北斗導航應用終端的標準研究

李武鋼，陳學友，朱方來

（1.深圳職業技術學院汽車與交通學院，廣東 深圳518055；2.嘉興佳利電子股份有限公司，浙江 嘉興314003）

0 引言

自北斗衛星導航系統2012年12月27日正式進行區域性服務以來，北斗導航模塊等基礎核心產品的研發取得突破性進展，其可靠性、穩定性、靈敏度等性能得到進一步提升，市場實用化步伐加快，并開始規?；瘧糜诮煌?、氣象、漁業等行業。

北斗衛星導航系統免費為廣大終端用戶提供服務，在國內導航終端企業中產生了熱烈反響，紛紛開始北斗導航終端產品的研發、生產和應用。北斗導航模塊是北斗導航終端的核心部件，其性能的優劣直接關系到北斗導航終端的整體性能，是國內導航終端生產企業關注的重點。目前，針對導航終端產品和導航應用市場出臺的國家標準相對零散、薄弱，遠未形成完整的標準體系。因此，建立一整套北斗導航模塊和北斗導航終端檢驗、檢測方法等方面的規范和標準體系至關重要。

本文利用車載終端整機平臺，對北斗導航模塊進行基本性能、與車載終端整機的匹配性（電磁兼容性）、適用性、可靠性、安全性等方面的全面測試，分析測試中發現的問題，提出解決方案和建議，及時反饋給北斗導航模塊生產商、導航終端方案商和導航終端整機生產商，使相關單位及時改進、完善和提升相關產品的性能，為北斗導航應用和第三方檢驗檢測單位以及北斗導航國家、行業標準的制定提供基礎數據。

1 北斗導航應用標準研究

1.1 總體思路

北斗導航終端的技術要求、試驗方法、檢驗規則等是產品標準的核心內容，在北斗導航產品的設計試制階段，結合導航產品的特點和技術要求，進行大量的測試和試驗，依據測試數據并參照國內外相關標準，擬定北斗導航應用標準草案。

以車載導航終端整機為平臺，按照車載導航終端整機產品設計流程，利用完整方案，從常規測試、可靠性測試、電磁兼容性測試、安全性測試等方面，按照樣機研發設計、小批量試生產、批量生產三個階段，制定“十、百、千”試產樣批投入計劃，組織北斗導航天線、模塊、車載導航終端生產和檢測機構等多家單位的專職技術人員和試驗人員組成測試小組，對國產北斗導航模塊基本性能、與終端整機的匹配性、可靠性、電磁兼容性進行測試，對設計、生產測試過程中出現的問題進行信息交流和溝通，及時提出并討論解決方案，對共性問題共同探討、共同解決，快速提升北斗導航模塊性能。通過完整方案，掌握北斗導航模塊和終端整機的性能特點，收集相關信息，為北斗導航應用標準的擬制提供基礎數據。

1.2 北斗導航模塊測試

測試小組對東方聯星、和芯星通、中科微、西安華訊、東莞泰斗等單位提供的北斗導航模塊進行了大量的反復的測試，將測試中出現的問題及時反饋給各模塊生產單位進行改進和完善。同時，詳細記錄各模塊間存在的影響北斗導航應用的差異性問題，作為北斗導航模塊標準規范制定的依據。國產北斗導航模塊性能差異如表1所示。

表1 國產北斗導航模塊性能差異表

表1（續）

1.3 北斗導航終端測試

在各北斗導航模塊外形尺寸、引腳排列、接口方式存在差異的情況下，導航終端生產單位利用已有的、成熟的導航終端產品，針對各型號北斗導航模塊分別進行北斗導航終端產品的研發設計，結合車載導航產品性能和檢測要求，進行北斗導航模塊與車載終端整機的匹配性、電磁兼容性、環境適應性測試。通過測試，發現北斗導航模塊存在的性能和功能方面的問題，并及時反饋給各模塊生產單位進行改進和完善，并找出各型號北斗導航模塊在導航終端應用中存在的差異性問題，為北斗導航模塊標準規范的制定收集基礎數據，進而探索北斗導航終端測試和試驗規范。各型號北斗導航模塊在數據接口方面的差異如表2所示。

表2 國產北斗導航模塊數據接口差異表

2 北斗導航應用規范的編制

2.1 北斗導航模塊的類型特點數據分析

測試小組根據測試中出現的問題，尤其是影響北斗導航終端應用方面的問題，結合車載終端對導航模塊的技術要求、市面主流GPS導航模塊的性能特點、國產北斗導航模塊的發展情況以及逐步小型化的趨勢，為加快完善北斗關鍵部件技術，編制了《車載終端用北斗導航模塊接口規范》和《車載終端用北斗導航模塊數據接口規范》，形成了北斗導航模塊標準規范。

2.1.1 接口規范的特點

統一了北斗導航模塊的引腳定義和排列，在兼容目前市面上主流GPS導航模塊的同時，具有北斗導航模塊自身特點。北斗導航模塊類型如圖1所示，外形尺寸如表3所示，引腳定義如表4所示。

圖1 北斗導航模塊接口排列圖

表3 北斗導航模塊外形尺寸表

表4 北斗導航模塊引腳定義表

2.1.2 功能方面的特點

完全兼容GPS導航模塊，增加了差分、天線短路檢測、慣性導航、USB 接口、通用I/O 接口等功能，方便多功能、多領域、多系統應用。

2.1.3 使用方面的特點

統一引腳排列，在同一PCB上同時預留4種模塊的焊接位置，方便不同模塊之間的直接替換，更方便國產北斗導航模塊小型化改進時的測試、試用和使用，減少北斗導航終端生產商針對不同導航模塊所需進行的PCB 設計和反復測試、改進、完善所帶來的麻煩，節省終端生產企業的人力和財力資源。當所測試的北斗導航模塊存在需要改進和完善的缺陷暫時不能滿足使用要求時，可以使用其他北斗導航模塊或者GPS導航模塊直接替換，不影響導航終端整機的使用，能充分利用終端整機資源，消除車載終端生產企業使用北斗導航模塊的顧慮。

2.1.4 數據接口協議

參考國家衛星導航定位總站《用戶設備接口》數據結構協議，增加終端產品調試、測試、設置等統一的自定義信息，在符合國家北斗終端產品數據接口要求的同時，方便各車載終端生產企業使用一套測試軟件完成不同生產企業提供的北斗導航模塊的調試、測試和生產。

2.2 北斗導航模塊測試規范的制定

目前，導航模塊等部件在國內沒有統一的國家、行業標準和規范，各導航終端生產單位一般根據自身產品的特點和最終用戶（如車廠）的要求進行檢驗和測試，前裝車載導航終端產品一般按照所配車型車廠的要求對車載導航終端整機進行檢驗和測試，后裝車載導航終端產品有的只進行簡單的測試就投放到市場上，導致市場上的導航產品魚龍混雜、良莠不齊。因此，需要統一的標準和規范確保北斗導航模塊的性能和質量，保證“北斗”品牌和北斗導航應用產業化推廣。

測試小組根據北斗導航模塊的特點，結合導航模塊生產商、導航終端生產商和導航終端用戶對導航產品的關注點，綜合北斗導航模塊測試經驗，編寫了北斗行業技術標準《北斗車載定位模塊試驗規范》，該規范規定了北斗車載定位模塊的衛星信號捕捉靈敏度、衛星信號靜態跟蹤靈敏度、衛星信號重捕獲時間、冷啟動TTFF、熱啟動TTFF、靜態漂移性能等測試方法，靜電放電（ESD）、窄帶輻射電磁能量的電擾動組件（含有吸波暗室、橫電磁波（TEM）小室、大電流注入（BCI）、微波帶狀線、直接射頻（RF）功率注入、循環的輻射等方法），汽車內部的12 V 或24 V 電源線的電瞬態傳導、除電源線以外的其他導線通過容性和感性耦合的電瞬態發射，道路測試環境可靠性測試方法等。通過對北斗導航模塊進行規范性試驗，確保投放市場使用的北斗導航模塊性能穩定、質量可靠，為北斗導航應用產業化推廣奠定基礎。

2.3 北斗車載導航終端試驗規范的制定

目前，我國在衛星導航應用方面的標準和規范主要有《汽車GPS 導航系統通用規范》（GB/T 19392—2003）、《汽車行駛記錄儀》（GB/T 19056—2012）和《道路運輸車輛衛星定位系統車載終端技術要求》（JT/T 794—2011），其主要針對GPS終端整機產品，不能滿足現行北斗導航應用的實際需求。

針對北斗車載導航應用目前尚無國家和行業標準的情況，為規范北斗車載導航終端產品的生產、測試和檢驗，根據北斗車載導航終端產品的技術特點和車載導航終端產品檢驗、檢測的實際，參照相關國際、國家、行業標準，編制了《北斗車載導航終端試驗規范》。該規范規定了北斗車載導航終端的靜電放電（ESD）的試驗方法、窄帶輻射電磁能量的電擾動組件試驗方法（含有吸波暗室、橫電磁波（TEM）小室、大電流注入（BCI）、微波帶狀線、直接射頻（RF）功率注入、循環的輻射等方法、汽車內部的12V 或24 V 電源線的電瞬態傳導，和除電源線以外的其他導線通過容性和感性耦合的電瞬態發射和環境可靠性測試方法等，為第三方檢驗檢測單位和北斗導航國家、行業標準的制定提供了基礎資料。

3 結語

通過北斗導航應用標準的研究和實施，使國內主流北斗導航模塊得到了快速定型和應用，滿足了北斗大眾車載應用。目前，《車載終端用北斗導航模塊接口規范》和《車載終端用北斗導航模塊數據接口規范》作為交通部示范項目的參考，在“重點運輸過程監控管理服務示范系統工程BD2 B1/GPS L1 雙模模塊選型公開招標文件”中引用，為北斗行業示范應用提供了幫助。

《車載終端用北斗導航模塊接口規范》已被國內和境外主要北斗導航芯片、模塊企業采用，形成了北斗導航模塊標準，為北斗導航模塊統型打下了基礎，指明了方向。

《北斗車載定位模塊試驗規范》和《北斗車載導航終端試驗規范》已被國內北斗車載終端企業選用，深圳市汽車電子產品檢測與鑒定技術服務平臺采用《北斗車載導航終端試驗規范》和《北斗車載定位模塊試驗規范》，為眾鴻、科維、雅迅、博實結、信達等北斗車載終端產品以及東方聯星、和芯星通、中科微、西安華訊、東莞泰斗等北斗導航模塊進行了測試和試驗。