北斗导航应用终端的标准研究

李武钢，陈学友，朱方来

（1.深圳职业技术学院汽车与交通学院，广东 深圳518055；2.嘉兴佳利电子股份有限公司，浙江 嘉兴314003）

0 引言

自北斗卫星导航系统2012年12月27日正式进行区域性服务以来，北斗导航模块等基础核心产品的研发取得突破性进展，其可靠性、稳定性、灵敏度等性能得到进一步提升，市场实用化步伐加快，并开始规模化应用于交通、气象、渔业等行业。

北斗卫星导航系统免费为广大终端用户提供服务，在国内导航终端企业中产生了热烈反响，纷纷开始北斗导航终端产品的研发、生产和应用。北斗导航模块是北斗导航终端的核心部件，其性能的优劣直接关系到北斗导航终端的整体性能，是国内导航终端生产企业关注的重点。目前，针对导航终端产品和导航应用市场出台的国家标准相对零散、薄弱，远未形成完整的标准体系。因此，建立一整套北斗导航模块和北斗导航终端检验、检测方法等方面的规范和标准体系至关重要。

本文利用车载终端整机平台，对北斗导航模块进行基本性能、与车载终端整机的匹配性（电磁兼容性）、适用性、可靠性、安全性等方面的全面测试，分析测试中发现的问题，提出解决方案和建议，及时反馈给北斗导航模块生产商、导航终端方案商和导航终端整机生产商，使相关单位及时改进、完善和提升相关产品的性能，为北斗导航应用和第三方检验检测单位以及北斗导航国家、行业标准的制定提供基础数据。

1 北斗导航应用标准研究

1.1 总体思路

北斗导航终端的技术要求、试验方法、检验规则等是产品标准的核心内容，在北斗导航产品的设计试制阶段，结合导航产品的特点和技术要求，进行大量的测试和试验，依据测试数据并参照国内外相关标准，拟定北斗导航应用标准草案。

以车载导航终端整机为平台，按照车载导航终端整机产品设计流程，利用完整方案，从常规测试、可靠性测试、电磁兼容性测试、安全性测试等方面，按照样机研发设计、小批量试生产、批量生产三个阶段，制定“十、百、千”试产样批投入计划，组织北斗导航天线、模块、车载导航终端生产和检测机构等多家单位的专职技术人员和试验人员组成测试小组，对国产北斗导航模块基本性能、与终端整机的匹配性、可靠性、电磁兼容性进行测试，对设计、生产测试过程中出现的问题进行信息交流和沟通，及时提出并讨论解决方案，对共性问题共同探讨、共同解决，快速提升北斗导航模块性能。通过完整方案，掌握北斗导航模块和终端整机的性能特点，收集相关信息，为北斗导航应用标准的拟制提供基础数据。

1.2 北斗导航模块测试

测试小组对东方联星、和芯星通、中科微、西安华讯、东莞泰斗等单位提供的北斗导航模块进行了大量的反复的测试，将测试中出现的问题及时反馈给各模块生产单位进行改进和完善。同时，详细记录各模块间存在的影响北斗导航应用的差异性问题，作为北斗导航模块标准规范制定的依据。国产北斗导航模块性能差异如表1所示。

表1 国产北斗导航模块性能差异表

表1（续）

1.3 北斗导航终端测试

在各北斗导航模块外形尺寸、引脚排列、接口方式存在差异的情况下，导航终端生产单位利用已有的、成熟的导航终端产品，针对各型号北斗导航模块分别进行北斗导航终端产品的研发设计，结合车载导航产品性能和检测要求，进行北斗导航模块与车载终端整机的匹配性、电磁兼容性、环境适应性测试。通过测试，发现北斗导航模块存在的性能和功能方面的问题，并及时反馈给各模块生产单位进行改进和完善，并找出各型号北斗导航模块在导航终端应用中存在的差异性问题，为北斗导航模块标准规范的制定收集基础数据，进而探索北斗导航终端测试和试验规范。各型号北斗导航模块在数据接口方面的差异如表2所示。

表2 国产北斗导航模块数据接口差异表

2 北斗导航应用规范的编制

2.1 北斗导航模块的类型特点数据分析

测试小组根据测试中出现的问题，尤其是影响北斗导航终端应用方面的问题，结合车载终端对导航模块的技术要求、市面主流GPS导航模块的性能特点、国产北斗导航模块的发展情况以及逐步小型化的趋势，为加快完善北斗关键部件技术，编制了《车载终端用北斗导航模块接口规范》和《车载终端用北斗导航模块数据接口规范》，形成了北斗导航模块标准规范。

2.1.1 接口规范的特点

统一了北斗导航模块的引脚定义和排列，在兼容目前市面上主流GPS导航模块的同时，具有北斗导航模块自身特点。北斗导航模块类型如图1所示，外形尺寸如表3所示，引脚定义如表4所示。

图1 北斗导航模块接口排列图

表3 北斗导航模块外形尺寸表

表4 北斗导航模块引脚定义表

2.1.2 功能方面的特点

完全兼容GPS导航模块，增加了差分、天线短路检测、惯性导航、USB 接口、通用I/O 接口等功能，方便多功能、多领域、多系统应用。

2.1.3 使用方面的特点

统一引脚排列，在同一PCB上同时预留4种模块的焊接位置，方便不同模块之间的直接替换，更方便国产北斗导航模块小型化改进时的测试、试用和使用，减少北斗导航终端生产商针对不同导航模块所需进行的PCB 设计和反复测试、改进、完善所带来的麻烦，节省终端生产企业的人力和财力资源。当所测试的北斗导航模块存在需要改进和完善的缺陷暂时不能满足使用要求时，可以使用其他北斗导航模块或者GPS导航模块直接替换，不影响导航终端整机的使用，能充分利用终端整机资源，消除车载终端生产企业使用北斗导航模块的顾虑。

2.1.4 数据接口协议

参考国家卫星导航定位总站《用户设备接口》数据结构协议，增加终端产品调试、测试、设置等统一的自定义信息，在符合国家北斗终端产品数据接口要求的同时，方便各车载终端生产企业使用一套测试软件完成不同生产企业提供的北斗导航模块的调试、测试和生产。

2.2 北斗导航模块测试规范的制定

目前，导航模块等部件在国内没有统一的国家、行业标准和规范，各导航终端生产单位一般根据自身产品的特点和最终用户（如车厂）的要求进行检验和测试，前装车载导航终端产品一般按照所配车型车厂的要求对车载导航终端整机进行检验和测试，后装车载导航终端产品有的只进行简单的测试就投放到市场上，导致市场上的导航产品鱼龙混杂、良莠不齐。因此，需要统一的标准和规范确保北斗导航模块的性能和质量，保证“北斗”品牌和北斗导航应用产业化推广。

测试小组根据北斗导航模块的特点，结合导航模块生产商、导航终端生产商和导航终端用户对导航产品的关注点，综合北斗导航模块测试经验，编写了北斗行业技术标准《北斗车载定位模块试验规范》，该规范规定了北斗车载定位模块的卫星信号捕捉灵敏度、卫星信号静态跟踪灵敏度、卫星信号重捕获时间、冷启动TTFF、热启动TTFF、静态漂移性能等测试方法，静电放电（ESD）、窄带辐射电磁能量的电扰动组件（含有吸波暗室、横电磁波（TEM）小室、大电流注入（BCI）、微波带状线、直接射频（RF）功率注入、循环的辐射等方法），汽车内部的12 V 或24 V 电源线的电瞬态传导、除电源线以外的其他导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射，道路测试环境可靠性测试方法等。通过对北斗导航模块进行规范性试验，确保投放市场使用的北斗导航模块性能稳定、质量可靠，为北斗导航应用产业化推广奠定基础。

2.3 北斗车载导航终端试验规范的制定

目前，我国在卫星导航应用方面的标准和规范主要有《汽车GPS 导航系统通用规范》（GB/T 19392—2003）、《汽车行驶记录仪》（GB/T 19056—2012）和《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》（JT/T 794—2011），其主要针对GPS终端整机产品，不能满足现行北斗导航应用的实际需求。

针对北斗车载导航应用目前尚无国家和行业标准的情况，为规范北斗车载导航终端产品的生产、测试和检验，根据北斗车载导航终端产品的技术特点和车载导航终端产品检验、检测的实际，参照相关国际、国家、行业标准，编制了《北斗车载导航终端试验规范》。该规范规定了北斗车载导航终端的静电放电（ESD）的试验方法、窄带辐射电磁能量的电扰动组件试验方法（含有吸波暗室、横电磁波（TEM）小室、大电流注入（BCI）、微波带状线、直接射频（RF）功率注入、循环的辐射等方法、汽车内部的12V 或24 V 电源线的电瞬态传导，和除电源线以外的其他导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射和环境可靠性测试方法等，为第三方检验检测单位和北斗导航国家、行业标准的制定提供了基础资料。

3 结语

通过北斗导航应用标准的研究和实施，使国内主流北斗导航模块得到了快速定型和应用，满足了北斗大众车载应用。目前，《车载终端用北斗导航模块接口规范》和《车载终端用北斗导航模块数据接口规范》作为交通部示范项目的参考，在“重点运输过程监控管理服务示范系统工程BD2 B1/GPS L1 双模模块选型公开招标文件”中引用，为北斗行业示范应用提供了帮助。

《车载终端用北斗导航模块接口规范》已被国内和境外主要北斗导航芯片、模块企业采用，形成了北斗导航模块标准，为北斗导航模块统型打下了基础，指明了方向。

《北斗车载定位模块试验规范》和《北斗车载导航终端试验规范》已被国内北斗车载终端企业选用，深圳市汽车电子产品检测与鉴定技术服务平台采用《北斗车载导航终端试验规范》和《北斗车载定位模块试验规范》，为众鸿、科维、雅迅、博实结、信达等北斗车载终端产品以及东方联星、和芯星通、中科微、西安华讯、东莞泰斗等北斗导航模块进行了测试和试验。