北斗用户设备型谱标准建设必要性分析_刘栋梁.pdf

第 11 卷 第 1 期 导航定位学报 Vol.11，No.1 2023 年 2 月 Journal of Navigation and Positioning Feb.，2023 引文格式：刘栋梁，常克武，陆静，等.北斗用户设备型谱标准建设必要性分析J.导航定位学报,2023,11(1):159-162.（LIU Dongliang,CHANG Kewu,LU Jing,et al.Necessity analysis on construction of BDS user equipment type spectrum standardsJ.Journal of Navigation and Positioning,2023,11(1):159-162.）DOI:10.16547/ki.10-1096.20230124.北斗用户设备型谱标准建设必要性分析 刘栋梁1，常克武2，陆 静1，高 洋1，林海波1（1.中国航天标准化研究所，北京 100071；2.中国卫星导航系统管理办公室，北京 100054）摘要：为了进一步促进北斗卫星导航系统（文中简称为北斗）用户设备应用和产业化高质量发展，对北斗用户设备型谱标准建设的必要性进行分析：在介绍我国北斗一号、北斗二号、北斗三号用户设备发展现状的基础上，梳理目前存在的主要问题，分析我国北斗设备型谱标准建设背景及必要性；并针对北斗用户设备型谱规划提出发展建议。研究结果可为我国北斗用户设备的型谱标准建设工作提供参考。关键词：全球卫星导航系统（GNSS）；北斗卫星导航系统；用户设备；型谱；标准化 中图分类号：P228.4 文献标志码：A 文章编号：2095-4999(2023)01-0159-04 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）Abstract：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.Keywords:global satellite navigation system(GNSS);BeiDou navigation satellite system(BDS);user equipment;type spectrum;standardization 0 引言 卫星导航系统作为当代人类社会使用最广泛、最便捷、最有效的高精度、高实时、高可靠定位、导航和授时手段，自问世以来深刻改变了人类社会生产生活方式。我国的北斗卫星导航系统（文中简称为北斗）作为当前全球四大全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）之一，已经可以和美国全球定位系统(global positioning system,GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧盟伽利略卫星导航系统（Galileo）相竞争1-4。随着信息技术以及通信导航技术的发展，北斗用户设备的发展愈发必要。近年来，北斗用户设备的应用领域迅速扩展，用户数量急剧增加，在不同应用领域向广度和深度拓展，但存在着设备重复建设、“三化”程度低、保障难度大等问题。设备建设必须加以统一的规划和实施，否则必将导致“烟囱”林立，不仅造成巨大的资源浪费，而且使得各设备之间不成体系、互联互通难，严重影响应用能力的生成5。收稿日期：2022-02-24 作者简介：刘栋梁 (1993)，男，工程师，硕士，研究方向为航天器总体、卫星导航等方面的标准化。160 导航定位学报 2023 年 2 月 在标准化工作中，设备型谱是设备建设发展的顶层规划，对设备的建设发展具有规范、指导和引领作用，以期高效促进北斗用户设备应用和产业化高质量发展。因此有必要梳理北斗用户设备发展现状及存在问题，分析我国北斗设备型谱标准建设背景及必要性，并针对北斗用户设备型谱规划提出发展建议。1 北斗用户设备发展现状及存在问题 北斗用户设备历经北斗一号、北斗二号和北斗三号 3 个阶段的工程建设，其应用的广泛性对推动信息化建设、完成多样化任务、增强体系应用能力提供了有力保障。尤其是在北斗二号系统工程建设中，应用系统建设基于北斗二号的用户设备，各设备部门也针对各自需求大力开展设备建设。下面基于公开数据和市场调研对北斗用户设备建设情况进行简要分析。1.1 北斗用户设备发展现状 1）北斗一号用户设备：北斗一号用户设备包括手持、车载、指挥等类型设备，在北斗一号运行早期，卫星无线电定位系统（radio determination satellite system，RDSS）应用模式还处于探索阶段，用户数量较少，市场不大，参与设备建设的用户机厂家数量有限。随着北斗短报文通信及位置报告功能应用潜力的开发，应用领域迅速扩展，用户数量急剧增加，生产北斗用户设备的厂家也随之增加，这些厂家往往各自设计、自行命名，从而造成设备型号较多。2）北斗二号用户设备：在北斗二号应用系统工程建设中，对北斗用户设备模块芯片进行了系统规划，对当前北斗用户设备建设形成了有力支撑，为北斗卫星导航应用和产业发展发挥了巨大作用。北斗二号应用系统工程建设研制了模块、芯片以及多款终端设备，除了北斗二号应用系统典型应用项目建设的设备外，我国还组织研发了多款应用设备，已完成研制的或在研的北斗二号用户设备数量和种类不断创新高。3）北斗三号用户设备：北斗三号工程建设阶段，我国研制了多款北斗三号基础产品，各款终端针对不同的应用场景开发，对解决北斗应用急需和验证北斗三号应用模式具有重要意义6。1.2 存在的问题 尽管北斗用户设备已经在我国信息化建设中发挥了重要作用，但由于没有形成高效集中的设备建设管理机制、缺少用户设备建设顶层规划、研制阶段投入不足以及技术水平相对落后等各方面原因，北斗用户设备研制建设和应用推广过程中暴露了一些问题和不足，集中表现为以下 3 个方面：1）重复建设和资源浪费严重。一是一是设备具体研制建设中，根据各应用渠道平台系统的独立使用需求，分别自行开展北斗用户设备研制立项，造成设备种类众多，但其产品功能类同、性能指标接近，从而造成项目重复建设、资源浪费情况严重。二二是设备采购方面，部分设备主管部门采用配套其系统平台或设备的形式，整体定型，打包采购，造成功能性能相同的产品重复购置。三是三是设备配发方面，部分设备主管部门局限于各自领域内设备的需求建设，造成北斗用户设备重复研制配发问题突出。各类北斗用户设备配件不能互换使用，每一型号设备都要独立进行配件购置，需要研制厂家进行维修保障，造成了资源严重浪费。2）设备“三化”程度低。一是一是设备的通用化程度低。由于设备建设仍处于小、散、乱的局面，尽管应用对象和设备的绝大部分功能相同，但不同厂家生产的用户终端设备往往存在较大差异，包括设备的结构、软件、物理接口和各种关键元器件，这就造成了不同用户设备互不兼容等问题。二是二是设备系列化程度低。由于各设备部门和使用单位往往仅针对本单位使用需求甚至是其中某一项需求而单独开发设备，从而造成设备规格划分不一致，对于一些常见或易于实现的功能要求，重叠程度较高，而对于一些要求较高的需求则还没有覆盖，造成设备建设在低水平重复，无法满足高端的应用需求。三三是设备组合化程度仍不高。北斗二号应用系统工程建设中规划建设了北斗用户设备核心元器件，实现了国产化，有力推动了设备建设向模块化、芯片化方向发展；但组合化程度仍有待提升。3）设备的保障难度大。当前北斗用户设备的安全架构与 GPS 第一代用户设备安全架构相似，在授权数据加注后属于受控设备，从而为相关用户造成很大压力，一些基层单位由于害怕遗失和损坏而尽量减少对设备使用，导致设备应用效能发挥不足。同时，现有的设备保障体制为用户设备的管理保障造成极大负担，不仅需要大量保障人员和设施，对于一些特殊应用的保障实时性也难以满足用户需求。在这一方面，美国 GPS 设备的发展经验可以给我们提供借鉴。2 北斗设备型谱标准建设背景及必要性 北斗系统是国家重大信息基础设施。北斗三号 第 1 期 刘栋梁，等.北斗用户设备型谱标准建设必要性分析 161 系统是北斗系统“三步走”的第三步，2020 年正式开通，服务区扩展到全球。北斗三号应用验证系统在围绕系统服务性能验证开展建设和试验的同时，也瞄准了未来北斗的应用需求，其中终端型谱规划就是其中重要的部分之一。设备型谱是设备通用化、系列化等标准形式的结合与发展，不仅可以指导新设备发展，防止盲目设计和重复建设，也可以作为整顿和简化老设备的依据。系统发展观认为，宇宙中所有事物自由发展的趋势是走向无序状态。设备系统如不加以控制，发展的趋势必然是品种越来越多，相互重复、交叉现象愈来愈普遍，其结果是结构无序度增加，设备的功能和开发的效率变得低下，使用、维修、保障更加复杂7。梳理北斗用户设备发展现状及存在问题可知，北斗用户设备建设由于缺少统一的协调管理机制，存在着设备重复建设、“三化”程度低、保障难度大等问题，也造成设备标准不统一，互联互通难等问题，严重制约了北斗应用效能的发挥。要解决上述各种矛盾，就应以系统科学发展观为指导，通过制定并推动终端设备型谱建设，消除不必要的重复交叉，建立层次结构合理的用户设备体系，指导和推动北斗用户设备“三化”建设，提高北斗用户设备有序度和研制、生产、使用及维修的效率。1）型谱标准是统筹北斗用户设备建设的基本依据。制定型谱的目的就是要在当前和未来较长时期内满足卫星导航使用需求。它既涵盖过去北斗设备建设成果，又规划未来设备发展的目标和建设内容，是设备建设的顶层规划，直接体现北斗应用的宏观发展目标，是指导北斗用户设备建设的基本依据。一是指导北斗用户设备立项研制和采购，避免重复建设。型谱以最少型号数量覆盖了未来相当长时期内多样化的应用需求，根据设备型谱可以一目了然地了解北斗设备体系构成，并了解设备立项、研制、定型等状态，从而可以在全国范围内有效避免盲目立项和重复投入。二是制定其他与用户设备相关的标准的前提和基础。用户设备型谱包括了各型设备的功能、性能、接口和物理属性等各种参数要求，且每一种型号均有其独特之处。在制定用户设备技术要求、接