航海领域卫星导航标准现状分析

● 文| 中国航天标准化研究所 康登榜 周玉霞

航海领域卫星导航标准现状分析

● 文| 中国航天标准化研究所 康登榜 周玉霞

摘 要：北斗卫星导航系统是中国自主建设、独立运行，与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统（GNSS），在国际海事领域有着广泛的应用需求。本文介绍了国内外航海领域卫星导航标准现状，系统分析了国内存在的差距与不足，详细阐述北斗航海领域标准的需求，并就北斗航海领域卫星导航标准的制定以及国外相关标准的引进、消化、吸收提出建议，为北斗航海领域标准化工作的开展提供参考。

关键词:北斗 卫星导航 GNSS 航海领域 标准 标准化

一、引言

作为国家正在建设的重要空间信息基础设施，北斗卫星导航系统已在我国国民经济建设、国防建设和人民日常生活及出行中发挥着重要作用。航海是卫星导航的重要应用领域，持续推进北斗在该领域得到应用并在全球范围内推广是北斗系统的重要发展战略[1]。而标准是北斗应用推广和产业化发展的重要技术支撑，急需开展国内外航海领域卫星导航标准的研究与分析，为北斗航海领域的标准化工作提供借鉴，推进北斗在航海领域的全面应用。

二、国外卫星导航标准现状

1.国外现状概述

目前，世界上大多数国家或地区的海事局、远洋公司和船舶制造商等都普遍认可并采用的航海领域相关标准，除了国际海事组织（IMO）制定的以外，还包括行业应用协会[（如国际航标协会（IALA）、国际海道测量组织（IHO）、美国国家海洋电子协会（NMEA）、航海无线电技术委员会（RTCM）、航空无线电国际公司（ARINC）等）]、国际标准化组织（ISO）、国际电信联盟（ITU）、国际电工委员会（IEC）以及美国海岸警卫队（USCG）和加拿大海岸警卫队（CCG）制定的标准，但它们所涉及的方面并不完全一致，如表1所示。

表1 航海领域卫星导航标准基本情况

2. IMO中卫星导航标准现状

IMO是航海领域的立法机构，在卫星导航领域，主要对导航系统及设备提出要求，因此，IMO制定的是卫星导航系统的性能标准[2]。迄今为止，IMO已制修订了的GPS、GLONASS、DGPS和DGLONASS、组合型GPS/ GLONASS、GALILEO等5项GNSS接收设备性能标准，如表2所示。其中，除GALILEO和北斗的性能标准外，其他4项已进行了修订。GNSS接收设备性能标准主要对卫星导航系统接收设备及其性能要求、完整性核查、故障警告和状态指示及保护等方面进行规定。

表2 IMO通过的GNSS接收设备性能标准

同时，IMO作为航海领域的国际立法机构，除制定船载接收设备性能标准外，还制定关于GNSS海事政策和要求、制修订性能标准的程序，发布承认卫星导航系统为世界无线电导航系统（WWRNS）组成部分的通函以及修订1974年SOLAS公约等，如表3所示。

表3 IMO关于GNSS的认可标准

3. IEC中卫星导航标准现状

国际电工委员会第80技术委员会（IEC/TC80），全称“海上导航与无线电通信设备及系统技术委员会”，主要为利用电工、电子、电声、光电及数据处理技术、IMO海上人命安全公约（SOLAS）规定的海上导航与无线电通信设备及系统制定国际标准。IEC/TC 80的工作规划和计划与IMO海上安全委员会（MSC）直接相关，依据IMO以决议形式通过的性能标准开展标准制定工作。目前，与船载GNSS接收设备相关的GPS、GLONASS、Galileo、DGPS/DGLONASS等4项检测方法类国际标准（IEC 61108系列），都是IEC/TC 80已依据IMO通过的相关决议制定的，如表4所示[3]。

表4 IEC 61108标准概况

4. IALA中卫星导航标准现状

国际航标协会（IALA）是一个非盈利的民间航标组织，主要目标是协调全球范围内航标系统的标准，通过相应的技术措施，促进全球助航设备的不断改进，保证船舶安全和有效的航行，加强海上环境保护。IALA的技术工作成果以正式的IALA建议（Recommendations）和指南（Guidelines）形式发布。其中，建议是关于技术和措施的，目的是提高已有业务水平；指南是建议的补充或为提高业务能力和成本效益的新型及发展中的技术提供建议和指导。在航海领域卫星导航标准方面，IALA主要发布关于DGNSS的标准，如表5所示[4]。

表5 IALA发布的卫星导航标准建议/指南

5. 其他组织（机构）中卫星导航标准现状

除IMO、IEC、IALA外，IHO、RTCM、NMEA、ITU、ISO、ARINC、USCG和CCG等也陆续发布一些卫星导航相关标准。其中，RTCM发布了3项GNSS差分数据格式标准，NMEA发布了2项船用电子设备接口标准，ITU发布了1项卫星导航差分信号标准，ISO和ARINC发布的主要是GNSS航海装置方面的标准，而USCG和CCG发布的都是DGPS播发方面的标准，具体情况如表6所示。

三、国内卫星导航标准现状

1. 国内标准现状概述

国内航海领域卫星导航标准以引进、转化和吸收的国际/国外的GPS标准为主，只有少数几项是关于北斗的标准。可将国内标准分为接收设备数据格式、测试试验方法及航海应用标准三类。

2. 接收设备数据格式标准

航海领域卫星导航接收设备数据格式标准包括国家标准5项（1项报批中），主要关于数据（存储）格式；交通运输标准2项，其中有1项是北斗数据交换协议的，另1项是GPS播发标准的，见表7。

表7 国内卫星导航接收设备数据格式标准

3. 测试试验方法标准

航海领域卫星导航测试、试验方法标准都是以GPS为主的标准，并未有关于北斗的标准。其中，国家标准有2项，主要依据国际相关标准制定，相对于对外标的引进；行业标准中农业和船舶工业标准各1项，分别为试验方法和测试方法。具体情况如表8所示。

表8 国内卫星导航测试试验方法标准

4. 航海应用标准

卫星导航航海应用标准中，国家标准主要涉及海图、船舶监管信息系统等方面；行业标准涉及交通运输、电子、农业、船舶工业等，且交通运输行业标准最多，多为船载终端设备及其技术要求，其他行业标准大多为通用规范。这些标准在一定程度上规范了卫星导航终端设备的研制生产，保障了终端产品质量的提升，共有22项，如表9所示。

四、国内外标准现状对比分析

由前述可知，无论是国外还是国内，航海领域的卫星导航标准现状最大的特点是都以GPS为主，这也从侧面体现出了GPS在卫星导航国际市场上的绝对主导地位。与国外相比，北斗作为GNSS的后起之秀，在航海领域的标准制定工作还存在以下四方面不足。

一是标准以GPS为主，关于北斗的标准较少。截至目前，北斗国际标准就发布了“船载北斗系统接收机设备性能标准”，国内以北斗为主的航海标准仅有6项，远满足不了需求。

二是标准覆盖面窄，制定与实施经验不足。国内几项北斗标准都是关于船舶监测及遇险报警终端设备技术要求和使用要求的，覆盖面过于狭窄，无法满足海上大规模应用需求，同时，由于北斗应用产业化还处于起步阶段，在航海领域的标准制定和应用实施经验有待进一步的积累。

三是国际标准化进展有待提速。目前北斗国际标准仅1项，还有大量的国际组织/协会有待加入，另外还有多项国际标准有待制定。在当前卫星导航国际市场竞争日趋激烈的紧迫情况下，急需加快北斗航海领域国际标准化工作，全面加速推进北斗国际标准的制定与实施，为北斗全球应用推广注入新的活力。

四是北斗国内标准整体未构成体系。从目前标准统计结果分析，国内北斗卫星导航系统重点应用相关标准不完善，都是按照各领域内部需求制定，尚未整体不成体系，缺乏标准的统一规划和监管。急需加大投入力度，深入开展航海领域卫星导航标准体系研究，有效指导相关标准的制定工作。

表9 国内卫星导航卫星信号格式标准

续 表9

五、北斗卫星导航标准需求分析及建议

1. 北斗标准化工作概述

我国的北斗标准化事业也随着北斗系统建设发展的稳步推进而呈现出快速发展的态势，其支撑和保障作用日趋明显。当前，北斗标准化工作机制不断完善，标准制定更加公开透明，政府引导、市场驱动、社会参与、产学研相结合的工作格局逐渐形成。顶层设计和规划工作有序开展，满足卫星导航产业发展需求的标准体系已初步形成。标准制定步伐明显加快，关键技术标准和首批应用急需标准研制进展顺利。标准化国际合作与交流广泛开展，正在积极推进民航、海事和移动通信等领域国际标准的制定工作，并已发布了北斗第一项国际标准，即《船载北斗系统接收机设备性能标准》（IMO MSC.379 （93）），实现了北斗国际标准零的突破。标准化技术组织和人才队伍建设进一步加强，全国北斗卫星导航标准化技术委员会已正式成立，标准化专家组也充分发挥了技术咨询作用，为北斗标准化事业发展提供了有力保障。

2. 北斗航海领域标准需求分析

我国卫星导航系统的快速建设和应用领域的逐步拓展以及北斗国际航海标准化工作的开展，对航海领域卫星导航标准提出了迫切需求。但目前北斗航海领域标准的缺失十分严重，甚至严重影响了北斗卫星导航系统国际航海领域的推动。因此，急需开展北斗相关标准的研究与制定工作，规范和保障北斗在航海领域的应用。

1）管理标准需求。根据对现有标准的统计分析可以看出，目前国内航海领域卫星导航管理方面的标准基本处于空白状态，从而导致目前卫星导航应用终端市场管理混乱，质量参差不齐。因此，为了规范航海领域卫星导航标准的制修订及其航海应用和推广工作，急需根据北斗卫星导航发展状况和对标准的需求，规划制定航海领域卫星导航管理方面的标准。

2）接收设备数据格式标准需求。目前国内航海领域卫星导航接收设备数据格式方面的标准主要是关于GPS接收设备的。为满足北斗不同接收设备数据的交换和共享，需为各类北斗接收设备划分制定相应的差分格式、自主交换格式以及数据输出格式标准。

3）性能、检测、测试、试验标准需求。目前国内还没有航海领域卫星导航性能方面的标准，借鉴GPS在国际航海领域应用推广经验，需要开展北斗加入IMO、IEC等组织的国际标准化工作，分别制定船载北斗接收设备的性能、检测，同时还需为北斗建立的测试系统制定相关测试方法，以及对规范北斗接收设备的鉴定试验、定型试验及航行试验等。

4）航海应用标准需求。目前国内航海领域卫星导航应用方面的标准主要涉及海图、船舶监管信息系统、接收设备通用规范、船载终端设备及其技术要求等方面，这些标准中使用到的卫星导航系统主要是GPS，而关于北斗一号的标准有6项，终端设备产品标准。因此，需要全面规划北斗在航海应用标准需求，包括大众应用、海上军事应用、安全应用以及卫星导航终端等方面标准。

5）国外可引进消化吸收标准。为了推动北斗在国际航海领域的应用，需要借鉴国外先进标准的经验，吸收其精髓，做到为我所用，并结合国内的实践，推动相关国外标准的修订，加入北斗的内容，为北斗在国际航海领域的广泛应用服务。

3. 对北斗航海领域标准研究与制定的建议

根据北斗卫星导航工程建设和应用产业化发展规划，结合开展北斗标准化工作、推进北斗航海领域应用的需要，针对北斗在管理，接收设备数据格式，性能、检测、测试、试验，以及航海应用等方面对标准的需求，提出以下标准制修订建议：

1）管理标准。重点规划制定技术管理、入网许可与市场准入、安全性和保障性等三方面的管理标准。其中，技术管理主要制定船载卫星导航接收设备管理系统标准；在入网许可与市场准入方面，主要规划船载卫星导航接收设备规划的入网许可标准及相关软硬件生产企业的市场准入标准；安全性和保障性方面，主要规划接收设备使用保障、维修、辐射限制、保密模块管理和授权管理等方面标准。

2）接收设备数据格式标准。重点为单一北斗船用导航接收设备、差分北斗导航接收设备、组合导航接收设备、具有通信功能（提供位置报告能力）的北斗接收设备制定定位数据输出格式标准，并为各类北斗接收设备制定差分数据格式和数据自主交换格式标准。

3）性能、检测、测试、试验标准。需积极推动IMO关于兼容北斗的接收设备性能标准及差分接收设备性能标准的制定，以及IEC关于船载北斗接收设备检测标准的制定；针对船载卫星导航终端测试系统的建设和正常运作制定相关规范性、保障性标准；并开展北斗接收设备试验规程、试验方法、设计鉴定试验、设计定型试验等方面的标准制定。

4）航海应用标准。需规划制定导航、测速、授时、定位四方面大众应用标准；开展船舶组合导航系统相关标准；安全应用方面，需开展安全服务、紧急搜救服务、渔业监控等方面标准； 导航型、授时型、测量型等终端的通用规范和技术要求以及相关关键模块的通用规范标准。

5）国外可引进消化吸收标准。除推进北斗在IMO、IEC等组织的国际标准化工作外，还需加强IALA、RTCM、NMEA、ARINC等组织的标准研究和制定工作，并根据相关标准在国内的应用实施情况，适时开展相应的国际标准制定。

六、结束语

航海领域的应用是北斗卫星导航系统一个重要应用领域，起着带头示范的标杆作用，对北斗在其他领域的应用推广和产业化发展有着重要的促进作用。国内外卫星导航航海领域标准研究是北斗卫星导航标准化工作的重要组成部分，对北斗航海标准的制修订起到技术支撑作用，将进一步提高标准的编制质量和针对性，有助于科研生产工作，从而真正使标准促进卫星导航国际标准化工作的开展。

参考文献

[1]周玉霞，康登榜.北斗在国际海事组织开展标准化工作初探[J].中国标准化，2014(1):70-74.

[2]卫星导航系统的性能标准[EB/OL].http://www.imo. org.

[3]康登榜，周玉霞.北斗IEC国际标准化工作初探.第五届中国卫星导航学术年会（CSNC 2014）.2014.05.

[4]IALA主要发布关于DGNSS的标准[EB/OL]. http://iala-aism.org.