摘要: 本文从国产北斗导航模块及北斗导航应用终端的测试入手，研究北斗导航模块和北斗导航应用终端科学合理的测试方法和标准规范。通过实例分析, 验证测试方法的可行性。已在此基础上编制了《车载终端用北斗导航模块接口规范》、《车载终端用北斗导航模块数据接口规范》、《北斗车载定位模块试验规范》和《北斗车载导航终端试验规范》，为北斗导航应用和第三方检验检测单位以及北斗导航国家、行业标准的制定提供了基础资料。
关键词：北斗导航；检定方法；应用标准

1 引言

北斗卫星导航系统于2012年12月27日正式进行区域性服务以来，我国北斗导航模块等基础核心产品的研发取得突破性进展，可靠性、稳定性、灵敏度等性能得到进一步提升，市场实用化步伐加快，并在交通、气象、渔业等行业开始规模化应用。

北斗卫星导航系统免费为广大终端用户提供服务，在国内导航终端企业中产生了热烈反响，纷纷开始北斗导航终端产品的研发、生产和应用。北斗导航模块是北斗导航终端的核心部件，其性能的优劣直接关系到北斗导航终端的整体性能，是国内导航终端生产企业关注的重点。目前，针对导航终端产品和导航应用市场出台的国家标准相对零散、薄弱，远未形成完整的标准体系，建立一整套北斗导航模块和北斗导航终端检验、检测方法等规范和标准体系至关重要。

  本文利用车载终端整机平台，对北斗导航模块进行基本性能、与车载终端整机的匹配性（电磁兼容性）、适用性、可靠性、安全性等做出全面测试，分析测试问题、提出问题解决方案和建议，及时反馈给北斗导航模块生产商、导航终端方案商和导航终端整机生产商，使相关单位及时改进、完善和提升相关产品的性能，为北斗导航应用和第三方检验检测单位以及北斗导航国家、行业标准的制定提供基础数据。

2 北斗导航应用标准研究

2.1 总体思路

以车载导航终端整机为平台，按照车载导航终端整机产品设计流程，利用完整方案，从常规测试、可靠性测试、电磁兼容性测试、安全性测试等方面，分样机研发设计、小批量试生产、批量生产三个阶段，制定“十、百、千”试产样批投入计划，组织北斗导航天线、模块、车载导航终端生产和检测机构等多家单位的专职技术人员和试验人员组成测试小组，对国产北斗导航模块基本性能、与终端整机的匹配性、可靠性、电磁兼容性进行测试，对设计、生产测试过程中出现的问题进行信息交流和沟通，及时提出并讨论解决方案，对共性问题互相共享、共同解决，快速提升北斗导航模块性能。通过完整方案，掌握北斗导航模块和终端整机的性能特点，收集相关信息，为北斗导航应用标准的拟制提供基础数据。

北斗导航终端的技术要求、试验方法、检验规则等是产品标准的核心内容，在北斗导航产品的设计试制阶段，结合导航产品的特点和技术要求，进行大量的测试和试验，依据测试数据并参照国内外相关标准，拟定北斗导航应用标准草案。

2.2 北斗导航模块测试

测试小组对东方联星、和芯星通、中科微、西安华讯、东莞泰斗等单位提供的北斗导航模块进行了大量的反复测试，测试中出现的问题立即反馈给各模块生产单位进行改进和完善，同时，对各模块间存在的影响北斗导航应用的差异性问题进行详细记录，作为北斗导航模块标准规范制定的依据。国产北斗导航模块性能差异如表1所示。

品 牌	联 星	和 芯	中科微	华 讯	泰 斗
型 号	CC50-BG	UM220	ATGM330B	HX6330	TD3006B
外形尺寸（mm）	40×26.9	40×30	25.4×25.4	40×30	53.5×46.5
引脚数量	36	60	30	60	8
引脚间距（mm）	2.0	1.27	1.277和1.9 （同一模块上）	1.27	2.0
焊盘宽度（mm）	1.2	0.6	0.8	0.6	0.5×0.5插针
焊接方式	邮票孔	邮票孔	邮票孔	邮票孔	插针
工作电压（V）	3.3或5	3.3	3.3	3.3	3.3
串口数量	2	3	2	2	2
串口波特率（BPS）	9600	9600（1200—230400可配置）	115200	9600	9600
USB接口数量	1	——	——	——	——
USB接口标准	USB1.1、USB2.0	——	——	——	——
工作温度范围（℃）	-40—85	-40—85	-40—85	-40—85	——
存储温度范围（℃）	-55—85	-45—90	-45—95	-40—85	——

2.3 北斗导航终端测试

在各北斗导航模块外形尺寸、引脚排列、接口方式存在差异的情况下，导航终端生产单位利用已有的、成熟的导航终端产品，针对各型号北斗导航模块分别进行北斗导航终端产品的研发设计，结合汽车用导航产品性能和检测要求，进行北斗导航模块与车载终端整机的匹配性、电磁兼容性、环境适应性测试。通过测试，发现北斗导航模块存在的性能和功能方面的问题，并及时反馈给各模块生产单位进行改进和完善；找出各型号北斗导航模块在导航终端应用中存在的差异性问题，为北斗导航模块标准规范的制定收集基础数据；探索北斗导航终端测试和试验规范。各型号北斗导航模块在数据接口方面的差异如表2所示。

序号	内 容	差 异
1	BD、GPS、BD/GPS工作模式转换	命令不一致
2	冷、热、温启动模式转换	命令不一致
3	NMEA0183语句	标识符不一致，有的使用$GP，有的使用$BD，有的使用$GN
4	软件升级	命令和方式不一致，有的有专门的升级串口，可以直接升级；有的需要打开导航终端外壳，引出模块的串口线进行升级
5	北斗导航模块出厂信息输出	命令和信息内容不一致
6	天线争产、开路、短路状态检测	状态和方式不一致

3 北斗导航应用标准编制

3.1 编制北斗导航模块接口、软件协议规范

测试小组根据测试中出现的问题，尤其是影响北斗导航终端应用方面的问题，结合车载终端对导航模块的技术要求、市面主流GPS导航模块的性能特点、国产北斗导航模块的实际情况以及逐步小型化的趋势，为加快完善北斗关键部件技术，编制《车载终端用北斗导航模块接口规范》和《车载终端用北斗导航模块数据接口规范》，形成北斗导航模块标准规范。

3.1.1 北斗导航模块接口规范的特点

  统一北斗导航模块的引脚定义和排列，在兼容目前市面上主流GPS导航模块的同时，具有北斗导航模块自身特点。北斗导航模块类型如图1所示，外形尺寸如表3所示，引脚定义如表4所示。

标 注	尺 寸（mm）
	类型1	类型2	类型3	类型4
A	22.4+0.6/-0.1	29+0.6/-0.1	35+0.6/-0.1	40+0.6/-0.1
B	17.0±0.1	20±0.1	25±0.1	30±0.1
C	3.0±0.3	3.2±0.3	3.5±0.5	3.5±0.5
D	2.55+0.3/-0.1	3.5+0.3/-0.1	3.5+0.3/-0.1	5.6+0.3/-0.1
E	1.1±0.1	1.5±0.1	2.0±0.1	2.0±0.1
F	3.8±0.1	4.0±0.1	4.0±0.1	4.8±0.1
G	1.1±0.1	1.5±0.1	2.0±0.1	2.0±0.1
H	2.85+0.3/-0.1	3.5+0.3/-0.1	3.5+0.3/-0.1	5.6+0.3/-0.1
K	0.7±0.1	1.0±0.1	1.0±0.1	1.0±0.1
L	0.8±0.1	1.0±0.1	1.2±0.1	1.2±0.1
焊盘长度	2.2±0.2	2.2±0.2	2.2±0.2	2.2±0.2
邮票孔直径	0.5	0.7	0.8	0.8
说明	1、焊盘采用邮票孔方式 2、类型1完全兼容U-BLOX LEA-5、LEA-6等市面主流GPS导航模块 3、类型4为目前国产北斗导航模块所能达到的尺寸 4、类型3和类型2是国产北斗导航模块小型化发展方向

PIN	名称	I/O	描 述	备   注
1	TXD2	O	串口2	选配，差分
2	RXD2	I	串口2	选配，差分
3	TXD1	O	串口1	标配，通讯、升级
4	RXD1	I	串口1	标配，通讯、升级
5	PWR-DWN	I	模块备用休眠使能管脚，低电平为使模块进入休眠模式，高电平恢复正常工作模式，模块内部上拉	标配，0—3.6V 休眠模式时，模块电流小于1mA
6	VCC	——	电源正	3.0—3.6V
7	GND	——	电源地
8	VCC_OUT	O		选配
9	GPIO1	I/O	通用I/O	选配
10	nRESET	I	外部复位，低电平复位	选配
11	V_BCKP	I	备用电源输入，RTC和SRAM电压	标配，1.8V—3.6V
12	nBOOT	I	模块厂商程序升级使用，用户应用程序时不接	选配
13	GND	——	电源地
14	GND	——	电源地
15	GND	——	电源地
16	RF_IN	I	天线输入端	标配
17	GND	——	电源地
18	VCC_RF	O	VCC输出	选配，VCC输出
19	V_ANT	I	天线电压输入端	选配
20	AADET_N	I	天线检测	选配
21	GPIO2	I/O	通用I/O	选配
22	FWD	I	前进、后退信号，惯性导航用；前进为高电平，后退为低电平，模块内部上拉	选配，0—3.6V
23	SPEED	I	车速线接入接口，惯性导航用；原车车速脉冲输入，模块内部上拉	选配，0—3.6V
24	USB_VDD	I	USB电源	选配
25	USB_DM	I/O	USB数据	选配
26	USB_DP	I/O	USB数据	选配
27	GPIO3	I/O	通用I/O	选配
28	TIME PULSE	O	1PPS（秒脉冲输出），默认上升沿对齐	标配
说明	1、大众导航市场使用的北斗导航模块，未涉及北斗一号通讯功能 2、模块具有天线短路保护和检测功能，检测信息通过协议输出 3、天线开路检测由模块外部的终端产品提供

3.1.2 功能方面的特点

  在功能方面完全兼容GPS导航模块，增加差分、天线短路检测、惯性导航、USB接口、通用I/O接口等功能，方便多功能、多领域、多系统应用。

3.1.3 使用方面的特点

  统一引脚排列，在同一PCB上同时预留4种模块的焊接位置，方便不同模块之间的直接替换，更方便国产北斗导航模块小型化改进时的测试、试用和使用，减少北斗导航终端生产商针对不同导航模块所需进行的PCB设计和反复测试、改进、完善所带来的麻烦，节省终端生产企业的人力和财力资源。所测试的北斗导航模块存在需要改进和完善的缺陷暂时不能满足使用要求时，可以使用其它北斗导航模块或者GPS导航模块直接替换，不影响导航终端整机的使用，充分利用终端整机资源，消除车载终端生产企业使用北斗导航模块的顾虑。

3.1.4 数据接口协议特点

  参考国家卫星导航定位总站《用户设备接口》数据结构协议，增加终端产品调试、测试、设置等统一的自定义信息，在符合国家北斗终端产品数据接口要求的同时，方便各车载终端生产企业使用一套测试软件完成不同生产企业提供的北斗导航模块的调试、测试和生产。《车载终端用北斗导航模块数据接口规范》自定义信息语句格式如表5所示。

序 号	语句标识符	语句内容	备 注
1	$CFINF	产品输入/输出信息	标配
2	$CFACK	执行指令的回应	标配
3	$CFFLH	设置定位更新率	标配
4	$CFNME	设置要求输出或停止输出的NMEA语句	标配
5	$CFMOD	设置工作模式	标配
6	$CFCHW	启动模式（冷、热、温）	标配
7	$CFANT	天线状态检测（短路、开路、正常）	标配
8	$CFRST	复位信息	选配
9	TIMTP	授时脉冲输出	选配

3.2 编制北斗导航模块测试规范

目前，导航模块等部件在国内没有统一的国家、行业标准和规范，各导航终端生产单位一般根据自身产品的特点和最终用户（如车厂）的要求进行检验和测试，前装车载导航终端产品一般按照所配车型根据车厂的要求对车载导航终端整机进行检验和测试，后装车载导航终端产品有的只进行简单的测试就投放到市场上，导致市场上的导航产品鱼龙混杂，良莠不齐。因此，需要统一的标准和规范确保北斗导航模块的性能和质量，保证“北斗”品牌和北斗导航应用产业化推广。

  测试小组根据北斗导航模块的特点，综合导航模块生产商、导航终端生产商和导航终端用户对导航产品的关注点，综合北斗导航模块测试经验，编写了《北斗车载定位模块试验规范》，通过车载终端整机系统平台对北斗导航模块进行规范性检验、检测、试验，确保投放市场使用的北斗导航模块性能稳定、质量可靠，为北斗导航应用产业化推广奠定基础。

3.3 编制北斗导航终端试验规范

目前，我国在卫星导航应用方面的标准和规范主要有《GB/T 19392-2003 汽车GPS导航系统通用规范》、《GB/T 19056-2012 汽车行驶记录仪》和《JT／T794-2011道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》，其主要针对GPS终端整机产品，不能满足现行北斗导航应用的实际需求。

针对北斗车载导航应用目前尚无国家和行业标准的情况，为规范北斗车载导航终端产品的生产、测试和检验，根据北斗车载导航终端产品的技术特点和车载导航终端产品检验、检测实际，参照相关国际、国家、行业标准，编制了《北斗车载导航终端试验规范》，为第三方检验检测单位和北斗导航国家、行业标准的制定提供基础资料。

4 北斗导航应用标准研究的实际意义

《车载终端用北斗导航模块接口规范》和《车载终端用北斗导航模块数据接口规范》被交通部示范项目作为参考，在“重点运输过程监控管理服务示范系统工程BD2 B1/GPS L1双模模块选型公开招标文件”中引用，为北斗行业示范应用提供了帮助。

《车载终端用北斗导航模块接口规范》被国内和境外主要北斗导航芯片、模块企业采用，形成了北斗导航模块标准，为北斗导航模块统型打下了基础，指明了方向。

《北斗车载定位模块试验规范》和《北斗车载导航终端试验规范》被国内北斗车载终端企业选用，深圳市汽车电子产品检测与鉴定技术服务平台采用《北斗车载导航终端试验规范》和《北斗车载定位模块试验规范》为众鸿、科维、雅迅、博实结、信达等北斗车载终端企业的北斗车载终端产品以及东方联星、和芯星通、中科微、西安华讯、东莞泰斗等北斗导航模块进行了测试和试验。

通过北斗导航应用标准的研究和实施，使国内主流北斗导航模块得到了快速定型和应用，在满足北斗大众车载应用的同时，利用北斗导航应用标准研究成果，测试小组核心成员单位承担的北斗车载终端应用与产业化、客车专用北斗导航多媒体终端、基于北斗的多模多频高精度测量型OEM板卡研发及产业化、北斗多模车载监控模块关键技术研发及应用、基于北斗/GPS的“重点运输过程监控管理服务示范系统工程”双模模组的研制等项目获得了发改委2012年卫星及应用产业发展专项资助。

5 结束语

本文通过北斗导航应用标准的研究和实践，建立了国产北斗导航模块和北斗车载导航终端产品的测试、试用、试验规范，进行了满足大众车载市场使用需求的国产北斗导航终端产品的研制、试验和定型，对国产北斗导航模块在尺寸、引脚、硬件接口和数据协议等方面进行统型，促进了国产北斗导航模块性能的快速完善和接口的统一，协助北斗导航模块研制单位解决了相关技术问题，带动了国产北斗导航模块的性能升级和功能完善，推动了北斗在大众车载市场的应用推广，为北斗导航国家和行业标准的制定打下了基础。

参考文献
1、GB/T 19392-2003 汽车GPS导航系统通用规范
2、GB/T 19056-2012 汽车行驶记录仪
3、GB/T 17619-1998 机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法
4、GB/T 19951-2005 道路车辆 静电放电产生的电骚扰试验方法
5、GB/T 17626.2-2006 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验
6、GB/T 20512-2006 GPS接收机导航定位数据输出格
7、北斗卫星导航系统. http://www.beidou.gov.cn

作者简介:
陈学友，男，出生于1968年7月，高级工程师，嘉兴佳利电子股份有限公司副总经理，现主要负责中国北斗车载应用产业联盟北斗车载应用产业化推广工作。