國外衛(wèi)星導航應用標準綜述

1、國外衛(wèi)星導航應用標準綜述一、引言全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)已深入到各國安全、經濟領域的方方面面，已成為現代高新技術民用的成功典范。以產業(yè)化程度最高的GPS為例，已逐步演變?yōu)橐环N世界性的高新技術產業(yè)，它使航空、航海、測繪、時間及機械控制等傳統(tǒng)產業(yè)的工作方式發(fā)生了根本的轉變，它開拓了個人移動位置服務等全新的信息服務領域。隨著衛(wèi)星導航應用的逐步深入及應用領域的逐漸拓展，國外發(fā)布了大量衛(wèi)星導航應用標準，本文將主要針對目前檢索到的國外衛(wèi)星導航應用標準進行梳理和分析。二、國際及國外衛(wèi)星導航相關標準化組織衛(wèi)星導航應用范圍非常廣，涉及衛(wèi)星導航相關的國際和國外標準化組織也非常多，它們共同研究制定各國在航空、航海等領域賴以

2、遵循、統(tǒng)一通用的導航條約法規(guī)、規(guī)范等標準。與衛(wèi)星導航相關的國際級標準化組織主要有國際標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）、國際電信聯盟（ITU）。此外，還有其他比較權威的區(qū)域標準化組織和國際組織也參與制定和發(fā)布衛(wèi)星導航技術標準。經過調研與分析，共整理出了24個與衛(wèi)星導航相關的標準化組織，這些標準化組織并不能涵蓋衛(wèi)星導航應用的所有領域，但已反映了衛(wèi)星導航應用主流領域的標準化組織情況，如表1所示。其中美國的標準化組織有8個，歐洲的標準化組織有4個，核心的標準化組織除ISO、IEC和ITU外，還有ARINC、ETSI、FAA、NMEA、RTCM和RTCA。三、國外衛(wèi)星導航應用標準分析通過對

3、表1中24個組織和機構的調研，共檢索到衛(wèi)星導航應用相關標準191項。經過整理和分析，表 1  與衛(wèi)星導航相關的國際、國外標準化組織和國際組織（雙線分割）序號組織名稱序號組織名稱1ISO 國際標準化組織13IALA國際航標測繪協(xié)會2IEC 國際電工委員會14ICAO 國際民航組織3ITU 國際電信聯盟15ICS 國際航運公會4ANSI 美國國家標準學會16IEEE 美國電氣電子工程師學會5ARINC 美國航空無線電通信公司17IAG 國際大地測量協(xié)會6CCIR 國際無線電咨詢委員會18IMO 國際海事組織7CEN 歐洲標準化委員會19IMPA 國際海事采購協(xié)會8CEPT 歐洲郵電管理協(xié)

4、會20NMEA 美國國家海洋電子協(xié)會9EUROCAE歐洲民航電子設備組織21RTCA 航空無線電技術委員會10ETSI 歐洲電信標準化協(xié)會22RTCM 航海無線電技術委員會11FCC 美國聯邦通訊委員會23SAE美國機動工程師協(xié)會12EASA歐洲航空安全局24FAA美國聯邦航空管理局 可將其歸納為衛(wèi)星導航系統(tǒng)標準、衛(wèi)星導航應用基礎標準、電子地圖標準、接收設備數據格式標準、差分技術標準、接收設備性能要求與檢測方法六類。其中，衛(wèi)星導航系統(tǒng)標準主要是各衛(wèi)星導航系統(tǒng)的接口標準、系統(tǒng)性能標準；衛(wèi)星導航應用基礎標準主要為術語類和時空系統(tǒng)類標準；接收設備數據格式主要為應用領域的接收設備通用數據格式

5、要求標準，差分技術標準為增強導航定位精度采用的差分技術和格式標準；接收設備性能要求與檢測方法主要是各類接收機的標準。1.衛(wèi)星導航系統(tǒng)標準1.1系統(tǒng)接口標準系統(tǒng)接口標準主要是各衛(wèi)星導航系統(tǒng)研制國公布的接口控制文件。目前GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)和Galileo系統(tǒng)都已經公布了各自的接口控制文件。以GPS系統(tǒng)為例，自20世紀90年代末美國政府提出GPS現代化計劃以來，美國軍方先后發(fā)布了IS-GPS-200、IS-GPS-705、IS-GPS-800和IS-GPS-870四類接口性能規(guī)范：IS-GPS-200對GPS空間段與GPS無線電頻率鏈路1（L1）和2（L2）的用戶接收機之間的接口要求進行

6、了定義，最新版本為IS-GPS-200G；IS-GPS-705規(guī)定了GPS無線電頻率鏈路5（L5）上全球定位系統(tǒng)空間段和導航用戶段之間的接口要求，其最新版本為IS-GPS-705C；IS-GPS-800定義了無線電頻率鏈路1（L1）上GPS衛(wèi)星與導航接收機之間的信號傳輸特征。雖然廣播頻段L1內有多個信號，這個接口規(guī)范只定義了L1內的民用信號（L1C），其最新版本為IS-GPS-800C；IS-GPS-870定義了GPS下一代運行控制段（OCX）與GPS用戶和用戶支持通信之間的功能數據傳輸接口。其描述了接口傳輸的數據文件及其分布方式。目前的版本為IS-GPS-870A。 1.2系統(tǒng)性能

7、標準主要是GPS系統(tǒng)的性能標準。這些文件規(guī)定了用戶可以從GPS及其相關系統(tǒng)獲得的技術性能指標。（1）GPS標準定位服務(SPS)性能標準 該文檔定義了美國政府為用戶提供的GPS標準定位服務即眾所周知的GPS民用服務的性能水平。管理網絡和信息集成的國防部副部長制定了此性能標準文件，作為美國政府和國防部的基本文件。早期版本被稱為“信號規(guī)范”而不是性能標準。（2）GPS精確定位服務（PPS）性能標準該文檔定義了美國政府為授權用戶提供的GPS精密定位服務也被稱為軍用GPS服務的性能水平。它和GPS標準定位服務（SPS）性能標準文件一樣，也是美國政府和國防部的基本文件。（3）GPS廣域增強系統(tǒng)

8、（WAAS）性能標準該文檔定義了美國政府GPS標準定位服務（SPS）通過廣域增強系統(tǒng)（WAAS）提升后為用戶提供的性能水平。美國聯邦航空管理局副總裁根據航空領域的需要制定了此性能標準文件，作為美國政府及交通運輸部的基本文件。（4）GPS民用監(jiān)測性能規(guī)范該文件根據GPS民用服務和信號監(jiān)測的要求，提供所有信息詳細的全天時間監(jiān)測性能指標。規(guī)范文件的制定和修改是在GPS民用計劃主管的指導下進行，被認為是美國政府及交通運輸部的基本文件。2.衛(wèi)星導航應用基礎標準衛(wèi)星導航的基礎類標準包括術語標準、時空系統(tǒng)標準等方面的內容，為衛(wèi)星導航應用提供依托作用。為衛(wèi)星導航應用提供依托作用。如ISO 19018規(guī)定了船舶

9、和海上技術中的導航術語、縮寫、圖形符號和概念等相關的要求。3.電子地圖標準電子地圖是衛(wèi)星導航應用的基礎，更是導航和位置服務類產品的核心，因此國際上的相關組織以及各國從事電子地圖研制的主流企業(yè)都積極地參與到相關標準的制定中，如IEC 61174 規(guī)定了電子地圖展示和信息系統(tǒng)（ECDIS）的操作和性能要求、測試方法和要求的結果；IEC 62376 規(guī)定了電子地圖系統(tǒng)（ECS）的操作和性能要求、測試方法和要求的結果；RTCM也制定了專門的電子地圖系統(tǒng)（ECS）標準，其標準號為RTCM 10900.5。4.接收設備數據格式標準由于早期GPS系統(tǒng)應用最為廣泛，有關衛(wèi)星導航的接收設備多為GPS接收設備。隨

10、著GLONASS等其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用，GPS壟斷的地位逐漸被打破，特別是在GNSS概念提出后，衛(wèi)星導航接收設備的數據格式標準開始從主要適應于GPS的數據格式向兼容GNSS的數據格式標準發(fā)展。接收設備的數據格式由各應用協(xié)會自行制定，現廣泛應用的數據格式標準主要有以下幾種：（1）NMEA-0183海洋電子設備接口標準（Specification for communication between marine electronic devices）。由美國國家海洋電子協(xié)會（NMEA）發(fā)布，是一種船用電子設備之間的數據傳輸標準，并且正在向陸地應用擴展，其規(guī)定了海用和陸用接收設備輸出的定位數據、時

11、間、衛(wèi)星狀態(tài)、接收機狀態(tài)等信息，在市場上的GPS接收機產品中已廣泛使用，并隨著技術的發(fā)展而不斷發(fā)展變化，先后經歷了2.00，2.10、2.30、2.40、3.00、3.01、High Speed 1.00等多個版本的演進，目前已經發(fā)展到了NMEA 0183 V4.10以及NMEA 0183-HighSpeed V1.01版本。NMEA-0183數據標準解決了不同品牌、不同型號的GPS接收機之間實現任意連接的接口問題。（2）RTCM-SC104數據格式標準。由RTCM發(fā)布，規(guī)定了海用和陸用差分GNSS數據格式，目前海用和陸用GNSS差分系統(tǒng)接收機均采用此數據格式。RTCM-SC104數據格式標準

12、共經歷了1.0、2.0、2.1、2.2、2.3、3.0、3.1、3.2等多個版本，不斷增加了RTK，GLONASS，GPS天線定義，網絡RTK和GNSS的內容。（3）RTCA-SC159數據格式標準。由RTCA發(fā)布，該標準與RTCM-SC104標準類似，為適應航空用戶的快速變化，該標準在動態(tài)速度上做了相應的改變。（4）RINEX 3.0 衛(wèi)星導航數據自主交換格式標準。它是一種在GPS測量應用中普遍采用的標準數據格式，該格式采用文本文件存儲數據，數據記錄格式與接收機的制造廠商和具體型號無關。由國際大地測量協(xié)會（IAG）發(fā)布，共經歷了1.0、2.0、2.1、2.2、2.3、3.0等多個版本。目前發(fā)

13、布的最新版本為v3.02，該版本可支持全部GNSS系統(tǒng)（包括美國GPS系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)、歐洲Galileo系統(tǒng)和日本QZSS系統(tǒng)）和WAAS、EGNOS、MSAS等導航衛(wèi)星增強系統(tǒng)的內容。5差分技術標準差分技術標準主要有ISO 17123-8-2007 實時動態(tài)差分（RTK）的GNSS現場測量系統(tǒng)和IEC 61108-4-2004海上導航和無線電通信裝置及系統(tǒng)-全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)-第4部分：船用DGPS和DGLONASS海上無線電信標接收設備-性能要求、測試方法及所需測試結果等。6接收設備性能要求與檢測方法由目前已掌握的標準來看，與用戶接收設備相關的標準大致可以分為三類，即接收設備

14、的性能要求、接收設備檢測方法和接收設備的關鍵件標準：（1）接收設備性能要求：此類標準化主要對接收設備的技術性能提出要求，如ITU-R M.1477-2000 1559-1610MHz干擾研究中考慮的現有的和規(guī)劃中的無線導航衛(wèi)星業(yè)務（空對地）和航空無線電導航業(yè)務接收機的技術和性能特性。（2）接收設備檢測方法：有關導航接收設備檢測方法主要采用國際電工委員會（IEC）第80技術委員會（TC80）制定的IEC61108海上導航和無線電通信設備與系統(tǒng)全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）系列標準。該系列的標準分為4個部分，分別對船用GPS接收設備、船用GLONASS接收設備、船用Galileo接收設備及船用DGP

15、S和DGLONASS接收設備的最低性能標準、試驗方法和要求的試驗結果進行了規(guī)定。此系列的標準經過不斷的修訂改進，在英國、德國、法國等多個國家受到廣泛的應用，并且已被國際海事組織航海安全委員會通過IMO決議。（3）接收設備關鍵件標準：目前掌握的接收設備的關鍵件標準主要為接收機天線的相關標準，如RTCA-DO-301 全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）L1頻段機載有源天線設備最低操作性能要求。四、結束語通過上面對國外衛(wèi)星導航應用標準的整理及分析，可以看出國外衛(wèi)星導航應用標準主要有導航衛(wèi)星系統(tǒng)標準和應用標準兩個方面，導航衛(wèi)星系統(tǒng)標準是導航應用的基礎，導航應用標準主要為術語、數據格式、差分技術、接收設備、電

16、子地圖等方面的標準。導航應用標準主要是依立足于各行業(yè)的應用需求而制定的。其中術語、差分技術、數據格式方面的標準主要是國際標準，是各行業(yè)應用的基礎標準。此外，目前所檢索到的國際和國外標準中，接收設備標準所占比重較大，主要集中在面向航海和航空應用的接收設備方面的標準，除國際海事組織與國際民航組織在國際層面規(guī)定相關設備要求，在行業(yè)層面上，以航空無線電委員會（RTCA）、歐洲民航電子設備組織（EUROCAE）和美國航空無線電通信公司（ARINC）為主發(fā)布了許多機載接收設備的標準，以美國國家海洋電子協(xié)會（NMEA）和航海無線電技術委員會（RTCM）為主發(fā)布了許多船載接收設備的標準，這些接收設備標準多為門檻性標準，是各種接收設備的最低要求。同時，國外也非常重視接收設備的檢測工作，制定了很多檢測標準，以保證接收設備的質量和性能。在差分增強標準方面，一些國際和國外標準化組織也都制定