ICAO GNSS SARRPS技术规范解读

中国航天标准化研究所 康登榜 周玉霞

一、引言

北斗卫星导航系统是我国自主发展、独立运行的卫星导航系统，是国家正在建设的重要空间信息基础设施，并且到2020年系统建成时将具备全球服务能力。

为国际民用航空提供服务是北斗卫星导航系统重要的发展战略之一。北斗卫星导航系统要进入国际民用航空领域，必须要得到国际民航组织（ICAO）的认可。ICAO作为联合国中负责处理国际民航事务的专门机构，是世界民用航空界惟一的官方权威机构，其权威性和公信力被世界各国广泛认可。而将北斗卫星导航系统写入ICAO与卫星导航相关的标准，是得到该组织认可最直接、最有效的途径。

因此，北斗卫星导航系统需要制定被ICAO认可的技术标准，即其技术特性应满足《国际民用航空公约》附件10卷I的标准与建议措施（SARPs）要求。而全球卫星导航系统（GNSS）技术规范是SARPs文件的重要组成部分，有必要开展针对ICAO GNSS SARPs技术规范的研究工作，以促进北斗卫星导航系统加入ICAO标准框架的国际标准化工作的开展。

二、ICAO SARPs文件介绍

1. 芝加哥公约及其附件10

在民用航空领域，ICAO《国际民用航空公约》是世界范围普遍承认的法律与标准文件，是指导国际航行的最高法律文件。该公约是1944年12月7日在芝加哥召开的国际民用航空会议上签订的，习惯上又称之为《芝加哥公约》，于1947年4月4日起生效。

《芝加哥公约》包括公约正文和附件，主要涉及有关国际民用航空在政治、经济以及技术等方面的问题，由4个部分组成，分22章，96条，其内容和结构具体情况如表1所示。目前，《芝加哥公约》的最新版本为2006年修订的第9版，并于2007年11月26日和2010年12月3日发布了两次勘误文件。

表1 《芝加哥公约》内容和结构

《芝加哥公约》附件是实施公约所述原则的具体规定,是指导国际航行的基本文件，共有18个附件，涉及人员执照的颁发、空中规则、国际空中航行气象服务和航空电信等18个方面，其中与航行有关的附件有16个。主要包含标准和建议措施两大部分内容，故而通常被简称为SARPs。SARPs是对实施《芝加哥公约》所述原则的具体规定，是指导国际航行的基本文件，由国际民航组织理事会根据《公约》第54条、第37条和第90条的规定批准通过。对SARPs进行修订一般要经历以下四个环节：提案的起源、制定、航委会审议、理事会通过/颁布实施。

在《芝加哥公约》各个附件的前言中，均对标准和建议措施的具体含义进行了定义。标准和建议措施主要差别体现在以下三个方面：在执行力度上，标准是强制性的，而建议措施是推荐性的；在表述语气上，标准一般使用“shall”，而建议措施则使用“should”；在格式上，标准要求使用正体字，而建议措施则要求使用斜体字。

在国际民用航空公约包含的18个附件中，与卫星导航应用相关的SARPs主要在附件10《航空电信》中。附件10分为五卷（第I，II，III，IV和V卷），包含了与航空通信、导航和监视系统有关的SARPs、空中航行服务程序（PANS）和指导材料。在附件10的五卷中，与GNSS相关的是其中的第I卷——无线电导航设施。附件10目录如表2所示。

表2 附件10目录

2. 附件10卷I介绍

附件10的第I卷是一个技术文件，为国际航空器运行规定了必要的系统，以便提供航空器在所有飞行阶段都要使用的无线电导航设施。本卷中的SARPs和指导材料列出了无线电导航设施必须具备的参数规范，例如全球导航卫星系统（GNSS）、仪表着陆系统（ILS）、微波着陆系统（MLS、甚高频（VHF）全向无线电信标（VOR）、无向无线电信标台（NDB）和测距仪（DME）。本卷中所载的资料包括所需要的动力要求、频率、调制、信号性能和监测，以确保装备得当的航空器能够在世界各地收到具有必要可靠性的导航信号。

附件10卷I与GNSS相关章节及其主要内容如表3所示。

表3 附件10卷Ⅰ与GNSS相关章节

附件10卷I的2.4节包括标准和建议措施两部分内容，其中，2.4.1和2.4.2节为标准，规定了GNSS助航标准应满足3.7节规定的要求以及GNSS元素终止服务需提前6年通知；2.4.3节为建议措施，向批准使用GNSS的国家在记录相关GNSS数据及记录保留的时间等方面给出了建议。

附件10卷I的3.7节是GNSS要求，主要内容包括对GNSS各元素的定义，GNSS的作用、GNSS元素及其规范、接口阻抗和数据库等。

附件10卷I的附录B是GNSS技术规范，主要对GPS、GLONASS等GNSS元素的RF特性、数据结构、数据内容、数据应用协议定义、接收机及时间等方面进行了规范。

附件10卷I的附篇D是GNSS的SARPs应用指南——信息与材料，包括定义、概述、导航系统要求和GNSS核心元素等四部分内容。其中，导航系统要求对GNSS的精度、完好性和报警时间、服务的连续性以及可用性等方面进行了说明；而GNSS核心元素对GNSS接收机、精度因子、信号质量监视设计、干扰以及GNSS的参数记录、性能评估等方面进行了说明。

3. SARPs中的GNSS元素

目前，国际民航组织理事会通过的附件10卷1的最新修订版本为第85次修订版，于2010年11月18日起适用。该版本的SARPs中已包含的GNSS元素有：美国GPS、俄罗斯GLONASS、星基增强系统SBAS、地基增强系统GBAS，地基区域增强系统GRAS。Galileo的SARPs草案正在积极的制定当中。已有和在开发扩展的GNSS元素如表4所示。

表4 标准试验系统结果数据

三、附件10卷I GNSS技术规范

1. 技术规范

附件10卷I以附录B的形式给出了GNSS SARPs技术规范。GNSS技术规范由定义，概述和GNSS元素等3章内容组成。其中，第1章定义了一些术语；第2章对本规范进行了定位，即是对SARPs3.7节GNSS设备规范作补充；第3章为本技术规范的主要内容，其目录如表5所示。

表5 附件10卷I GNSS技术规范第3章——GNSS元素目录

由于GPS是目前最成熟的GNSS系统，它的接收设备的市场占有额也居绝对优势地位，这意味着GPS的SARPs技术规范具有代表性和可借鉴性。因此，本文以GPS为代表，详细解读ICAO GNSS SARPs技术规范。

2. GPS SARPs技术规范

GPS SARPs技术规范是附件10卷I附录B的重要组成部分，它主要对GPS的技术特征进行规范，包括非航天器元素、数据应用协议定义、航天器元素和GPS时间等四方面内容（见表6）。

表6 附件10卷I GNSS技术规范第3章GNSS元素

3. GPS SARPs技术规范同GPS ICD间的关系

为了向全球GPS用户设备的研发和制造提供免费的技术信息支持，保证GPS民用服务的正常运行，美国会通过以适时公开与及时更新GPS接口控制文件（ICD）作为其最重要的技术支持手段。

所谓接口，是指卫星导航系统之间，以及其系统内部的通信边界条件。接口标准以“接口控制文件”的形式备档为正式文件。ICD正式文件的形成，意味着要对每一个接口进行建立、定义和控制，最后形成卫星导航系统详细的接口设计文件档案。接口规范（IS）是ICD中一种特殊的文档类型。目前，美国发布的ICD基本上以IS文档的形式存在。

IS-GPS-200是GPS空间段与GPS无线电频率链路1（L1）和2（L2）的用户接收机之间的接口进行了严格的性能规范定义。其最新版本为IS-GPS-200E，于2010年6月8日生效，是在原先版本的基础上反复修订而来的；其内容主要包括接口的定义、识别和准则，并以注释的形式给出了卫星导航相关参数定义、导航模式，以附录的形式给出了相关许可证书及GPS导航数据结构。

IS-GPS-200E包括6章正文加3个附录，其中，与ICAO GNSS SARPs有关的是第3章“要求”、第6章“注释”、附录II“数据D(t)的GPS导航数据结构”中的相关内容（见表7）。

表7 附件10卷I GNSS技术规范与GPS ICD关系

通过表7可以看出，GPS的ICAO GNSS SARPs技术规范大部分内容源于GPS的ICD文件，但又有部GPS的ICD文件不包含的。同时，经过分析，发现二者在内容上也存在一定的差异，即后者是对前者的精简、提炼。

四、北斗提交SARPs草案建议

通过对ICAO GNSS SARPs技术规范的解读，有以下几点建议，为北斗卫星导航系统ICAO SARPs草案的撰写提供参考：

⊙ 积极做好与ICAO的沟通工作，听取其对ICD撰写的意见和建议，以及对GNSS SARPs技术规范的技术要求。

⊙ 尽早启动北斗ICD的撰写及其发布工作，让国际

民航组织更好地认知北斗。

⊙ 北斗ICD应包括北斗各类技术特征，尤其是北斗的射频特性、数据结构和内容、时间基准等应包括进去。

五、结束语

本文通过介绍国际民航公约及其附件10，阐述附件10中有关GNSS的SARPs内容，详细解读其中的GPS技术规范及其与GPS接口控制文件间的关系，向北斗提交ICAO SARPs草案提出了意见和建议。本文的研究成果将为北斗卫星导航系统国际标准化工作的开展和北斗加入ICAO标准框架起到促进的作用，具有重要的实际意义。

见www.dcw.org.cn