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北斗卫星导航标准体系建设的思考

来源:《卫星应用》 发布时间:2014-07-29

一、北斗卫星导航标准体系建设现状

GPS是目前国际上建成最早、应用最为广泛的一个卫星导航系统。国内有关卫星导航定位方面发布的标准也主要是GPS卫星导航应用标准。北斗卫星导航系统的建成和投入使用,为我国卫星导航标准体系建设的系统化提供了一个契机。北斗卫星导航标准体系的建设,实质上不仅要建立北斗导航卫星的标准体系,同时也要对目前已经形成的所有卫星导航标准进行全面梳理,以北斗卫星导航系统为核心,建立国内完善的卫星导航标准体系。

国家和国内各行业都很重视卫星导航标准化建设。国家发改委于2003年11月批复了“卫星导航应用系统标准研究制定”专项, 该专项由信息产业部牵头, 联合相关单位组织成立了专门工作组共同承担研究与研制任务。

2007年7月,国防科工委“卫星导航应用论证平台”标准工作委员会成立, 负责专项中卫星导航标准总体研究工作的开展,并根据“民用产业化”项目的部署组织落实相关标准的具体研制,切实有效地推动了标准项目的开展, 进一步加强了对标准项目实施的协调监督、评估审查。专项中的标准研制工作由中国航天标准化研究所归口, 先期制标项目均申请列入国标计划。

2010 年12 月,航天科技集团公司专门成立中国航天标准化与产品保证研究院,履行航天标准技术归口、专业支撑、国际合作和产品保证专业技术支撑。

2014年4月,全国北斗卫星导航标准化技术委员会成立,由来自行业部门、企业单位、地方院校、监测机构等单位的48名委员、7名观察员和3名联络员组成,“两弹一星”功勋科学家、北斗卫星导航系统总设计师孙家栋院士任主任委员。

各行业也有不少标准化组织机构在关注和积极参与制定卫星导航在行业中应用服务标准。

截至2013年底,国内涉及北斗卫星导航的标准有:基础类标准13项,涉及导航术语、时空基准和接口文件等;卫星导航工程类标准涉及卫星导航总体技术、导航卫星有效载荷、地面运控系统、测控系统、发射场系统等几十项;卫星导航应用类标准共125项,涉及数据类标准、终端产品标准、应用服务领域标准、质量与测试检验标准等,行业涉及电子、交通、铁道、民航、邮政、测绘等。

二、中国卫星导航标准现状及特点

中国涉及卫星导航系统和应用有关的标准研究和制定工作长期以来一直是以各应用行业和领域自行制定为主,缺乏统一的规划和组织管理,并且研究内容和制定的标准绝大多数集中于GPS 应用服务类标准,这与以前长期依赖使用GPS 有着直接的关系,北斗卫星导航系统的建设为改变这一局面提供了根本上的支撑。

通过对目前国内卫星导航相关标准进行检索,国家标准近40项,行业标准50余项。

通过对这些标准的研究,可以发现国内标准现状的几个特点:

(1)标准范围广泛、相对零散、距离标准体系尚有较大差距

长期以来国内各行业(例如航空、航天、工信部、交通部等国家部委和大型央企)从导航标准的自我内部需求出发,制定了诸多卫星导航标准,但由于缺乏顶层组织与规划,造成了一些基础性标准缺失,而应用型服务标准重复制定等现象,标准范围广,但相对零散,标准质量也良莠不齐,难以协同。

(2)对GPS 仍显较重依赖,北斗卫星导航系统标准体系尚有很大建设空间

基于GPS的成熟性,国内各行业长期使用GPS,卫星导航标准研究和标准制定也大都集中于GPS应用标准,对多导航系统的互操作性等标准研究和制定较少,也较少参与国际标准的合作。北斗卫星导航系统的建设为中国卫星导航标准化工作提供了一个良好的契机,北斗卫星导航系统标准体系建设空间巨大。

(3)国内GPS 标准主要由基础标准和应用标准构成,且以应用标准为主

长期以来,国内使用卫星导航系统一直受制于美国等拥有和控制着卫星导航系统的国家,国内卫星导航标准的研究和制定也受此影响巨大,主要集中于GPS应用服务类标准的制定。事实上,卫星导航作为一个领域,标准体系的建设有着丰富的内涵:基础标准、工程标准、应用标准等。

三、思考与建议

1. 构建原则

(1)坚持核心知识产权和自主创新的原则

北斗卫星导航系统是中国自主研发、独立运行的卫星导航系统,是建立整个卫星导航标准体系的基础和核心。长期以来中国的卫星导航标准体系的建设、卫星导航产业的发展一直受制于人,北斗卫星导航系统的建设则为打破这一桎梏提供了根本性的支持。必须坚持核心知识产权和自主创新的原则,在国家政策的扶持下,以市场需求为引导,总结卫星导航标准多年来发展的经验和教训,自主创新,以北斗卫星导航系统为核心,建成GNSS卫星导航应用的新标准体系。

(2)坚持开放兼容和国际接轨的原则

为建设科学有效的北斗卫星导航标准体系,必须充分利用国内外有效标准资源,充分采用整合、继承和发展现有的符合实际应用的现有标准,从技术上以北斗卫星导航系统为核心,兼容GPS、GLONASS和Galileo卫星导航系统,真正站在GNSS的高度建成开放兼容的标准体系,与国际接轨,参与国际合作和竞争。

(3)坚持科学和系统的标准体系建设原则

标准体系的建设是一个科学问题,必须坚持科学和系统的态度和方法来建设北斗卫星导航标准体系。在技术层面,应保证各类标准协调配套,本着先基础后其他、先综合后专业、先通用后专用、使标准体系形成一个有机整体。在管理层面,北斗卫星导航系统标准化工程建设是一个系统工程,涉及卫星导航系统研制建设单位、运行维护单位、各行业应用部门、标准化机构等,为保证标准化工程建设有效顺利进行,需要在技术、管理决策、应用等方面统一领导统一协调,明确任务分工,发挥整体优势,运用系统工程的方法,确保建设工作有序完成。全国北斗卫星导航标准化技术委员会就将起到顶层领导和管理协调的作用。其工作范围主要包括北斗卫星导航系统管理、建设、运行、应用、服务等技术领域的国家和国际标准化工作,负责制、修订北斗系统相关的基础、工程建设、运行维护、应用等国家和国际标准。

2. 标准体系建设构想

(1)标准分类方法

我国国家标准体系经过不断完善,已经涵盖了国民经济的各个行业,在国家标准化工作中发挥顶层指导作用。国家标准体系的主要层次是按照国民经济的行业分类来划分的,在每个行业的分支中,标准可以按照层次分为国家标准、协会/行业标准和企业标准;按照标准的形式可以分为标准、指导性技术文件和工业技术协议;按照标准的类型可以分为基础标准、方法标准、产品标准、工程标准、服务标准、管理标准、安全标准、卫生标准、环保标准、工作标准等, 共同构成一个全方位立体化的技术标准体系,每个标准在这个体系中都有这四个坐标。卫星导航标准体系的构建可以按照我国国家标准分类方法构建,选取适用的分类项目构建北斗卫星导航标准体系。

(2)参考GPS 标准体系构建北斗卫星导航标准体系

目前美国的GPS标准体系结构和建设内容相对成熟,北斗卫星导航标准体系建设可以参考借鉴。通过对美国发布的GPS标准和中国发布的GPS标准进行分析归纳,形成中国的GPS 体系结构图和标准内容图(图1-图4所示)。

 

北斗卫星导航标准体系吸收美国标准体系的优点,在中国GPS系统标准体系的基础上按照中国国家标准体系要求进行详细规划建设。例如,北斗卫星导航系统应考虑增强工程标准的建设、增强基础标准的建设、应用服务中增强性能服务类标准的建设。

(3)北斗卫星导航标准体系建议

按照中国国家标准分类法,选取适用于北斗卫星导航领域标准体系的6类(基础标准、产品标准、服务标准、工程标准、方法标准和管理标准)作为标准内容的基本分类,建立如图5所示的北斗卫星导航标准体系基本框架图。

 

基础类标准主要指术语定义、时间系统、空间坐标系以及接口控制规范等基础信息标准,如图6所示。

 

在目前我国制定的GPS标准当中,基础类标准一般归类为通用基础标准。目前北斗卫星导航标准中重要的时空坐标及接口控制规范(ICD)都已开放发布,基础类标准在不断完善发展中。

产品类标准主要指有关终端产品、核心模块、基础数据产品、软件产品等产品相关的标准,如图7所示。

 

服务类产品主要指基础服务、增强服务、精密数据服务、性能服务规范、运营服务等相关标准,如图8所示。其中性能服务规范也可以归类到基础类标准。

 

工程类标准主要从工程建设的角度制定标准和规范,主要包括产品保证、工程管理和工程技术等方面的标准和规范,如图9所示。

 

方法类标准主要针对产品测试检定、试验等方法制定标准和规范,如图10所示。

管理类标准主要指除去北斗卫星导航系统工程管理之外的北斗卫星导航相关的管理方面的标准和规范,如北斗卫星导航产品和服务的行业准入管理规范等,如图11所示。

以上从6个分类概要描述了北斗卫星导航标准构成的构想,每类中内容仍有待专业委员会补充和完善。

四、结束语

本文对我国卫星导航应用现状和卫星导航标准现状进行了分析,提出了北斗卫星导航标准体系构建原则,并借鉴国家标准体系分类方法提出了北斗卫星导航标准体系的基本构想。北斗卫星导航标准体系建设是一个复杂的系统工程,其基本体系框架的建设也需要广泛和深入调查各行业、各部门的应用需求,从系统的角度统一协商一致,才能使得标准体系真正有效地为社会所采用。

(来源:《卫星应用》作者:王洪民 编辑:陈飚)

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