BDS卫星导航产品认证体系与检测技术

吕志成，牟卫华，李蓬蓬

BDS卫星导航产品认证体系与检测技术

吕志成，牟卫华，李蓬蓬

（国防科技大学电子科学学院导航与时空技术工程研究中心，长沙 410073）

北斗三号全球卫星导航系统即北斗三号（BDS-3）开通服务，促进了我国北斗卫星导航系统（BDS）产业的蓬勃发展。为了建设更加完善的BDS卫星导航产品认证体系、提高BDS卫星导航产品质量和国际竞争力、规范BDS卫星导航产业化市场秩序、引领BDS卫星导航产业化持续健康发展，研究了我国卫星导航产品认证标准规范体系和认证管理体系，总结了卫星导航产品的常用检测方法，介绍了接口一致性、卫星无线电测定业务（RDSS）性能指标、卫星无线电导航业务（RNSS）性能指标等主要测试内容，提出了卫星导航产品检测系统建设方案。卫星导航产品检测系统主要由有线测试平台、无线测试平台、接口测试平台、对天静态测试平台、跑车动态测试平台、环境适应性测试平台以及综合服务管理系统构成，满足芯片、模块、终端等不同类型卫星导航产品的检测认证需求。最后，给出了推进我国BDS卫星导航产品认证工作的建议，可为完善卫星导航产品认证体系、建设卫星导航产品检测系统提供参考。

卫星导航；标准规范；管理体系；产品认证；检测系统

0 引言

北斗三号全球卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system, BDS-3）于2020年正式开通服务，提供卫星无线电导航业务（radio navigation satellite service, RNSS）、全球短报文通信（global short-message communications, GSMC）、国际搜救（search and rescue, SAR）、星基增强（satellite based augmentation system, SBAS）、地基增强（ground based augmentation system, GBAS）、精密单点定位（precise point positioning, PPP）和区域短报文通信（region short-message communications, RSMC）等7种服务，广泛应用于轨道交通、农林牧渔、防灾减灾、电力金融等各个领域，具有广阔的产业化前景[1]。北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）卫星导航产品认证是导航产业链中的重要环节，建立完备的卫星导航产品检测认证体系，不但有利于加强行业管理水平、规范市场秩序、提高产品质量，而且对增强BDS卫星导航产品核心竞争力、引领行业健康发展、促进国际贸易同样具有重要的意义[2-3]。

BDS服务质量的不断提升和产业化应用推广的快速发展，对BDS卫星导航产品质量进行全面、准确、科学的认证评估提出了更高的要求。开展卫星导航系统应用产品检测认证研究，不但有助于推进建立完备的BDS卫星导航产品检测认证体系，而且还可以规范建设标准的卫星导航产品检测系统，进而为BDS卫星导航产品的设计、研制、生产、验收和销售提供优质服务，引领我国BDS导航产业健康、持续发展，不断增强导航产品的国际竞争力。

1 卫星导航产品认证体系

认证是指由认证机构证明产品、服务、管理体系符合相关标准、技术规范的强制性要求或者标准的合格评定活动。BDS卫星导航产品认证主要是由导航终端产品检测认证机构依据卫星导航相关标准规范对导航终端产品进行全面的指标考量。因此，卫星导航产品认证体系主要包括标准规范体系和认证管理体系两部分内容[4-6]。

1.1 标准规范体系

与卫星导航终端测试相关的标准主要分为4个部分，即导航卫星信号格式标准、接收设备数据格式标准、接收设备性能要求及测试方法标准、测试设备性能要求及测试方法标准[7]。

1）导航卫星信号格式标准。导航卫星信号格式标准主要是由各大卫星导航系统建设国家公布的接口控制文件（interface control document, ICD）。在ICD中，详细规定了卫星导航信号的载波频率、调制方式、数据码型以及电文参数等信息。表1列出了BDS-3 ICD文件中定义的主要信号特征参数[8]。

表1 BDS-3公开信号特征参数

2）接收设备数据格式标准。接收设备数据格式标准主要是指终端设备与外部系统进行数据交互的接口标准，一般由各应用协会负责制定。广泛应用的数据格式标准如表2所示。

表2 常用数据格式标准

在2015年，根据GNSS接收应用需要，结合我国实际应用情况，中国卫星导航系统管理办公室先后发布了包括《北斗/全球卫星导航系统（GNSS）接收机数据自主交换格式》《北斗/全球卫星导航系统（GNSS）差分信号格式》《北斗/全球卫星导航系统（GNSS）接收机导航定位数据输出格式》在内的多项北斗专项标准，在保持与国际相关标准兼容基础上，通过扩充字段或语句，全面支持BDS-3。

3）接收设备性能要求及测试方法标准。在国际上，与接收设备性能要求及测试方法相关的标准主要采纳国际电工委员会（International Electrotechnical Committee，IEC）第80技术委员会（Technical Committee 80，TC80）制定的IEC61108系列标准，如表3所示。

表3 常用接收设备性能要求及测试方法标准

在我国，相关标准早期主要以GPS卫星导航应用标准为主，主要分为国家标准、军用标准和行业标准三类[9-11]。国家标准内容主要涵盖导航术语定义、导航电子地图以及汽车、航海等导航应用；军用标准主要面向机载和舰载设备的组合导航应用；行业标准覆盖船舶、测绘、城建、水产、电子、石油、铁道、交通、通信、邮政、民航等行业应用。我国BDS建成后，为推动卫星导航系统科学发展，在2014年4月，国家批准成立全国卫星导航标准化技术委员会，致力于卫星导航系统管理、建设、运行、应用、服务等技术领域的国家和国际标准化工作，先后发布了多项接收设备性能要求及测试方法相关标准，如《北斗/全球卫星导航系统（GNSS）导航设备通用规范》《北斗用户终端RDSS单元性能要求及测试方法》等，强化了BDS在国家应用中的主导地位，推动了我国导航应用的产业化发展。

4）测试设备性能要求及测试方法标准。卫星导航产品认证的实施依赖于各种类型的通用和专用测试设备。其中，卫星导航信号模拟器是检测系统的核心关键设备，可以在实验室环境中实现真实卫星导航信号的高精度模拟[12]。为规范卫星导航信号模拟器产品的研制和测试，我国发布了《北斗/全球卫星导航系统（GNSS）信号模拟器性能要求及测试方法》《全球卫星导航系统（GNSS）信号模拟器校准规范》等相关标准。此外，有关部门于2014年发布了《北斗卫星导航产品质量检测机构能力要求》，规定了BDS卫星导航产品质量检测机构，除应满足实验室认可和资质认定通用要求之外，应满足的人员、仪器设备、授权标识等要求。

1.2 认证管理体系

我国BDS卫星导航产品认证管理体系由原国家质量监督检验检疫总局依据《中华人民共和国认证认可条例》组织建设，主要由主管部门、认证机构、检测机构及生产企业组成，体系结构如图1所示[2]。原国家质量监督检验检疫总局下设的国家认证认可监督管理委员会（Certification and Accreditation Administration of the People’s Republic of China, CNCA），简称国家认监委，主管认证机构和检测机构的授权管理工作。在国家认监委的指导下，北斗卫星导航产品检测认证联盟（China BeiDou Satellite Navigation Products Inspection and Certification Alliance, CBICA）组织实施技术交流、标准制订修订、能力验证、技术培训和咨询等活动，提升行业技术水平和BDS卫星导航产品质量。国家认监委与中国卫星导航系统管理办公室沟通协调，组织开展卫星导航产品认证与检测相关标准研究工作，制定并发布了一系列涵盖基础芯片、模块、终端产品及测试设备等的标准和规范，为加快推进我国BDS卫星导航产品认证和检测服务提供标准依据，2013年发布了《北斗卫星导航产品质量检测机构授权管理办法》，用以指导BDS卫星导航产品质量检测机构申请、受理、审查、批准、发证和监督检查工作。

图1 BDS卫星导航产品认证组织机构关系

认证机构是BDS卫星导航产品认证工作的具体执行单位，主要负责制定BDS卫星导航产品认证目录以及各类BDS卫星导航产品认证实施细则，研究BDS卫星导航产品认证技术以及BDS卫星导航产品检测机构合格评定的指南、标准、程序和方法，促进BDS卫星导航产品认证推广及国际互认。

检测机构是BDS卫星导航产品检测工作的具体执行单位，主要负责研究BDS卫星导航产品检测方法、检测技术，制定BDS卫星导航产品相关标准，研制及开发BDS卫星导航产品测试系统，承担BDS卫星导航产品检测业务并出具检测报告。近年来，我国持续推进BDS卫星导航产品检测能力建设工作，规划并建设了多个国家级、区域级和行业级BDS卫星导航产品质量检测机构，推动了行业技术水平和BDS卫星导航产品质量的提升。表4为部分检测中心的基本情况。

表4 BDS卫星导航产品质量检测机构名录

2 卫星导航产品检测方法

2.1 常用检测方法

实现对卫星导航产品功能、性能的准确评估，需要采取一套科学规范的检测方法[13-14]。伴随着卫星导航系统的建设和应用，卫星导航测试技术经历了多个发展阶段：

1）外场收星测试。即将导航产品置于室外实际应用环境中，接收真实导航卫星信号，通过对接收终端是否定位或定位精度高低的判读，评估产品性能。外场收星测试不需要专用测试设备，具有成本低、易操作的优点；但由于受到测试环境和条件限制，存在导航信号不可复现、测试场景不可配置、测试结果不易定量评估以及难以进行特殊场景测试等不足。

2）信号转发测试。即利用转发天线将真实导航信号由室外引入室内进行测试。该方法可以在一定程度上降低了外场测试的条件限制，但由于采用的仍旧是真实导航信号，同样存在与外场收星测试相同的弊端。

3）采集回放测试。即在测试前对实际导航信号进行采集并存储，在测试时通过回放复现采集信号的方法进行测试。该方法解决了直接使用真实信号测试场景不可复现的问题，但仍然存在导航信号不可控、测试时间有限、测试场景覆盖性受限等问题。

4）模拟有线测试。即在实验室条件下，利用导航信号模拟设备仿真产生卫星导航信号，通过有线注入方式进行测试。该方法的优点是能够模拟产生各种不同工作环境下的卫星导航信号，具有测试场景可多次复现、信号特性可灵活控制、测试结果可定量评估等优点，但由于仿真信号与真实信号不可避免存在差异，导致测试结果较为理想，无法准确反映终端实际工作性能。

5）模拟无线测试。即在屏蔽暗室条件下，以导航信号模拟设备为核心构建集成测试环境，模拟卫星导航信号从一个或多个方向无线辐射，对包含天线在内的导航产品进行测试。该方法在模拟原有线测试优点的基础上，能够最大限度地克服仿真环境与真实环境不一致的弊端，反映导航产品的系统性能指标。

6）试验场测试。即针对卫星导航系统性能评估、改进，对新的信号格式、新的服务功能进行试验验证，以及导航产品进行测试、试验和鉴定的专用试验环境的统称，如美国的尤马试验场（Yuma Proving Ground, YPG）和逆向GPS环境（Inverse GPS Range, IGR）等GPS试验场，德国的伽利略测试和开发环境（Galileo Test and Development Environment, GATE）和意大利的伽利略测试环境（Galileo Test Range, GTR）以及我国的中国伽利略测试环境（China Galileo Test Range, CGTR）等Galileo测试场。该方法对测试条件、资金投入等都提出了较高的要求，通常用于卫星导航系统级验证，以及特殊用途导航产品定型试验验证。

卫星导航产品测试是一个系统性、综合性的工作，通常需要结合上述多种测试方式，优缺点互为补充实现导航产品的研制、定型、生成和使用等各个环节的测试。一般来说，模拟测试用于产品研发和生产阶段，进行功能、性能指标全面、精确检测；其中，有线测试通常用于模块产品注入式测试；无线测试通常用于导航产品整机辐射测试。采集回放测试可以弥补模拟测试仿真信号与真实信号不一致的缺陷，常用于测试导航产品在高速、桥梁、楼宇、林荫等典型实际信号条件下的工作性能。信号转发和外场收星测试主要用于对导航产品在实际信号条件下长时间工作性能的考核，测试结果更加贴近于导航产品的实际使用情况[15]。

2.2 主要检测内容

BDS兼具卫星无线电测定业务（radio determination satellite service, RDSS）和RNSS两种信号体制，相应的导航产品在测试内容方面存在一定的差异。国际电工委员会制定的IEC61108系列标准是国际上普遍采用的标准，我国针对BDS的特点也发布了相关的专项标准。卫星导航产品主要测试内容可以归纳为三类：

1）接口一致性测试。卫星导航用户产品在接收卫星播发的导航信号，并输出观测数据、解算结果等信息的工作过程中，均需要遵循特定的接口协议。接口一致性测试是指针对卫星导航产品射频信号接口和数据交互接口等是否与协议文件定义保持一致而进行的检测验证，其特点是要求测试场景覆盖接口定义的各种分支情况。

射频信号接口一致性测试主要依据各卫星导航系统建设国家公布的接口控制文件，测试项目既包括信号结构、调制方式、测距码序列等信号特征参数的一致性检验，也包括导航电文格式编排、各字段量化处理等信息处理的一致性验证。数据交互接口一致性测试主要依据接收设备数据格式标准文件（如NMEA-0183），测试项目包括数据类型、数据格式、字符表述、数值单位、数据精度等的一致性验证。

2）RDSS指标测试。RDSS用户设备同时具备出站信号接收和入站信号发射两类功能。出站信号接收指标包括接收灵敏度、接收信号电平测量、多通道并行接收、首次捕获时间和失锁重捕时间等；入站信号发射指标包括发射等效全向辐射功率（effective isotropic radiated power, EIRP）、功率控制、频率准确度及稳定度、带外功率辐射等；业务功能指标包括通信、定位、位置报告、发射功率控制、发射抑制、双向零值测量、无线电静默、永久关闭、自毁等，对于指挥型用户设备还需要测试兼收、通播等功能。

3）RNSS指标测试。RNSS用户设备主要通过接收卫星下行导航信号，提供导航、定位、授时服务。主要测试内容包括接收灵敏度、定位测速精度及更新率、授时精度、伪距测量精度、首次定位时间、失锁重捕时间、通道时延一致性、自主完好性和信息加解密等指标测试。对于具备阵列抗干扰能力的终端设备，还应该增加不同干扰信号类型、强度、数量及入射角度条件下的抗干扰性能指标测试。

3 卫星导航产品检测系统

3.1 系统组成与工作原理

依据卫星导航产品检测认证需求，卫星导航产品检测系统主要由有线测试平台、无线测试平台、接口测试平台、对天静态测试平台、跑车动态测试平台、环境适应性测试平台等6个测试平台以及1个综合服务管理系统等构成，如图2所示。

图2 卫星导航产品检测系统组成结构

1）有线测试平台。在室内通过模拟生成或采集回放的方式构建信号环境，通过有线传导方式将导航信号直接接入导航终端天线后端的射频入口，实现导航产品功能和性能指标的测试。有线测试平台对被测对象数量没有严格限制，可以根据测试需要设置多个工位，通过将导航信号功分成多路的方式实现多台导航终端的并行测试，常用于原始设备制造商（origin entrusted manufacture, OEM）板卡、芯片、基带处理集成电路等不包含天线指标的导航产品测试。

2）无线测试平台。在室内微波暗室，通过导航信号模拟源，构建空口（over the air, OTA）信号测试环境，通过空间辐射方式将导航信号接入导航终端天线口面，被测导航终端仿真在三维转台上实现俯仰角和方位角的动态调整。无线测试平台导航信号可采用单天线辐射，即所有导航信号从同一个天线辐射，常用于普通型导航接收机的测试；也可以采用多天线辐射，即根据仿真卫星与被测终端的瞬时相对位置关系，不同卫星信号分别通过暗室中离散分布的天线向导航终端辐射，从而模拟实际应用中卫星信号来自不同方向的场景模拟，常结合干扰信号用于多阵元抗干扰导航产品的测试。

3）接口测试平台。在室内通过导航信号模拟源，构建射频信号和交互信息的测试环境，通过与卫星导航系统ICD接口协议、信息输出接口协议进行一致性比对，验证导航产品信号和信息接口一致性检测。接口一致性测试，首先需要构建覆盖协议内容的抽象测试集，然后借助导航信号模拟设备生成测试用例，最后通过输入与输出进行比对得到评估结果。

4）对天静态测试平台是在室外坐标已精确标定的基准位置，放置导航终端接收天线，对天接收实际卫星导航信号，通过将导航终端解算的定位结果与基准位置标定结果进行统计运算，评估其静态定位精度指标。对于差分导航产品测试，需要将基准站和移动站分别放置在两个精确标定的基准点，基准站播发差分信息，测试移动站差分定位精度。

5）跑车动态测试平台是利用试验车作为载体，在试验车运动状态下测试导航产品的定位性能。在跑车动态测试中，检测系统实时记录被测终端输出的定位信息，同时利用高精度实时动态差分（real time kinematic, RTK）定位与惯性导航组合接收机提供连续定位结果作为基准比对数据，通过二者比对统计得到被测终端定位精度。也可以利用试验车通过采集回放设备采集典型动态场景信号，在室内无线测试平台进行回放测试。

6）环境适应性测试平台主要进行导航产品在高温、低温、振动、冲击、低压、碰撞、淋雨、沙尘和盐雾等条件下的环境适应性以及电磁兼容性测试。

7）综合服务管理系统主要由服务管理软件、任务调度软件、数据库软件以及打印机、监视器等组成。服务管理软件主要实现各类标准测试项目、场景参数、评估准则等的编辑，检测任务的制定，以及测试结果的报表打印。任务调度软件主要实现检测任务的平台分发、进度监控、异常告警等功能。数据库软件主要实现测试场景、测试数据、测试结果等的数据存储、检索与提取。

3.2 工作流程

卫星导航产品检测系统进行导航产品认证的工作流程可以分为任务规划、测试执行、结果审核和报告发布四个阶段，如图3所示。

图3 卫星导航产品检测系统工作流程

1）在任务规划阶段，由导航产品研制厂家提出书面申请，明确被检设备的型号、数量、标准依据等测试需求。导航产品检测方通过综合服务管理系统，根据测试需求编制测试任务，确定测试项目、场景参数及测试平台，并初步评估测试时间。

2）在测试执行阶段，导航产品检测部门通过综合服务管理系统，将测试任务分发至对应的测试平台，各测试平台根据测试项目启动测试流程，根据场景参数控制测试设备，逐项完成测试，并将测试进度反馈至综合服务管理系统。测试数据和统计结果实时存储至综合服务管理系统的数据库中。

3）在结果审核阶段，导航产品检测部门通过综合服务管理系统，采用人工和自动相结合的方式对测试结果进行检查，整理问题清单，必要时对结果存在疑问的测试项进行复测验证，确保测试结果的准确性和可靠性。

4）在报告发布阶段，导航产品检测部门通过综合服务管理系统，根据测试任务汇总各平台测试结果，生成测试报告，颁发认证证书。

4 结束语

推进BDS卫星导航产品认证工作，对于推动BDS产业健康持续发展、提高导航产品质量与安全、引导市场规范有序发展、增强导航产品国际竞争力具有重要的意义。卫星导航产品检测系统的建设，既要涵盖国内外通用、专用标准，同时也要兼顾具有不同工作模式、信号体制、指标体系的导航产品测试需求，通过建设不同的测试平台实现对导航产品的全面检测认证。

我国BDS-3已正式开通服务，应以此为契机，进一步加强BDS卫星导航产品认证体系的建设，做好标准制定修订、认证中心建设、溯源技术研究、国际交流合作等工作。为推进和完善BDS卫星导航产品认证工作，提出几点建议：

1）开展常态化认证机构一致性检查工作。一方面，组织进行专用标校接收机的研究和研制工作，利用标校接收机作为测试系统性能指标的传递介质，实现不同认证机构之间的比对检查与指标溯源；另一方面，依托①卫星导航产品检测认证联盟，组织进行认证机构的年度一致性检查工作，不断完善工作方式和方法。

2）建设规模化层次化认证机构体系架构。建议中国卫星导航管理办公室联合各行业主管部门，结合我国BDS导航产业化总体布局规划和实际情况，建设行业、地区、区域和国家等不同层次的认证机构，实现不同认证机构之间信息的互通互认，提高导航产品认证效率；同时，指导导航产品研制厂家建设规范的自检系统，提升导航产品检测能力和质量水平。

3）完善国际标准化研究与合作交流机制。建议BDS卫星导航标准化技术委员会在进行BDS卫星导航国家标准体系建设的同时，加强与卫星导航产品认证相关的国际标准跟踪研究，建立完善的国际合作交流机制，参与或主导国际导航产品检测标准的制定工作，提升BDS和导航产品的国际影响力。

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[15] 石磊. 北斗卫星应用产品认证测试系统的研究[D].成都:电子科技大学, 2016.

Certification system and detection technology of BDS satellite navigation products

LYU Zhicheng, MOU Weihua, LI Pengpeng

（Engineering Research Center for Position, Navigation and Time, College of Electronic Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China）

The opening service of BeiDou-3 navigation satellite System (BDS-3) has brought the vigorous development of BeiDou navigation satellite system (BDS) satellite navigation industry. In order to build a more perfect BDS satellite navigation product certification system, improve the quality and international competitiveness of BDS satellite navigation products, standardize the market order of BDS satellite navigation industrialization, and lead the sustainable and healthy development of BDS satellite navigation industrialization, firstly, the certification standard specification system and certification management system of BDS satellite navigation products are studied. Next, this paper summarizes the common test methods of satellite navigation products and introduces the main test contents such as interface consistency, Radio Determination Satellite Service (RDSS) performance index and Radio Navigation Satellite Service (RNSS) performance index. Then, the construction scheme of satellite navigation product certification system which mainly consists of wired test platform, wireless test platform, interface test platform, static test platform, sports car dynamic test platform, environmental adaptability test platform and integrated service management system is proposed. It can meet the testing and certification requirements of different types of satellite navigation products such as chips, modules and terminals. Finally, some suggestions are put forward to promote the certification of BDS satellite navigation products, which can provide reference for improving the certification system of satellite navigation products and building the certification system of satellite navigation products.

satellite navigation; standard specification; management system; product certification; detection system

P228

A

2095-4999(2022)02-0093-08

吕志成，牟卫华，李蓬蓬. BDS卫星导航产品认证体系与检测技术[J]. 导航定位学报, 2022, 10(2): 93-100.（LYU Zhicheng, MOU Weihua, LI Pengpeng. Certification system and detection technology of BeiDou satellite navigation products[J]. Journal of Navigation and Positioning,2022, 10(2): 93-100.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20220212.

2021-09-16

吕志成（1982—），男，内蒙古赤峰人，博士，副研究员，研究方向为导航仿真测试技术。

李蓬蓬（1985—），男，湖北枣阳人，博士，讲师，研究方向为导航仿真测试技术。