北斗用戶設備型譜標準建設必要性分析

劉棟梁，常克武，陸 靜，高 洋，林海波

北斗用戶設備型譜標準建設必要性分析

劉棟梁1，常克武2，陸 靜1，高 洋1，林海波1

（1. 中國航天標準化研究所，北京 100071；2. 中國衛星導航系統管理辦公室，北京 100054）

為了進一步促進北斗衛星導航系統（文中簡稱為北斗）用戶設備應用和產業化高質量發展，對北斗用戶設備型譜標準建設的必要性進行分析：在介紹我國北斗一號、北斗二號、北斗三號用戶設備發展現狀的基礎上，梳理目前存在的主要問題，分析我國北斗設備型譜標準建設背景及必要性；并針對北斗用戶設備型譜規劃提出發展建議。研究結果可為我國北斗用戶設備的型譜標準建設工作提供參考。

全球衛星導航系統（GNSS）；北斗衛星導航系統；用戶設備；型譜；標準化

0 引言

衛星導航系統作為當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、導航和授時手段，自問世以來深刻改變了人類社會生產生活方式。我國的北斗衛星導航系統（文中簡稱為北斗）作為當前全球四大全球衛星導航系統（global navigation satellite system, GNSS）之一，已經可以和美國全球定位系統(global positioning system, GPS)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統（GLONASS）、歐盟伽利略衛星導航系統（Galileo）相競爭[1-4]。

隨著信息技術以及通信導航技術的發展，北斗用戶設備的發展愈發必要。近年來，北斗用戶設備的應用領域迅速擴展，用戶數量急劇增加，在不同應用領域向廣度和深度拓展，但存在著設備重復建設、“三化”程度低、保障難度大等問題。設備建設必須加以統一的規劃和實施，否則必將導致“煙囪”林立，不僅造成巨大的資源浪費，而且使得各設備之間不成體系、互聯互通難，嚴重影響應用能力的生成[5]。

在標準化工作中，設備型譜是設備建設發展的頂層規劃，對設備的建設發展具有規范、指導和引領作用，以期高效促進北斗用戶設備應用和產業化高質量發展。因此有必要梳理北斗用戶設備發展現狀及存在問題，分析我國北斗設備型譜標準建設背景及必要性，并針對北斗用戶設備型譜規劃提出發展建議。

1 北斗用戶設備發展現狀及存在問題

北斗用戶設備歷經北斗一號、北斗二號和北斗三號3個階段的工程建設，其應用的廣泛性對推動信息化建設、完成多樣化任務、增強體系應用能力提供了有力保障。尤其是在北斗二號系統工程建設中，應用系統建設基于北斗二號的用戶設備，各設備部門也針對各自需求大力開展設備建設。下面基于公開數據和市場調研對北斗用戶設備建設情況進行簡要分析。

1.1 北斗用戶設備發展現狀

1）北斗一號用戶設備：北斗一號用戶設備包括手持、車載、指揮等類型設備，在北斗一號運行早期，衛星無線電定位系統（radio determination satellite system，RDSS）應用模式還處于探索階段，用戶數量較少，市場不大，參與設備建設的用戶機廠家數量有限。隨著北斗短報文通信及位置報告功能應用潛力的開發，應用領域迅速擴展，用戶數量急劇增加，生產北斗用戶設備的廠家也隨之增加，這些廠家往往各自設計、自行命名，從而造成設備型號較多。

2）北斗二號用戶設備：在北斗二號應用系統工程建設中，對北斗用戶設備模塊芯片進行了系統規劃，對當前北斗用戶設備建設形成了有力支撐，為北斗衛星導航應用和產業發展發揮了巨大作用。北斗二號應用系統工程建設研制了模塊、芯片以及多款終端設備，除了北斗二號應用系統典型應用項目建設的設備外，我國還組織研發了多款應用設備，已完成研制的或在研的北斗二號用戶設備數量和種類不斷創新高。

3）北斗三號用戶設備：北斗三號工程建設階段，我國研制了多款北斗三號基礎產品，各款終端針對不同的應用場景開發，對解決北斗應用急需和驗證北斗三號應用模式具有重要意義[6]。

1.2 存在的問題

盡管北斗用戶設備已經在我國信息化建設中發揮了重要作用，但由于沒有形成高效集中的設備建設管理機制、缺少用戶設備建設頂層規劃、研制階段投入不足以及技術水平相對落后等各方面原因，北斗用戶設備研制建設和應用推廣過程中暴露了一些問題和不足，集中表現為以下3個方面：

1）重復建設和資源浪費嚴重。一是設備具體研制建設中，根據各應用渠道平臺系統的獨立使用需求，分別自行開展北斗用戶設備研制立項，造成設備種類眾多，但其產品功能類同、性能指標接近，從而造成項目重復建設、資源浪費情況嚴重。二是設備采購方面，部分設備主管部門采用配套其系統平臺或設備的形式，整體定型，打包采購，造成功能性能相同的產品重復購置。三是設備配發方面，部分設備主管部門局限于各自領域內設備的需求建設，造成北斗用戶設備重復研制配發問題突出。各類北斗用戶設備配件不能互換使用，每一型號設備都要獨立進行配件購置，需要研制廠家進行維修保障，造成了資源嚴重浪費。

2）設備“三化”程度低。一是設備的通用化程度低。由于設備建設仍處于小、散、亂的局面，盡管應用對象和設備的絕大部分功能相同，但不同廠家生產的用戶終端設備往往存在較大差異，包括設備的結構、軟件、物理接口和各種關鍵元器件，這就造成了不同用戶設備互不兼容等問題。二是設備系列化程度低。由于各設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設備，從而造成設備規格劃分不一致，對于一些常見或易于實現的功能要求，重疊程度較高，而對于一些要求較高的需求則還沒有覆蓋，造成設備建設在低水平重復，無法滿足高端的應用需求。三是設備組合化程度仍不高。北斗二號應用系統工程建設中規劃建設了北斗用戶設備核心元器件，實現了國產化，有力推動了設備建設向模塊化、芯片化方向發展；但組合化程度仍有待提升。

3）設備的保障難度大。當前北斗用戶設備的安全架構與GPS第一代用戶設備安全架構相似，在授權數據加注后屬于受控設備，從而為相關用戶造成很大壓力，一些基層單位由于害怕遺失和損壞而盡量減少對設備使用，導致設備應用效能發揮不足。同時，現有的設備保障體制為用戶設備的管理保障造成極大負擔，不僅需要大量保障人員和設施，對于一些特殊應用的保障實時性也難以滿足用戶需求。在這一方面，美國GPS設備的發展經驗可以給我們提供借鑒。

2 北斗設備型譜標準建設背景及必要性

北斗系統是國家重大信息基礎設施。北斗三號系統是北斗系統“三步走”的第三步，2020年正式開通，服務區擴展到全球。北斗三號應用驗證系統在圍繞系統服務性能驗證開展建設和試驗的同時，也瞄準了未來北斗的應用需求，其中終端型譜規劃就是其中重要的部分之一。

設備型譜是設備通用化、系列化等標準形式的結合與發展，不僅可以指導新設備發展，防止盲目設計和重復建設，也可以作為整頓和簡化老設備的依據。系統發展觀認為，宇宙中所有事物自由發展的趨勢是走向無序狀態。設備系統如不加以控制，發展的趨勢必然是品種越來越多，相互重復、交叉現象愈來愈普遍，其結果是結構無序度增加，設備的功能和開發的效率變得低下，使用、維修、保障更加復雜[7]。

梳理北斗用戶設備發展現狀及存在問題可知，北斗用戶設備建設由于缺少統一的協調管理機制，存在著設備重復建設、“三化”程度低、保障難度大等問題，也造成設備標準不統一，互聯互通難等問題，嚴重制約了北斗應用效能的發揮。要解決上述各種矛盾，就應以系統科學發展觀為指導，通過制定并推動終端設備型譜建設，消除不必要的重復交叉，建立層次結構合理的用戶設備體系，指導和推動北斗用戶設備“三化”建設，提高北斗用戶設備有序度和研制、生產、使用及維修的效率。

1）型譜標準是統籌北斗用戶設備建設的基本依據。制定型譜的目的就是要在當前和未來較長時期內滿足衛星導航使用需求。它既涵蓋過去北斗設備建設成果，又規劃未來設備發展的目標和建設內容，是設備建設的頂層規劃，直接體現北斗應用的宏觀發展目標，是指導北斗用戶設備建設的基本依據。一是指導北斗用戶設備立項研制和采購，避免重復建設。型譜以最少型號數量覆蓋了未來相當長時期內多樣化的應用需求，根據設備型譜可以一目了然地了解北斗設備體系構成，并了解設備立項、研制、定型等狀態，從而可以在全國范圍內有效避免盲目立項和重復投入。二是制定其他與用戶設備相關的標準的前提和基礎。用戶設備型譜包括了各型設備的功能、性能、接口和物理屬性等各種參數要求，且每一種型號均有其獨特之處。在制定用戶設備技術要求、接口協議等系列標準時，必須考慮各型設備的通用性，也要考慮其個性特征。因此，在設備型譜確定后，制定其他相關的用戶設備標準就有了基本框架和基礎，進而保證標準規范具有更好的系統性和更廣的適應性。

2）型譜標準是實現北斗用戶設備體系化應用能力的必要前提。北斗用戶設備具有應用范圍廣、規模數量多、應用潛力大等明顯特點，只有合理建立北斗用戶設備體系，發揮體系應用能力，才能最大限度地發揮北斗系統的應用效能。北斗用戶設備型譜的目的就是統一規劃制定北斗用戶設備型號系列，使其在功能、性能、接口、環境等各方面不僅涵蓋在未來一定時期內的多樣化需求，并且各個型號設備在采用的模塊、板卡等各種配件，以及軟件、接口和數據傳輸等方面均采用統一的標準規范，從而實現北斗用戶設備的通用化、系列化和組合化，使各型用戶設備能夠互連、互通。

3）型譜標準是提升北斗用戶設備保障能力的有效途徑。北斗用戶設備數量規模大、品種規格多，零部件保障、日常維護、注冊管理等保障任務極為繁重。而解決這一問題的關鍵就是要減少設備以及零配件規格數量，提高設備的質量可靠性，減少和統一設備注冊管理保障模式。制定設備型譜可以在滿足多樣化應用需求的前提下，實現設備型號數量的最小化，并在最大程度上實現核心模塊、板卡、整機的通用性，從而減少零部件及設備品種規格和備品備件數量，提高設備維修性；同時，設備和零部件規格品種明顯減少，將使每種設備和部件的批量大幅增加，從而有助于不斷改進提高設備和零部件的質量可靠性。設備質量可靠性和維修性的提高，可以縮短修復時間，縮小保障規模，從而大大提高設備保障能力。

3 發展建議

北斗用戶設備建設始于北斗一號建成之初。近年來，北斗用戶終端設備建設的統籌規劃設計始終落后于應用需求的急劇擴張。北斗用戶設備型譜旨在總結過去北斗設備現狀，引領未來北斗用戶設備發展。總結過去，即對北斗用戶設備的技術狀態、技術水平、研制能力進行全面的總結，作為今后發展的基礎。引領未來，即型譜為未來北斗用戶設備的可持續發展起到引領作用，對未來北斗用戶設備型號的可持續發展提供有力支持。針對北斗用戶設備型譜規劃和建設提出發展建議如下：

1）型譜規劃要全面且協調。北斗用戶設備型譜應滿足較長時期內對北斗用戶設備的全部使用要求，即設備的規格應齊全，無漏項。除此之外，型譜內所列的規范化設備的規格相互之間不重復，前后二檔設備的規格變化若是步進的，則在服從使用要求的前提下，間隔、跨度要適當，確保以最少的型號數量覆蓋多樣化的應用需求。

2）型譜規劃要具備前瞻性和可擴展性。北斗用戶設備型譜要具有前瞻性，在準確預測衛星導航用戶設備發展趨勢和應用需求的發展變化的前提下，型譜不僅要包括現階段北斗二號系統的用戶設備，而且必須包括全球系統階段的應用設備，能夠長期指導北斗用戶設備的發展。另外，型譜中的規范化設備是基本型，具有一定的修改適應性，隨著技術的發展和新的需求涌現，可增加或減少設備型號。

3）型譜規劃要具有通用性，遵循一定規律。設備型譜是設備系列，但它絕不是將現有設備型號匯總而成的設備目錄，而是具有一系列特定要求、經過優化的設備系列。設備型譜按照使用需求和技術特點進行分類、組合，每款型號對功能、性能、接口及使用環境相近的應用對象具有很強的通用性。

北斗用戶設備型譜標準建設的發展思路建議如圖1所示，即通過研究國外衛星導航用戶設備的發展現狀，以及對我國現有北斗用戶設備情況進行梳理，調查研究當前及以后可預見的一段時期內北斗用戶設備的使用需求，從而根據使用需求確定特征參數作為型譜規范化設備的規格，確定每款型號設備的主要功能特點、關鍵性能指標和適用對象，并系統規劃在未來較長時期內北斗用戶設備的發展路線。

圖1 北斗用戶設備型譜標準建設的建議發展思路

4 結束語

北斗用戶設備歷經北斗一號、北斗二號和北斗三號3個階段的工程建設，其應用領域迅速擴展，并兼向廣度和深度拓展，但存在著設備重復建設、“三化”程度低、保障難度大等問題。設備型譜是設備通用化、系列化等標準形式的結合與發展，是設備建設發展的頂層規劃，對設備的建設發展具有規范、指導和引領作用。本文梳理北斗用戶設備發展現狀及存在問題，分析我國北斗設備型譜標準建設背景及必要性，為我國北斗用戶設備型譜規劃和建設提出發展建議。

[1] 熊超, 劉宗毅, 盧傳芳, 等. 國外衛星導航系統發展現狀與趨勢[J]. 導航定位學報, 2021, 9(3): 7.

[2] 孫娟娟, 王永. GNSS衛星導航系統概述[J]. 科技資訊, 2018, 16(31): 1-3, 9.

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[5] 鄭沖, 章林鋒, 張婷, 等. 設備型譜的理論基礎研究[J]. 航天標準化, 2019(3): 20-23.

[6] 楊保平, 陳永光. 北斗用戶設備測試的標準化探討[C]//第二屆中國衛星導航學術年會電子文集. [出版者不詳]. 2011: 99.

[7] 鄭沖, 章林鋒, 唐斌, 等. 標準化原理在衛星導航應用終端型譜論證中的應用[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，常克武，陸靜，等. 北斗用戶設備型譜標準建設必要性分析[J]. 導航定位學報, 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、衛星導航等方面的標準化。