航海領域衛星導航標準現狀分析

● 文| 中國航天標準化研究所 康登榜 周玉霞

航海領域衛星導航標準現狀分析

● 文| 中國航天標準化研究所 康登榜 周玉霞

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

關鍵詞:北斗 衛星導航 GNSS 航海領域 標準 標準化

一、引言

作為國家正在建設的重要空間信息基礎設施，北斗衛星導航系統已在我國國民經濟建設、國防建設和人民日常生活及出行中發揮著重要作用。航海是衛星導航的重要應用領域，持續推進北斗在該領域得到應用并在全球范圍內推廣是北斗系統的重要發展戰略[1]。而標準是北斗應用推廣和產業化發展的重要技術支撐，急需開展國內外航海領域衛星導航標準的研究與分析，為北斗航海領域的標準化工作提供借鑒，推進北斗在航海領域的全面應用。

二、國外衛星導航標準現狀

1.國外現狀概述

目前，世界上大多數國家或地區的海事局、遠洋公司和船舶制造商等都普遍認可并采用的航海領域相關標準，除了國際海事組織（IMO）制定的以外，還包括行業應用協會[（如國際航標協會（IALA）、國際海道測量組織（IHO）、美國國家海洋電子協會（NMEA）、航海無線電技術委員會（RTCM）、航空無線電國際公司（ARINC）等）]、國際標準化組織（ISO）、國際電信聯盟（ITU）、國際電工委員會（IEC）以及美國海岸警衛隊（USCG）和加拿大海岸警衛隊（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 航海領域衛星導航標準基本情況

2. IMO中衛星導航標準現狀

IMO是航海領域的立法機構，在衛星導航領域，主要對導航系統及設備提出要求，因此，IMO制定的是衛星導航系統的性能標準[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接收設備性能標準主要對衛星導航系統接收設備及其性能要求、完整性核查、故障警告和狀態指示及保護等方面進行規定。

表2 IMO通過的GNSS接收設備性能標準

同時，IMO作為航海領域的國際立法機構，除制定船載接收設備性能標準外，還制定關于GNSS海事政策和要求、制修訂性能標準的程序，發布承認衛星導航系統為世界無線電導航系統（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關于GNSS的認可標準

3. IEC中衛星導航標準現狀

國際電工委員會第80技術委員會（IEC/TC80），全稱“海上導航與無線電通信設備及系統技術委員會”，主要為利用電工、電子、電聲、光電及數據處理技術、IMO海上人命安全公約（SOLAS）規定的海上導航與無線電通信設備及系統制定國際標準。IEC/TC 80的工作規劃和計劃與IMO海上安全委員會（MSC）直接相關，依據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接收設備相關的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IMO通過的相關決議制定的，如表4所示[3]。

表4 IEC 61108標準概況

4. IALA中衛星導航標準現狀

國際航標協會（IALA）是一個非盈利的民間航標組織，主要目標是協調全球范圍內航標系統的標準，通過相應的技術措施，促進全球助航設備的不斷改進，保證船舶安全和有效的航行，加強海上環境保護。IALA的技術工作成果以正式的IALA建議（Recommendations）和指南（Guidelines）形式發布。其中，建議是關于技術和措施的，目的是提高已有業務水平；指南是建議的補充或為提高業務能力和成本效益的新型及發展中的技術提供建議和指導。在航海領域衛星導航標準方面，IALA主要發布關于DGNSS的標準，如表5所示[4]。

表5 IALA發布的衛星導航標準建議/指南

5. 其他組織（機構）中衛星導航標準現狀

除IMO、IEC、IALA外，IHO、RTCM、NMEA、ITU、ISO、ARINC、USCG和CCG等也陸續發布一些衛星導航相關標準。其中，RTCM發布了3項GNSS差分數據格式標準，NMEA發布了2項船用電子設備接口標準，ITU發布了1項衛星導航差分信號標準，ISO和ARINC發布的主要是GNSS航海裝置方面的標準，而USCG和CCG發布的都是DGPS播發方面的標準，具體情況如表6所示。

三、國內衛星導航標準現狀

1. 國內標準現狀概述

國內航海領域衛星導航標準以引進、轉化和吸收的國際/國外的GPS標準為主，只有少數幾項是關于北斗的標準。可將國內標準分為接收設備數據格式、測試試驗方法及航海應用標準三類。

2. 接收設備數據格式標準

航海領域衛星導航接收設備數據格式標準包括國家標準5項（1項報批中），主要關于數據（存儲）格式；交通運輸標準2項，其中有1項是北斗數據交換協議的，另1項是GPS播發標準的，見表7。

表7 國內衛星導航接收設備數據格式標準

3. 測試試驗方法標準

航海領域衛星導航測試、試驗方法標準都是以GPS為主的標準，并未有關于北斗的標準。其中，國家標準有2項，主要依據國際相關標準制定，相對于對外標的引進；行業標準中農業和船舶工業標準各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 國內衛星導航測試試驗方法標準

4. 航海應用標準

衛星導航航海應用標準中，國家標準主要涉及海圖、船舶監管信息系統等方面；行業標準涉及交通運輸、電子、農業、船舶工業等，且交通運輸行業標準最多，多為船載終端設備及其技術要求，其他行業標準大多為通用規范。這些標準在一定程度上規范了衛星導航終端設備的研制生產，保障了終端產品質量的提升，共有22項，如表9所示。

四、國內外標準現狀對比分析

由前述可知，無論是國外還是國內，航海領域的衛星導航標準現狀最大的特點是都以GPS為主，這也從側面體現出了GPS在衛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，關于北斗的標準較少。截至目前，北斗國際標準就發布了“船載北斗系統接收機設備性能標準”，國內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，制定與實施經驗不足。國內幾項北斗標準都是關于船舶監測及遇險報警終端設備技術要求和使用要求的，覆蓋面過于狹窄，無法滿足海上大規模應用需求，同時，由于北斗應用產業化還處于起步階段，在航海領域的標準制定和應用實施經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/協會有待加入，另外還有多項國際標準有待制定。在當前衛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，為北斗全球應用推廣注入新的活力。

四是北斗國內標準整體未構成體系。從目前標準統計結果分析，國內北斗衛星導航系統重點應用相關標準不完善，都是按照各領域內部需求制定，尚未整體不成體系，缺乏標準的統一規劃和監管。急需加大投入力度，深入開展航海領域衛星導航標準體系研究，有效指導相關標準的制定工作。

表9 國內衛星導航衛星信號格式標準

續 表9

五、北斗衛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也隨著北斗系統建設發展的穩步推進而呈現出快速發展的態勢，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、市場驅動、社會參與、產學研相結合的工作格局逐漸形成。頂層設計和規劃工作有序開展，滿足衛星導航產業發展需求的標準體系已初步形成。標準制定步伐明顯加快，關鍵技術標準和首批應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域國際標準的制定工作，并已發布了北斗第一項國際標準，即《船載北斗系統接收機設備性能標準》（IMO MSC.379 （93）），實現了北斗國際標準零的突破。標準化技術組織和人才隊伍建設進一步加強，全國北斗衛星導航標準化技術委員會已正式成立，標準化專家組也充分發揮了技術咨詢作用，為北斗標準化事業發展提供了有力保障。

2. 北斗航海領域標準需求分析

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

1）管理標準需求。根據對現有標準的統計分析可以看出，目前國內航海領域衛星導航管理方面的標準基本處于空白狀態，從而導致目前衛星導航應用終端市場管理混亂，質量參差不齊。因此，為了規范航海領域衛星導航標準的制修訂及其航海應用和推廣工作，急需根據北斗衛星導航發展狀況和對標準的需求，規劃制定航海領域衛星導航管理方面的標準。

2）接收設備數據格式標準需求。目前國內航海領域衛星導航接收設備數據格式方面的標準主要是關于GPS接收設備的。為滿足北斗不同接收設備數據的交換和共享，需為各類北斗接收設備劃分制定相應的差分格式、自主交換格式以及數據輸出格式標準。

3）性能、檢測、測試、試驗標準需求。目前國內還沒有航海領域衛星導航性能方面的標準，借鑒GPS在國際航海領域應用推廣經驗，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備的性能、檢測，同時還需為北斗建立的測試系統制定相關測試方法，以及對規范北斗接收設備的鑒定試驗、定型試驗及航行試驗等。

4）航海應用標準需求。目前國內航海領域衛星導航應用方面的標準主要涉及海圖、船舶監管信息系統、接收設備通用規范、船載終端設備及其技術要求等方面，這些標準中使用到的衛星導航系統主要是GPS，而關于北斗一號的標準有6項，終端設備產品標準。因此，需要全面規劃北斗在航海應用標準需求，包括大眾應用、海上軍事應用、安全應用以及衛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域的應用，需要借鑒國外先進標準的經驗，吸收其精髓，做到為我所用，并結合國內的實踐，推動相關國外標準的修訂，加入北斗的內容，為北斗在國際航海領域的廣泛應用服務。

3. 對北斗航海領域標準研究與制定的建議

根據北斗衛星導航工程建設和應用產業化發展規劃，結合開展北斗標準化工作、推進北斗航海領域應用的需要，針對北斗在管理，接收設備數據格式，性能、檢測、測試、試驗，以及航海應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。重點規劃制定技術管理、入網許可與市場準入、安全性和保障性等三方面的管理標準。其中，技術管理主要制定船載衛星導航接收設備管理系統標準；在入網許可與市場準入方面，主要規劃船載衛星導航接收設備規劃的入網許可標準及相關軟硬件生產企業的市場準入標準；安全性和保障性方面，主要規劃接收設備使用保障、維修、輻射限制、保密模塊管理和授權管理等方面標準。

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

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

4）航海應用標準。需規劃制定導航、測速、授時、定位四方面大眾應用標準；開展船舶組合導航系統相關標準；安全應用方面，需開展安全服務、緊急搜救服務、漁業監控等方面標準； 導航型、授時型、測量型等終端的通用規范和技術要求以及相關關鍵模塊的通用規范標準。

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，并根據相關標準在國內的應用實施情況，適時開展相應的國際標準制定。

六、結束語

航海領域的應用是北斗衛星導航系統一個重要應用領域，起著帶頭示范的標桿作用，對北斗在其他領域的應用推廣和產業化發展有著重要的促進作用。國內外衛星導航航海領域標準研究是北斗衛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支撐作用，將進一步提高標準的編制質量和針對性，有助于科研生產工作，從而真正使標準促進衛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]衛星導航系統的性能標準[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.第五屆中國衛星導航學術年會（CSNC 2014）.2014.05.

[4]IALA主要發布關于DGNSS的標準[EB/OL]. http://iala-aism.org.