北斗導(dǎo)航應(yīng)用終端的標(biāo)準(zhǔn)研究

李武鋼，陳學(xué)友，朱方來(lái)

（1.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)與交通學(xué)院，廣東 深圳518055；2.嘉興佳利電子股份有限公司，浙江 嘉興314003）

0 引言

自北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2012年12月27日正式進(jìn)行區(qū)域性服務(wù)以來(lái)，北斗導(dǎo)航模塊等基礎(chǔ)核心產(chǎn)品的研發(fā)取得突破性進(jìn)展，其可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度等性能得到進(jìn)一步提升，市場(chǎng)實(shí)用化步伐加快，并開(kāi)始規(guī)模化應(yīng)用于交通、氣象、漁業(yè)等行業(yè)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)免費(fèi)為廣大終端用戶提供服務(wù)，在國(guó)內(nèi)導(dǎo)航終端企業(yè)中產(chǎn)生了熱烈反響，紛紛開(kāi)始北斗導(dǎo)航終端產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用。北斗導(dǎo)航模塊是北斗導(dǎo)航終端的核心部件，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到北斗導(dǎo)航終端的整體性能，是國(guó)內(nèi)導(dǎo)航終端生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。目前，針對(duì)導(dǎo)航終端產(chǎn)品和導(dǎo)航應(yīng)用市場(chǎng)出臺(tái)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)零散、薄弱，遠(yuǎn)未形成完整的標(biāo)準(zhǔn)體系。因此，建立一整套北斗導(dǎo)航模塊和北斗導(dǎo)航終端檢驗(yàn)、檢測(cè)方法等方面的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系至關(guān)重要。

本文利用車(chē)載終端整機(jī)平臺(tái)，對(duì)北斗導(dǎo)航模塊進(jìn)行基本性能、與車(chē)載終端整機(jī)的匹配性（電磁兼容性）、適用性、可靠性、安全性等方面的全面測(cè)試，分析測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出解決方案和建議，及時(shí)反饋給北斗導(dǎo)航模塊生產(chǎn)商、導(dǎo)航終端方案商和導(dǎo)航終端整機(jī)生產(chǎn)商，使相關(guān)單位及時(shí)改進(jìn)、完善和提升相關(guān)產(chǎn)品的性能，為北斗導(dǎo)航應(yīng)用和第三方檢驗(yàn)檢測(cè)單位以及北斗導(dǎo)航國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 北斗導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究

1.1 總體思路

北斗導(dǎo)航終端的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容，在北斗導(dǎo)航產(chǎn)品的設(shè)計(jì)試制階段，結(jié)合導(dǎo)航產(chǎn)品的特點(diǎn)和技術(shù)要求，進(jìn)行大量的測(cè)試和試驗(yàn)，依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)并參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，擬定北斗導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)草案。

以車(chē)載導(dǎo)航終端整機(jī)為平臺(tái)，按照車(chē)載導(dǎo)航終端整機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，利用完整方案，從常規(guī)測(cè)試、可靠性測(cè)試、電磁兼容性測(cè)試、安全性測(cè)試等方面，按照樣機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)、小批量試生產(chǎn)、批量生產(chǎn)三個(gè)階段，制定“十、百、千”試產(chǎn)樣批投入計(jì)劃，組織北斗導(dǎo)航天線、模塊、車(chē)載導(dǎo)航終端生產(chǎn)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)等多家單位的專職技術(shù)人員和試驗(yàn)人員組成測(cè)試小組，對(duì)國(guó)產(chǎn)北斗導(dǎo)航模塊基本性能、與終端整機(jī)的匹配性、可靠性、電磁兼容性進(jìn)行測(cè)試，對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行信息交流和溝通，及時(shí)提出并討論解決方案，對(duì)共性問(wèn)題共同探討、共同解決，快速提升北斗導(dǎo)航模塊性能。通過(guò)完整方案，掌握北斗導(dǎo)航模塊和終端整機(jī)的性能特點(diǎn)，收集相關(guān)信息，為北斗導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的擬制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2 北斗導(dǎo)航模塊測(cè)試

測(cè)試小組對(duì)東方聯(lián)星、和芯星通、中科微、西安華訊、東莞泰斗等單位提供的北斗導(dǎo)航模塊進(jìn)行了大量的反復(fù)的測(cè)試，將測(cè)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)反饋給各模塊生產(chǎn)單位進(jìn)行改進(jìn)和完善。同時(shí)，詳細(xì)記錄各模塊間存在的影響北斗導(dǎo)航應(yīng)用的差異性問(wèn)題，作為北斗導(dǎo)航模塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定的依據(jù)。國(guó)產(chǎn)北斗導(dǎo)航模塊性能差異如表1所示。

表1 國(guó)產(chǎn)北斗導(dǎo)航模塊性能差異表

表1（續(xù)）

1.3 北斗導(dǎo)航終端測(cè)試

在各北斗導(dǎo)航模塊外形尺寸、引腳排列、接口方式存在差異的情況下，導(dǎo)航終端生產(chǎn)單位利用已有的、成熟的導(dǎo)航終端產(chǎn)品，針對(duì)各型號(hào)北斗導(dǎo)航模塊分別進(jìn)行北斗導(dǎo)航終端產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)，結(jié)合車(chē)載導(dǎo)航產(chǎn)品性能和檢測(cè)要求，進(jìn)行北斗導(dǎo)航模塊與車(chē)載終端整機(jī)的匹配性、電磁兼容性、環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試。通過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)北斗導(dǎo)航模塊存在的性能和功能方面的問(wèn)題，并及時(shí)反饋給各模塊生產(chǎn)單位進(jìn)行改進(jìn)和完善，并找出各型號(hào)北斗導(dǎo)航模塊在導(dǎo)航終端應(yīng)用中存在的差異性問(wèn)題，為北斗導(dǎo)航模塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而探索北斗導(dǎo)航終端測(cè)試和試驗(yàn)規(guī)范。各型號(hào)北斗導(dǎo)航模塊在數(shù)據(jù)接口方面的差異如表2所示。

表2 國(guó)產(chǎn)北斗導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)接口差異表

2 北斗導(dǎo)航應(yīng)用規(guī)范的編制

2.1 北斗導(dǎo)航模塊的類型特點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

測(cè)試小組根據(jù)測(cè)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，尤其是影響北斗導(dǎo)航終端應(yīng)用方面的問(wèn)題，結(jié)合車(chē)載終端對(duì)導(dǎo)航模塊的技術(shù)要求、市面主流GPS導(dǎo)航模塊的性能特點(diǎn)、國(guó)產(chǎn)北斗導(dǎo)航模塊的發(fā)展情況以及逐步小型化的趨勢(shì)，為加快完善北斗關(guān)鍵部件技術(shù)，編制了《車(chē)載終端用北斗導(dǎo)航模塊接口規(guī)范》和《車(chē)載終端用北斗導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)接口規(guī)范》，形成了北斗導(dǎo)航模塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.1.1 接口規(guī)范的特點(diǎn)

統(tǒng)一了北斗導(dǎo)航模塊的引腳定義和排列，在兼容目前市面上主流GPS導(dǎo)航模塊的同時(shí)，具有北斗導(dǎo)航模塊自身特點(diǎn)。北斗導(dǎo)航模塊類型如圖1所示，外形尺寸如表3所示，引腳定義如表4所示。

圖1 北斗導(dǎo)航模塊接口排列圖

表3 北斗導(dǎo)航模塊外形尺寸表

表4 北斗導(dǎo)航模塊引腳定義表

2.1.2 功能方面的特點(diǎn)

完全兼容GPS導(dǎo)航模塊，增加了差分、天線短路檢測(cè)、慣性導(dǎo)航、USB 接口、通用I/O 接口等功能，方便多功能、多領(lǐng)域、多系統(tǒng)應(yīng)用。

2.1.3 使用方面的特點(diǎn)

統(tǒng)一引腳排列，在同一PCB上同時(shí)預(yù)留4種模塊的焊接位置，方便不同模塊之間的直接替換，更方便國(guó)產(chǎn)北斗導(dǎo)航模塊小型化改進(jìn)時(shí)的測(cè)試、試用和使用，減少北斗導(dǎo)航終端生產(chǎn)商針對(duì)不同導(dǎo)航模塊所需進(jìn)行的PCB 設(shè)計(jì)和反復(fù)測(cè)試、改進(jìn)、完善所帶來(lái)的麻煩，節(jié)省終端生產(chǎn)企業(yè)的人力和財(cái)力資源。當(dāng)所測(cè)試的北斗導(dǎo)航模塊存在需要改進(jìn)和完善的缺陷暫時(shí)不能滿足使用要求時(shí)，可以使用其他北斗導(dǎo)航模塊或者GPS導(dǎo)航模塊直接替換，不影響導(dǎo)航終端整機(jī)的使用，能充分利用終端整機(jī)資源，消除車(chē)載終端生產(chǎn)企業(yè)使用北斗導(dǎo)航模塊的顧慮。

2.1.4 數(shù)據(jù)接口協(xié)議

參考國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航定位總站《用戶設(shè)備接口》數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)協(xié)議，增加終端產(chǎn)品調(diào)試、測(cè)試、設(shè)置等統(tǒng)一的自定義信息，在符合國(guó)家北斗終端產(chǎn)品數(shù)據(jù)接口要求的同時(shí)，方便各車(chē)載終端生產(chǎn)企業(yè)使用一套測(cè)試軟件完成不同生產(chǎn)企業(yè)提供的北斗導(dǎo)航模塊的調(diào)試、測(cè)試和生產(chǎn)。

2.2 北斗導(dǎo)航模塊測(cè)試規(guī)范的制定

目前，導(dǎo)航模塊等部件在國(guó)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各導(dǎo)航終端生產(chǎn)單位一般根據(jù)自身產(chǎn)品的特點(diǎn)和最終用戶（如車(chē)廠）的要求進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)試，前裝車(chē)載導(dǎo)航終端產(chǎn)品一般按照所配車(chē)型車(chē)廠的要求對(duì)車(chē)載導(dǎo)航終端整機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)試，后裝車(chē)載導(dǎo)航終端產(chǎn)品有的只進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試就投放到市場(chǎng)上，導(dǎo)致市場(chǎng)上的導(dǎo)航產(chǎn)品魚(yú)龍混雜、良莠不齊。因此，需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范確保北斗導(dǎo)航模塊的性能和質(zhì)量，保證“北斗”品牌和北斗導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化推廣。

測(cè)試小組根據(jù)北斗導(dǎo)航模塊的特點(diǎn)，結(jié)合導(dǎo)航模塊生產(chǎn)商、導(dǎo)航終端生產(chǎn)商和導(dǎo)航終端用戶對(duì)導(dǎo)航產(chǎn)品的關(guān)注點(diǎn)，綜合北斗導(dǎo)航模塊測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，編寫(xiě)了北斗行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《北斗車(chē)載定位模塊試驗(yàn)規(guī)范》，該規(guī)范規(guī)定了北斗車(chē)載定位模塊的衛(wèi)星信號(hào)捕捉靈敏度、衛(wèi)星信號(hào)靜態(tài)跟蹤靈敏度、衛(wèi)星信號(hào)重捕獲時(shí)間、冷啟動(dòng)TTFF、熱啟動(dòng)TTFF、靜態(tài)漂移性能等測(cè)試方法，靜電放電（ESD）、窄帶輻射電磁能量的電擾動(dòng)組件（含有吸波暗室、橫電磁波（TEM）小室、大電流注入（BCI）、微波帶狀線、直接射頻（RF）功率注入、循環(huán)的輻射等方法），汽車(chē)內(nèi)部的12 V 或24 V 電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)、除電源線以外的其他導(dǎo)線通過(guò)容性和感性耦合的電瞬態(tài)發(fā)射，道路測(cè)試環(huán)境可靠性測(cè)試方法等。通過(guò)對(duì)北斗導(dǎo)航模塊進(jìn)行規(guī)范性試驗(yàn)，確保投放市場(chǎng)使用的北斗導(dǎo)航模塊性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠，為北斗導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化推廣奠定基礎(chǔ)。

2.3 北斗車(chē)載導(dǎo)航終端試驗(yàn)規(guī)范的制定

目前，我國(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范主要有《汽車(chē)GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)通用規(guī)范》（GB/T 19392—2003）、《汽車(chē)行駛記錄儀》（GB/T 19056—2012）和《道路運(yùn)輸車(chē)輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車(chē)載終端技術(shù)要求》（JT/T 794—2011），其主要針對(duì)GPS終端整機(jī)產(chǎn)品，不能滿足現(xiàn)行北斗導(dǎo)航應(yīng)用的實(shí)際需求。

針對(duì)北斗車(chē)載導(dǎo)航應(yīng)用目前尚無(wú)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況，為規(guī)范北斗車(chē)載導(dǎo)航終端產(chǎn)品的生產(chǎn)、測(cè)試和檢驗(yàn)，根據(jù)北斗車(chē)載導(dǎo)航終端產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)和車(chē)載導(dǎo)航終端產(chǎn)品檢驗(yàn)、檢測(cè)的實(shí)際，參照相關(guān)國(guó)際、國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，編制了《北斗車(chē)載導(dǎo)航終端試驗(yàn)規(guī)范》。該規(guī)范規(guī)定了北斗車(chē)載導(dǎo)航終端的靜電放電（ESD）的試驗(yàn)方法、窄帶輻射電磁能量的電擾動(dòng)組件試驗(yàn)方法（含有吸波暗室、橫電磁波（TEM）小室、大電流注入（BCI）、微波帶狀線、直接射頻（RF）功率注入、循環(huán)的輻射等方法、汽車(chē)內(nèi)部的12V 或24 V 電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)，和除電源線以外的其他導(dǎo)線通過(guò)容性和感性耦合的電瞬態(tài)發(fā)射和環(huán)境可靠性測(cè)試方法等，為第三方檢驗(yàn)檢測(cè)單位和北斗導(dǎo)航國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了基礎(chǔ)資料。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)北斗導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的研究和實(shí)施，使國(guó)內(nèi)主流北斗導(dǎo)航模塊得到了快速定型和應(yīng)用，滿足了北斗大眾車(chē)載應(yīng)用。目前，《車(chē)載終端用北斗導(dǎo)航模塊接口規(guī)范》和《車(chē)載終端用北斗導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)接口規(guī)范》作為交通部示范項(xiàng)目的參考，在“重點(diǎn)運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控管理服務(wù)示范系統(tǒng)工程BD2 B1/GPS L1 雙模模塊選型公開(kāi)招標(biāo)文件”中引用，為北斗行業(yè)示范應(yīng)用提供了幫助。

《車(chē)載終端用北斗導(dǎo)航模塊接口規(guī)范》已被國(guó)內(nèi)和境外主要北斗導(dǎo)航芯片、模塊企業(yè)采用，形成了北斗導(dǎo)航模塊標(biāo)準(zhǔn)，為北斗導(dǎo)航模塊統(tǒng)型打下了基礎(chǔ)，指明了方向。

《北斗車(chē)載定位模塊試驗(yàn)規(guī)范》和《北斗車(chē)載導(dǎo)航終端試驗(yàn)規(guī)范》已被國(guó)內(nèi)北斗車(chē)載終端企業(yè)選用，深圳市汽車(chē)電子產(chǎn)品檢測(cè)與鑒定技術(shù)服務(wù)平臺(tái)采用《北斗車(chē)載導(dǎo)航終端試驗(yàn)規(guī)范》和《北斗車(chē)載定位模塊試驗(yàn)規(guī)范》，為眾鴻、科維、雅迅、博實(shí)結(jié)、信達(dá)等北斗車(chē)載終端產(chǎn)品以及東方聯(lián)星、和芯星通、中科微、西安華訊、東莞泰斗等北斗導(dǎo)航模塊進(jìn)行了測(cè)試和試驗(yàn)。