。除此之外,型譜內(nèi)所列的規(guī)范化設(shè)備的規(guī)格相互之間不重復(fù),前后二檔設(shè)備的規(guī)格變化若是步進(jìn)的,則在服從使用要求的前提下,間隔、跨度要適當(dāng),確保以最少的型號數(shù)量覆蓋多樣化的應(yīng)用需求。
2)型譜規(guī)劃要具備前瞻性和可擴(kuò)展性。北斗用戶設(shè)備型譜要具有前瞻性,在準(zhǔn)確預(yù)測衛(wèi)星導(dǎo)航用戶設(shè)備發(fā)展趨勢和應(yīng)用需求的發(fā)展變化的前提下,型譜不僅要包括現(xiàn)階段北斗二號系統(tǒng)的用戶設(shè)備,而且必須包括全球系統(tǒng)階段的應(yīng)用設(shè)備,能夠長期指導(dǎo)北斗用戶設(shè)備的發(fā)展。另外,型譜中的規(guī)范化設(shè)備是基本型,具有一定的修改適應(yīng)性,隨著技術(shù)的發(fā)展和新的需求涌現(xiàn),可增加或減少設(shè)備型號。
3)型譜規(guī)劃要具有通用性,遵循一定規(guī)律。設(shè)備型譜是設(shè)備系列,但它絕不是將現(xiàn)有設(shè)備型號匯總而成的設(shè)備目錄,而是具有一系列特定要求、經(jīng)過優(yōu)化的設(shè)備系列。設(shè)備型譜按照使用需求和技術(shù)特點進(jìn)行分類、組合,每款型號對功能、性能、接口及使用環(huán)境相近的應(yīng)用對象具有很強(qiáng)的通用性。
北斗用戶設(shè)備型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的發(fā)展思路建議如圖1所示,即通過研究國外衛(wèi)星導(dǎo)航用戶設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀,以及對我國現(xiàn)有北斗用戶設(shè)備情況進(jìn)行梳理,調(diào)查研究當(dāng)前及以后可預(yù)見的一段時期內(nèi)北斗用戶設(shè)備的使用需求,從而根據(jù)使用需求確定特征參數(shù)作為型譜規(guī)范化設(shè)備的規(guī)格,確定每款型號設(shè)備的主要功能特點、關(guān)鍵性能指標(biāo)和適用對象,并系統(tǒng)規(guī)劃在未來較長時期內(nèi)北斗用戶設(shè)備的發(fā)展路線。
圖1 北斗用戶設(shè)備型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的建議發(fā)展思路
北斗用戶設(shè)備歷經(jīng)北斗一號、北斗二號和北斗三號3個階段的工程建設(shè),其應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展,并兼向廣度和深度拓展,但存在著設(shè)備重復(fù)建設(shè)、“三化”程度低、保障難度大等問題。設(shè)備型譜是設(shè)備通用化、系列化等標(biāo)準(zhǔn)形式的結(jié)合與發(fā)展,是設(shè)備建設(shè)發(fā)展的頂層規(guī)劃,對設(shè)備的建設(shè)發(fā)展具有規(guī)范、指導(dǎo)和引領(lǐng)作用。本文梳理北斗用戶設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題,分析我國北斗設(shè)備型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)背景及必要性,為我國北斗用戶設(shè)備型譜規(guī)劃和建設(shè)提出發(fā)展建議。
[1] 熊超, 劉宗毅, 盧傳芳, 等. 國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報, 2021, 9(3): 7.
[2] 孫娟娟, 王永. GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述[J]. 科技資訊, 2018, 16(31): 1-3, 9.
[3] 楊君琳, 楊靜帆, 張文清. 外國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)政策制度發(fā)展與啟示[J]. 衛(wèi)星應(yīng)用, 2021(4): 47-53.
[4] 郝雅楠, 祝彬, 朱華橋. 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與特點分析[J]. 國防科技工業(yè), 2021(7): 5.
[5] 鄭沖, 章林鋒, 張婷, 等. 設(shè)備型譜的理論基礎(chǔ)研究[J]. 航天標(biāo)準(zhǔn)化, 2019(3): 20-23.
[6] 楊保平, 陳永光. 北斗用戶設(shè)備測試的標(biāo)準(zhǔn)化探討[C]//第二屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會電子文集. [出版者不詳]. 2011: 99.
[7] 鄭沖, 章林鋒, 唐斌, 等. 標(biāo)準(zhǔn)化原理在衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用終端型譜論證中的應(yīng)用[J]. 國防科技, 2019, 40(2): 73-77.
Necessity analysis on construction of BDS user equipment type spectrum standards
LIU Dongliang1, CHANG Kewu2, LU Jing1, GAO Yang1, LIN Haibo1
(1. China Aerospace Standardization Institute, Beijing 100071, China;2. China Satellite Navigation Office, Beijing 100054, China)
In order to further promote the application and industrialization of user equipment for BeiDou navigation satellite system (BDS), the paper analyzed the necessity of the construction of user equipment spectrum standards of BDS: based on the introduction of the current development status of user equipment for BDS-1, BDS-2 and BDS-3, the main existing problems were sorted out, and the background and necessity of the construction of BDS spectrum standards were analyzed; then the development suggestions were put forward for BDS user equipment spectrum planning. The results would provide a reference for the construction of BDS user equipment standards.
global satellite navigation system (GNSS); BeiDou navigation satellite system (BDS); user equipment; type spectrum; standardization
P228.4
A
2095-4999(2023)01-0159-04
劉棟梁,??宋?,陸靜,等. 北斗用戶設(shè)備型譜標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)必要性分析[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報, 2023, 11(1): 159-162.(LIU Dongliang, CHANG Kewu, LU Jing, et al.Necessity analysis on construction of BDS user equipment type spectrum standards[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2023, 11(1): 159-162.)DOI:10.16547/j.cnki.10-1096.20230124.
2022-02-24
劉棟梁 (1993—),男,工程師,碩士,研究方向為航天器總體、衛(wèi)星導(dǎo)航等方面的標(biāo)準(zhǔn)化。