國際衛(wèi)星搜救系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究

許冬彥 張海濤 周玉霞 鄂志東

（1 中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所， 北京， 100071，2 中星國恒 （北京） 科技有限公司， 北京， 100053）

國際搜救衛(wèi)星系統(tǒng) （COSPAS-SARSAT） 的宗旨是為陸地、 空中， 特別是海上遇險目標(biāo)提供準(zhǔn)確、 及時、 可靠的遇險警報， 從而讓搜救部門根據(jù)遇險警報中的位置信息， 展開救援活動。 國際海事組織 （IMO） 將 COSPAS-SARSAT 納入到《海上人命與安全公約》 中， 并明文要求 300 噸以上的船舶必須配備相關(guān)的遇險定位與搜救設(shè)備。 國際民航組織 （ICAO） 也對航空器在裝備遇險定位與搜救設(shè)備方面進(jìn)行了明確的規(guī)定和要求。 2018 年 9 月升空的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星 （MEO-13星、 MEO-14 星） 上首次搭載了搜救載荷， 標(biāo)志著北斗衛(wèi)星正式加入國際搜救衛(wèi)星行列， 我國由空間設(shè)備使用國變?yōu)樵O(shè)備提供國。 本文對COSPAS-SARSAT 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行了研究， 為體系化建立我國衛(wèi)星搜救標(biāo)準(zhǔn)化文件提供技術(shù)參考。

1 COSPAS-SARSAT 基本情況

1981 年， 美國、 前蘇聯(lián)、 法國和加拿大聯(lián)合開發(fā)了一種利用衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行定位和搜救數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)的系統(tǒng)， 也就是 COSPAS-SARSAT， 并成立了國際搜救衛(wèi)星組織， 秘書處設(shè)在加拿大蒙特利爾， 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的日常運(yùn)行和管理工作。 系統(tǒng)主要為全球范圍內(nèi)船舶、 民用航空器和個人用戶提供遇險報警信息服務(wù)[1]。 目前國際搜救衛(wèi)星組織共有43 個成員， 這些國家和地區(qū)依據(jù)各自技術(shù)和建設(shè)力量的不同分為 “空間設(shè)備提供國”“地面設(shè)備提供國” “地面設(shè)備操作者” 和 “用戶”。 隨著北斗搜救衛(wèi)星的發(fā)射， 我國在國際搜救衛(wèi)星組織內(nèi)部同時擁有上面4 種身份[2]。

COSPAS-SARSAT 初期使用的是極低軌道衛(wèi)星 （LEOSAR）， 后來開始在同步軌道衛(wèi)星上攜帶搜救載荷。 雖然加入了靜止軌道衛(wèi)星（GEOSAR）， 但是 LEOSAR 和 GEOSAR 數(shù)量不足， 技術(shù)上也有點缺陷， 難以滿足系統(tǒng)整體的需要 ， 于 是 從 2000 年 開 始 ， GPS、 GLONASS、GALILEO 的中軌道衛(wèi)星開始搭載搜救載荷。 中軌道衛(wèi)星 （MEOSAR） 搜救系統(tǒng)的空間資源形成后， 國際衛(wèi)星搜救系統(tǒng) （COSPAS-SARSAT） 開始研發(fā) MEOSAR 系統(tǒng)技術(shù)。 MEOSAR 由于離地面近， 定位精度更高， 等待時間更短， 全球覆蓋能力更強(qiáng)， 因此國際搜救衛(wèi)星組織將在未來大力發(fā) 展 MEOSAR 搜 救 系 統(tǒng) ， 使 用 LEOSAR 和GEOSAR 的搜救系統(tǒng)將逐步被取代。 2018 年后，包括中國中軌道搜救系統(tǒng)在內(nèi)的MEOSAR 開始在全球范圍內(nèi)部署， 并在衛(wèi)星搜救業(yè)務(wù)中發(fā)揮的作用越來越大。

2 COSPAS-SARSAT 系統(tǒng)組成

COSPAS-SARSAT 由衛(wèi)星搜救載荷、 地面處理系統(tǒng)和衛(wèi)星用戶終端 （遇險示位標(biāo)） 3 個部分組成。 其中， 地面處理分系統(tǒng)又可分為本地用戶接收終端 （LUT） 和搜救任務(wù)控制中心 （MCC）兩部分[1]。

2.1 衛(wèi)星搜救載荷

衛(wèi)星搜救載荷的作用是接收遇險示位標(biāo)發(fā)出的 406MHz 信號， 將其變頻為 L 或 S 頻段信號，并發(fā)送給地面LUT 站。 遇險專用頻率有 2 種：一種是 1544MHz～1545MHz （L 頻段）， 一種是2226MHz～2227MHz （S 頻段）。

2.2 地面處理系統(tǒng)

地面處理系統(tǒng)包括本地用戶接收終端（LUT） 和搜救任務(wù)控制中心 （MCC）。 LUT 的主要工作有： ①根據(jù)衛(wèi)星星歷表跟蹤覆蓋區(qū)內(nèi)的過境衛(wèi)星； ②接收搜救衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)下來的遇險示位信標(biāo)信號， 進(jìn)行解調(diào)解碼后得到信標(biāo)識別碼和位置數(shù)據(jù)， 然后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給對應(yīng)的MCC。MCC 可以連接 1 個 LUT， 也可以連接多個 LUT，同時與COSPAS-SARSAT 系統(tǒng)內(nèi)部的其他MCC相連， 主要完成的工作有： ①收集、 整理、 儲存和分類從 LUT 與其他MCC 送來的數(shù)據(jù)； ②通過既定的規(guī)則過濾虛假報警， 解除模糊值， 把報警和定位數(shù)據(jù)分發(fā)到有關(guān)的搜救協(xié)調(diào)中心 （RCC）或搜救協(xié)調(diào)點。

2.3 衛(wèi)星用戶終端 （遇險示位標(biāo)）

搜救衛(wèi)星用戶終端也就是遇險示位標(biāo)， 主要用于在用戶遇險時發(fā)射406MHz 信號。 COSPASSARSAT 對示位標(biāo)的信號形式的設(shè)計經(jīng)歷了一代示位標(biāo)和二代示位標(biāo)。 一代示位標(biāo)信道帶寬為3KHz、 授權(quán)管理。 二代示位標(biāo)采用信號帶寬為80kHz 的擴(kuò)頻寬帶信號， 目前僅能支持MEOSAR系統(tǒng)[3]。

3 衛(wèi)星搜救系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

COSPAS-SARSAT 經(jīng)過長時間的發(fā)展， 已經(jīng)形成了成體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范庫， 可以從技術(shù)、 法規(guī)、 協(xié)議和運(yùn)營等各個方面去規(guī)范各地區(qū)的衛(wèi)星搜救系統(tǒng)建設(shè)， 這些文件被各國遵守。

3.1 COSPAS-SARSAT 標(biāo)準(zhǔn)文件庫

COSPAS-SARSAT 形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范庫， 主要包括 A、 D、 G、 P、 R、 S、 T 系列標(biāo)準(zhǔn)文件庫， 具體內(nèi)容見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范庫介紹

標(biāo)準(zhǔn)文件庫中， COSPAS-SARSAT 運(yùn)營類文件 （含 MCC 標(biāo)準(zhǔn)） 主要在 C/S A 系列。 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件主要是 C/S T 系列。 D、 G、 P、 R、 S 類文件庫主要是涉及到系統(tǒng)介紹、 技術(shù)綜述類文章、 管理政策、 法規(guī)、 運(yùn)行計劃報告等。

3.2 重要標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容介紹

a） Cospas 搜救衛(wèi)星數(shù)據(jù)分發(fā)計劃 （DDP）A.001 文件

A.001 文件是按照 1988 年 COSPAS-SARSAT計劃協(xié)議 （ICSPA） 和相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范要求而制定的運(yùn)行文件。 規(guī)定了國際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)對全球遇險報警數(shù)據(jù)和相關(guān)運(yùn)行信息的區(qū)域分布計劃， 以及通過任務(wù)控制中心， 對報警數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)的處理規(guī)程和管理程序。

b） MCC 標(biāo)準(zhǔn)接口說明 （SID） A.002 文件

A.002 文件是以 1988 年 COSPAS-SARSAT 計劃協(xié)議 （文件C/S P.001） 和其他相關(guān)文件為依據(jù)， 對各任務(wù)控制中心之間的報文種類和內(nèi)容格式， 以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)接口參數(shù)等進(jìn)行了規(guī)定， 還提供了任務(wù)控制中心之間的全部來往報文的定義和信息交換接口。 文件規(guī)定了所有報文的結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議， 規(guī)定了各類報文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)、 報頭種類、 定義字段、 來源代碼、 時間參數(shù)、 星歷識別、位置數(shù)據(jù)、 用戶信息和報尾符號等相關(guān)內(nèi)容。

c） MCC 性能規(guī)范和設(shè)計指南 A.005 文件

A.005 文件是搜救衛(wèi)星系統(tǒng)任務(wù)控制中心（MCC） 系統(tǒng)的性能標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計指南。 定義了MCC 的主要功能、 業(yè)務(wù)范圍， 性能描述， 任務(wù)定義、 工作種類、 處理流程和主要技術(shù)指標(biāo)。 還描述了MCC 的功能實現(xiàn)方式、 性能要求、 任務(wù)操作和設(shè)計規(guī)范等內(nèi)容。 對節(jié)點MCC 還提出了特別的任務(wù)和處理要求。

d） MCC 調(diào)試標(biāo)準(zhǔn) A.006 文件

A.006 文件介紹和定義了新建任務(wù)控制中心（MCC） 的入網(wǎng)啟用測試標(biāo)準(zhǔn)， 用以驗證新建MCC 和 “節(jié)點” MCC 系統(tǒng)是否符合 C/S A.005文件所規(guī)定的相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計指南。 文件描述了新建MCC 在入網(wǎng)啟用測試過程中所需要確保的所有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和性能要求， 以保證新建MCC 設(shè)備在入網(wǎng)運(yùn)行后， 能夠按照相關(guān)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定運(yùn)行。

e） 406MHz 遇險信標(biāo)規(guī)范 T.001 文件

T.001 文件對406MHz 遇險信標(biāo)的性能進(jìn)行了規(guī)范， 確保生成的406MHz 遇險信標(biāo)符合規(guī)范要求， 能夠被全球的LUT 站接收解調(diào)， 從而定位出遇險信標(biāo)位置[4]。

f） 406MHz 遇險信標(biāo)型式認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) T.007文件

T.007 文件對406MHz 遇險信標(biāo)型式認(rèn)證進(jìn)行了規(guī)范， 對信標(biāo)認(rèn)證的設(shè)備、 認(rèn)證測試方法、測試結(jié)果進(jìn)行了定義， 確保待認(rèn)證的406MHz 遇險信標(biāo)符合規(guī)范要求， 可以作為正式的遇險信標(biāo)使用。

g） MEOSAR 的 406MHz 有效載荷說明 T.016文件

T.016 文件描述了 MEOSAR 的 406MHz 有效載荷的性能進(jìn)行了描述， 確保中軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可以轉(zhuǎn)發(fā)406MHz 遇險信標(biāo)信號， 作為MEOSAR空間段資源使用。

h） MEOSAR 空間段入網(wǎng)驗證測試標(biāo)準(zhǔn)T.017文件

T.017 文件描述了MEOSAR 空間段入網(wǎng)驗證測試的方法和測試結(jié)果合格范圍， 確保待入網(wǎng)的MEOSAR 空間段符合系統(tǒng)要求， 可以作為信標(biāo)信號轉(zhuǎn)發(fā)器使用。

i） MEOLUT 性能規(guī)范和設(shè)計指南 T.019 文件

T.019 文件描述了中軌道搜救衛(wèi)星地面接收站 （MEOLUT） 的性能規(guī)范和設(shè)計指南， 定義了MEOLUT 的主要功能、 業(yè)務(wù)范圍、 性能描述、 任務(wù)定義、 工作種類、 處理流程和主要技術(shù)指標(biāo)。還描述了MEOLUT 的功能實現(xiàn)方式、 性能要求、任務(wù)操作和設(shè)計規(guī)范等內(nèi)容[5]。

j） MEOLUT 調(diào)試及入網(wǎng)驗證測試標(biāo)準(zhǔn) T.020文件

T.020 文件介紹和定義了對新建中軌道搜救衛(wèi)星地面接收站 （MEOLUT） 的入網(wǎng)啟用測試標(biāo)準(zhǔn)。 用以驗證新建 MEOLUT 系統(tǒng)是否符合 C/S T.019 文件所規(guī)定的相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范。文件描述了新建MEOLUT 站在入網(wǎng)啟用測試過程中所需要確保的所有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和性能要求， 以保證新建 MEOLUT 設(shè)備在入網(wǎng)運(yùn)行后，能夠按照國際組織相關(guān)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 我國衛(wèi)星搜救系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建建議

我國的搜救系統(tǒng)是國際衛(wèi)星搜救系統(tǒng)的組成部分， 按照國際搜救衛(wèi)星組織對相關(guān)衛(wèi)星、 信標(biāo)、 地面接收站、 入網(wǎng)啟用測試等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件執(zhí)行， 針對我國衛(wèi)星搜救系統(tǒng)建設(shè)有2 個層面的需求： 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)需求 （系統(tǒng)建設(shè)、 運(yùn)營的一些頂層設(shè)計和相關(guān)政策法規(guī)及管理計劃等）， 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需求 （相關(guān)系統(tǒng)、 相關(guān)設(shè)備的具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）。我們可以充分借鑒國際衛(wèi)星搜救系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)庫已有標(biāo)準(zhǔn)， 梳理提出我國的衛(wèi)星搜救系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建建議， 具體如圖1 所示。

衛(wèi)星搜救系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系由管理標(biāo)準(zhǔn)、 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、 運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)3 個一層分支構(gòu)成。 其中管理標(biāo)準(zhǔn)框架包括業(yè)務(wù)管理、 頻軌協(xié)調(diào)、 入網(wǎng)驗證3 個子分支， 規(guī)劃8 項標(biāo)準(zhǔn)。 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)框架包括系統(tǒng)總體、 搜救衛(wèi)星、 地面處理系統(tǒng)、 用戶終端3 個子分支， 規(guī)劃14 項標(biāo)準(zhǔn)。 運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)框架包括系統(tǒng)運(yùn)行和系統(tǒng)運(yùn)營2 個子分支， 規(guī)劃8 項標(biāo)準(zhǔn)。 總體系共30 項標(biāo)準(zhǔn)。

COSPAS-SARSAT 在全球得到廣泛支持和應(yīng)用， 為了更好促進(jìn)和規(guī)范我國成為空間設(shè)備提供者， 本文基于國際衛(wèi)星搜救系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究分析， 針對相關(guān)搜救載荷、 終端研制和應(yīng)用， 提出我國衛(wèi)星搜救系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架和標(biāo)準(zhǔn)項目建議。