Codeofchina.com is in charge of this English translation. In case of any doubt about the English translation, the Chinese original shall be considered authoritative.
This standard is developed in accordance with the rules given in GB/T 1.1-2009.
This standard was proposed by the Equipment Development Department of Central Military Commission.
This standard is under the jurisdiction of the National Technical Committee on BeiDou Satellite Navigation System of Standardization Administration of China(SAC/TC 544).
General specification for GNSS navigation receivers onboard low earth orbit satellite
1 Scope
This standard specifies the technical requirements, test methods, inspection rules, as well as labeling, packaging, Transport and storage of GNSS navigation receivers onboard low earth orbit satellite.
This standard is applicable to the development, production, testing, application and inspection of GNSS navigation receivers onboard low earth orbit satellite. Other GNSS navigation receivers for low earth orbit (LEO) spacecraft may also be used for reference.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this standard. For dated references, only the edition cited applies. For undated reference, the latest edition of the referenced documents (including any amendments) applies.
GB/T 9969 General principles for preparation of instructions for use of industrial products
GB/T 32304 Electrostatic discharge protection requirements for aerospace electronic products
GB/T 39267 Terminology for BeiDou navigation satellite system (BDS)
QJ 1417-1988 Reliability parts derating criteria
QJ 1729 Test methods for aerospace antenna
QJ 1947 Definitions of terms for antennas
QJ 2172-1991 Guide to satellite reliability design
GJ 2266 Electromagnetic compatibility requirements for space systems
QJ 2438 Technological requirements for packaging spacecraft
QJ 2630.1 Space environment test methods for spacecraft modules—Part 1: Thermal vacuum test
QJ 2630.2 Space environment test method for satellite units—Thermal Balance test
QJ 2630.3 Space environment test methods for spacecraft modules—Part 3: Vacuum discharge test
QJ 20073 Requirements and test methods of satellite electromagnetic compatibility
QJ 20422.6 Environment test methods for spacecraft unit—Part 6: Acceleration test
QJ 20422.7 Environment test methods for spacecraft unit—Part 7: Vibration test
QJ 20422.9 Environment test methods for spacecraft unit—Part 7: Impact test
3 Terms and definitions, Abbreviations
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in GB/T 39267 and QJ 1947 and the following apply.
3.1.1
acquisition sensitivity
required lowest signal level when a receiver captures navigation signals and conducts normal positioning after being started up in a time when approximate position, approximate time, ephemeris and almanac are unknown
3.1.2
antenna gain
ratio of radiation intensity of an omni-directional antenna in the case that radiation intensity of the antenna in a given direction is the same as input power
Note 1: If the direction is not given, it refers to the direction of the maximum radiation intensity of the given antenna.
Note 2: If the antenna has no loss, it means that the absolute gain of the antenna in a given direction is the same as its directivity coefficient in numerical value.
Note 3: Usually expressed in decibels.
3.1.3
axial ratio
ratio of long axis to short axis of elliptically polarized wave
3.1.4
GNSS signal simulator
equipment for simulating the generation of GNSS satellite signals, which usually is used for testing, inspecting and calibrating receivers
Note: It is usually used for testing, inspection and calibration of the receiver. Generally, it includes data simulation and ratio frequency (RF) signal simulation.
3.1.5
orbital elements
a set of parameters describing the running status of a satellite in its orbit
Note: It includes orbital semi-major axis, orbital eccentricity ratio, orbital inclination, right ascension of ascending node, perigee argument, and mean anomaly.
3.1.6
technical specification
relevant technical requirements documents issued by a satellite developer to a receiver developer
Note: It generally includes satellite design and construction specifications, interface data sheets, environmental test specifications.
3.1.7
single event latch-up
state in which low resistance and high current is formed after single high-energy particle triggers and turns on a parasitic thyristor in a device
3.1.8
test scenario
series of configurations of test signals to complete specific functions and performance tests
Note: These configurations include navigation constellation and signal configuration, signal propagation environment configuration and receiver dynamic configuration.
3.1.9
time to first fix (TTFF)
time required for the receiver to acquire the correct fixing for the first time
3.1.10
total dose radiation hardness
sum of the maximum radiation dose that a material or device can bear
3.1.11
tracking sensitivity
required lowest signal level for maintaining navigation signal tracking and normal fixing after the receiver conducts normal fixing
3.2 Abbreviations
For the purposes of this standard, the following abbreviations apply.
1PPS: 1 pulse per second
BDCS: BeiDou coordinate system
BDS: Beidou Navigation Satellite System
CVCM: collected volatile condensable material
Galileo: Galileo navigation satellite system
GLONASS: GLObal navigation satellite system
GNSS: global navigation satellite system
GPS: global positioning system
PDOP: position diligence of precision
RMS: root mean square
TML: total mass loss
WGS-84: world geodetic system 1984
4 Requirements
4.1 Composition
GNSS navigation receivers onboard low earth orbit satellite (hereinafter referred to as "the receiver") shall include the following components:
a) GNSS antenna, including antenna body, antenna housing (optional) and antenna stand (optional);
b) Complete receiver machine or receiver board (hereinafter referred to as GNSS host);
c) Accessories (including cables, connector protection sockets).
4.2 Structure and appearance
The receiver structure and appearance requirements are as follows:
a) The surface of GNSS antenna generally requires spraying thermal control coating or complying with regulations of technical specification;
b) There is no trace of thermal control coating treatment on the inner wall of antenna mounting hole, and there shall not be thermal control coating on the mounting surface;
c) GNSS host shall be equipped with sufficient rigidity and mechanical strength;
d) The board shall be treated with moisture-proof, mould-proof and salt mist proof;
e) The external surface of each component shall be free from such defects as dents, scratches, cracks or deformations.
f) The coating (plating) shall not be blistered, cracked or fall off;
g) Metal parts shall not be corroded or has other mechanical damages.
h) The fasteners shall be free of looseness.
4.3 Labeling
The labeling requirements of the receiver are as follows:
a) Words, symbols and marks shall be clear.
b) Product code and batch number shall be on the product.
Foreword i
1 Scope
2 Normative references
3 Terms and definitions, Abbreviations
3.1 Terms and definitions
3.2 Abbreviations
4 Requirements
4.1 Composition
4.2 Structure and appearance
4.3 Labeling
4.4 Components and raw materials
4.5 Mechanical, electrical and thermal interfaces
4.6 Function requirements
4.7 Performance requirements
4.8 Requirements for environmental adaptability
4.9 Reliability
4.10 Safety
4.11 Electromagnetic compatibility
5 Test methods
5.1 Test environment conditions
5.2 Test equipment
5.3 Composition inspection
5.4 Structure and appearance inspection
5.5 Labelling inspection
5.6 Inspection of components and raw materials
5.7 Inspection of mechanical, electrical and thermal interfaces
5.8 Function test
5.9 Performance test
5.10 Environmental adaptability test
5.11 Reliability inspection
5.12 Safety inspection
5.13 EMC test
6 Inspection rules
6.1 Inspection classification
6.2 Appraisal inspection
6.3 Acceptance inspection
6.4 Inspection items and sequence
6.5 Judgment rules
7 Labeling, packaging, transport and storage
7.1 Labeling
7.2 Packaging
7.3 Transport and storage
8 Instructions for use
8.1 Preparation of instruction for use
8.2 Verification method of instructions for use
Annex A (Informative) GNSS signal frequency point and bandwidth
Annex B (Informative) Setting method of typical LEO dynamic test scenario
Annex C (Informative) Typical test conditions of environmental adaptability
低軌星載GNSS導航型接收機通用規范
1 范圍
本標準規定了低軌星載全球衛星導航系統(GNSS)導航型接收機的技術要求、測試方法、檢驗規則以及標志、包裝、運輸、貯存等內容。
本標準適用于低軌星載GNSS導航型接收機的研制、生產、測試、使用和檢驗。其他用于低軌航天器的GNSS導航型接收機也可參考使用。
2 規范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T 9969 工業產品使用說明書 總則
GB/T 32304 航天電子產品靜電防護要求
GB/T 39267 北斗衛星導航術語
QJ 1417—1988 元器件可靠性降額準則
QJ 1729 航天天線測試方法
QJ 1947 天線術語
QJ 2172—1991 衛星可靠性設計指南
QJ 2266 航天系統電磁兼容性要求
QJ 2438 航天器包裝技術要求
QJ 2630.1 航天器組件空間環境試驗方法 第1部分：熱真空試驗
QJ 2630.2 衛星組件空間環境試驗方法 熱平衡試驗
QJ 2630.3 航天器組件空間環境試驗方法 第3部分：真空放電試驗
QJ 20073 衛星電磁兼容性試驗要求及方法
QJ 20422.6 航天器組件環境試驗方法 第6部分：加速度試驗
QJ 20422.7 航天器組件環境試驗方法 第7部分：振動試驗
QJ 20422.9 航天器組件環境試驗方法 第9部分：沖擊試驗
3 術語和定義、縮略語
3.1 術語和定義
GB/T 39267和QJ 1947界定的以及下列術語和定義適用于本文件。
3.1.1
捕獲靈敏度 acquisition sensitivity
接收機在概略位置、概略時間、星歷和歷書未知的狀態下開機，捕獲導航信號并正常定位所需的最低信號電平。
3.1.2
天線增益 antenna gain
天線在給定方向的輻射強度與輸入功率相同的情況下全向天線的輻射強度之比。
注1：如方向未給定，則指給定天線最大輻射強度的方向。
注2：如天線無損耗，則指給定方向上天線的絕對增益在數值上和它的方向性系數相同。
注3：通常以分貝表示。
3.1.3
軸比 axial ratio
橢圓極化波的長軸與短軸之比。
3.1.4
GNSS信號模擬源 GNSS signal simulator
模擬產生GNSS衛星信號的設備，通常用于接收機的測試、檢驗和校準。
注：通常用于接收機的測試.檢測和校準。一般包括數據仿真和射頻信號仿真。
3.1.5
軌道根數 orbital elements
描述衛星在其軌道運行狀態的一組參數。
注：包括軌道半長軸、軌道偏心率，軌道傾角、升交點赤經、近地點幅角、平近點角。
3.1.6
專用技術文件 technical specification
衛星研制方對接收機研制方下發的相關技術要求文件。
注：一般包含衛星設計與建造規范、接口數據單、環境試驗規范等。
3.1.7
單粒子鎖定 single event latch-up
單個高能粒子將器件內寄生的可控硅觸發開啟，形成低電阻、大電流狀態。
3.1.8
測試場景 test scenario
為完成特定的功能和性能測試而對測試信號進行的一系列配置。
注：如導航星座及信號配置、信號傳播環境配置、接收機動態配置等。
3.1.9
首次定位時間 time to first fix
接收機開機至獲得首次正確定位所需的時間。
3.1.10
抗輻照總劑量 total dose radiation hardness
材料或器件所能承受的最大輻照劑量的總和。
3.1.11
跟蹤靈敏度 tracking sensitivity
接收機在正常定位后，能夠繼續保持對導航信號的跟蹤和正常定位所需的最低信號電平。
3.2 縮略語
下列縮略語適用于本文件。
1PPS：秒脈沖(1 pulse per second)
BDCS：北斗坐標系(BeiDou coordinate system)
BDS：北斗衛星導航系統(BeiDou navigation satellite system)
CVCM：真空可凝聚揮發物(collected volatile condensable material)
Galileo：伽利略衛星導航系統(Galileo navigation satellite system)
GLONASS：格洛納斯衛星導航系統(GLObal navigation satellite system)
GNSS：全球衛星導航系統(global navigation satellite system)
GPS：全球定位系統(global positioning system)
PDOP：位置精度因子(position dilution of precision)
RMS：均方根(root mean square)
TML：總的質量損失(total mass loss)
WGS-84：1984世界大地坐標系(world geodetic system 1984)
4 要求
4.1 組成
低軌星載GNSS導航型接收機(以下簡稱接收機)應包括下列組成部分：
a) GNSS天線，包含天線本體、天線罩(可選)、天線支架(可選)；
b) 接收機設備整機或接收機板卡(以下簡稱GNSS主機)；
c) 配件(包含線纜、接插件保護插座等)。
4.2 結構和外觀
接收機結構和外觀要求如下：
a) GNSS天線表面狀態一般要求噴涂熱控涂層或符合專用技術文件的規定；
b) 天線安裝孔內壁無熱控涂層處理痕跡，安裝面不應有熱控涂層；
c) GNSS主機應具備足夠的剛度和機械強度；
d) 板卡應進行防潮、防霉、防鹽霧處理；
e) 各部件外表面應無凹痕、劃傷、裂縫.變形等缺陷；
f) 涂(鍍)層不應起泡、龜裂或脫落；
g) 金屬零件不應有銹蝕和其他機械損傷；
h) 緊固件無松動現象。
4.3 標識
接收機標識要求如下：
a) 文字符號及標志應清晰；
b) 產品上應有產品代號、批次號。
4.4 元器件和原材料
4.4.1 元器件選用
接收機元器件選用要求如下：
a) 選用元器件應滿足空間環境使用要求；
b) 選用元器件應符合專用技術文件的規定；
c) 選用元器件的參數及其允許使用環境時，應考慮在任何情況下不超過其極限值或最大額定值，并應符合QJ 1417—1988的Ⅰ級降額要求。
4.4.2 原材料選用
接收機原材料選用要求如下：
a) 選用原材料應滿足空間環境使用要求；
b) 若使用不同的金屬材料，應根據專用技術文件要求進行防護處理；
c) 若使用非金屬材料，應控制TML小于1％，CVCM小于1％。
4.5 機電熱接口
4.5.1 機械接口
接收機機械接口要求如下：
a) 接收機幾何尺寸、質量、結構設計應符合專用技術文件中機械接口要求；
b) 接收機基頻應避開航天器結構基頻或符合專用技術文件的規定；
c) 天線的安裝法蘭或支架一般與航天器艙壁相連。
4.5.2 電接口
接收機電接口要求如下：
a) GNSS天線與GNSS主機射頻接口通過同軸型50Ω的電連接器連接；
b) 反紋波要求應根據專用技術文件需求進行設定；
c) 接收機設備整機多點接衛星結構地，搭接阻值一般小于10 mΩ或符合專用技術文件的規定；
d) 接收機應具有1553B總線、CAN總線、RS422或RS232等一種或多種通用衛星通信接口；
e) 接收機應支持外部電源接入，電源輸入端應設計過流保護電路，電壓范圍滿足專用技術文件規定；
f) 抑制浪涌電流設計應滿足專用技術文件規定。
4.5.3 熱接口
接收機熱接口要求如下：
a) 天線表面(安裝面除外)一般要求噴涂熱控涂層，半球發射率不小于0.85或符合專用技術文件的規定；
b) 接收機主機表面(安裝面除外)應進行表面處理，半球發射率不小于0.85或符合專用技術文件的規定；
c) 安裝面應全熱接觸(接收機板卡除外)。
4.5.4 其他接口
接收機其他接口應符合相應專用技術文件的要求。
4.6 功能要求
4.6.1 導航定位
接收機應提供BDCS坐標系或WGS-84坐標系下的實時位置、速度、時間。
4.6.2 授時
接收機應提供秒脈沖，輸出高低脈沖可設置，脈寬可調，并給出對應秒脈沖的時間值。
4.6.3 多星座兼容
接收機應具有一個或多個導航定位系統(如GPS、Galileo、GLONASS、BDS)的定位功能。
4.6.4 容錯與恢復
接收機應具備自主故障檢測、屏蔽和恢復功能，一般包括：
a) 應具備自主故障檢測功能；
b) 應具備對單粒子效應的防護及故障修復功能；
c) 應對關鍵數據進行三備份存儲和比對后使用；
d) 應對程序固化存儲區進行加固處理和加載過程容錯。
4.6.5 狀態輸出
接收機應具備工作狀態的輸出功能，一般包括：
a) 接收機電源電壓；
b) 接收機連續工作時間；
c) 定位狀態(包含PDOP、定位有效標記等)；
d) 可用星數；
e) 故障狀態。
4.6.6 在軌升級維護
接收機應具備在軌升級維護功能，一般包含參數注入和軟件更改注入。
4.7 性能要求
4.7.1 天線帶寬
GNSS天線的工作頻率一般應覆蓋GPS L1、BDS B1及GLONASS G1頻點，各系統工作頻段參見附錄A，其他頻點的覆蓋要求及各頻點的具體帶寬應符合專用技術文件要求。
4.7.2 天線增益
以GNSS天線軸向為0°，天線增益一般要求如下：
a) ±45°范圍內不小于－1.0 dBi；
b) ±75°范圍內不小于－3.0 dBi；
c) ±85°范圍內不小于－4.0 dBi。
4.7.3 天線軸比
天線軸向軸比應不大于1.5 dB，波束范圍軸比應不大于6 dB，或符合專用技術文件的要求。
4.7.4 首次定位時間
在低軌動態場景下，接收機在概略位置、概略時間、星歷和歷書未知的狀態下開機，到首次能夠在其后10s連續輸出三維定位誤差小于100m的定位數據，所需時間應不超過120s。
4.7.5 信號跟蹤通道
接收機各頻點的信號跟蹤通道數應根據專用技術文件要求，單個頻點信號跟蹤通道一般應不低于12個。
4.7.6 捕獲靈敏度
接收機捕獲靈敏度應優于－130dBm。
接收機在概略位置、概略時間、星歷和歷書未知的狀態下開機，各顆衛星的單通道導航信號載波電平不高于－130 dBm時，應能在300 s內以1 Hz更新率連續10次輸出三維定位誤差小于100 m的定位數據。
4.7.7 跟蹤靈敏度
接收機跟蹤靈敏度應優于－133 dBm。
接收機正常定位后，在各顆衛星的單通道導航信號載波電平降低到－133 dBm的情況下，應能在300s內以1Hz更新率連續輸出10次三維定位誤差小于100m的定位數據。
4.7.8 動態適應能力
在速度7.8km/s，加速度4g的運動條件下，接收機均應輸出滿足定位精度的定位結果。
4.7.9 定位結果更新率
定位結果更新率應不低于1 Hz。
4.7.10 定位精度.
位置精度應優于10 m(RMS)，速度精度應優于0.2 m/s(RMS)。
4.7.11 1PPS 準確度
接收機正常定位后，1PPS輸出的準確度應優于100ns(RMS)。
4.8 環境適應性要求
4.8.1 溫度
工作溫度范圍應符合以下要求或專用技術文件要求：
a) GNSS主機工作溫度范圍一般為－15℃～50℃；
b) GNSS天線工作溫度范圍一般為－90℃～90℃。
4.8.2 力學
接收機在專用技術文件要求的力學試驗后，應保持結構完好，能夠正常工作。
4.8.3 真空
接收機在氣壓小于6.65×10－3 Pa的真空環境中應正常工作。
4.8.4 抗輻照
接收機應在軌道空間輻射環境下無性能下降。根據專用技術文件要求進行接收機抗輻照設計，抗輻照總劑量宜滿足大于100 Gy(Si)要求或符合專用技術文件規定。
4.8.5 其他
接收機應符合專用技術文件規定的其他環境適應性要求。
4.9 可靠性
接收機可靠性要求如下：
a) 應具有可靠性量化指標和驗證分析；
b) 設計時應采取抗單粒子鎖定措施，并進行冗余設計；
c) 應盡量避免設計中的單點失效，對技術，上難消除的單點故障應通過設計降低其失效率；
d) 接收機壽命應不低于衛星平臺壽命，在壽命末期，接收機可靠性指標宜不低于0.8。
4.10 安全性
接收機的安全防護要求如下：
a) 各接口應有明顯標記和防插錯措施；
b) 接收機設備應具有過流、過壓、電源瞬間變化的保護裝置。
4.11 電磁兼容性
接收機電磁兼容性應符合QJ 2266或專用技術文件的要求。
5 測試方法
5.1 測試環境條件
除另行規定外，所有測試應在以下條件下進行：
a) 溫度：16℃C～28℃；
b) 相對濕度：30％～70％；
c) 氣壓：當地氣壓；
d) 潔凈度：100000級；
e) 有防靜電設施，防靜電應滿足GB/T 32304的要求。
5.2 測試設備
測試設備要求如下：
a) 應經計量部門檢定合格，并在有效期內使用；
b) 具有自檢功能的測試設備，在使用前應進行自檢和標校；
c) 應滿足參數檢驗要求及精度范圍要求；
d) GNSS信號模擬源應具備仿真低軌衛星動態場景的能力。
5.3 組成檢查
通過目視或文、物核對檢查。
5.4 結構和外觀檢查
通過目視或者放大鏡檢查。
5.5 標識檢查
通過目視或文、物核對檢查。
5.6 元器件和原材料檢查
檢查元器件和原材料選用設計文件是否符合4.4的要求，審查合格證是否在有效期內。
5.7 機電熱接口檢查
5.7.1 機械接口
使用目視、游標卡尺及塞規進行檢查。
5.7.2 電接口
接收機進行電接口檢查：
a) 目視檢查電氣接口類型，使用萬用表測量阻值；
b) 試連接高頻接插件，以檢驗其螺紋是否完好；
c) 接收機在專用技術文件規定的電壓范圍內應能正常工作；
d) 使用電流鉗、示波器檢查浪涌，浪涌應符合專用技術文件規定。
5.7.3 熱接口
查驗接收機熱控涂層檢測報告、熱試驗報告。
5.7.4 其他接口
按照專用技術文件要求檢查其他接口，應符合4.5.4中要求。
5.8 功能測試
5.8.1 導航定位
測試環境如圖1，使用GNSS信號模擬源進行有線測試，設置低軌動態場景軌道(軌道根數采用附錄B的表B.1或根據專用技術文件要求設定)，根據衛星發射功率、鏈路損耗、天線方向圖等設置輸出功率，考慮電離層延遲、對流層延遲，實際操作被測設備觀察其在各個單頻點以及聯合頻點下能否輸出正確位置、速度、時間信息。
