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
低轨星载GNSS导航型接收机通用规范
1 范围
本标准规定了低轨星载全球卫星导航系统(GNSS)导航型接收机的技术要求、测试方法、检验规则以及标志、包装、运输、贮存等内容。
本标准适用于低轨星载GNSS导航型接收机的研制、生产、测试、使用和检验。其他用于低轨航天器的GNSS导航型接收机也可参考使用。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 9969 工业产品使用说明书 总则
GB/T 32304 航天电子产品静电防护要求
GB/T 39267 北斗卫星导航术语
QJ 1417—1988 元器件可靠性降额准则
QJ 1729 航天天线测试方法
QJ 1947 天线术语
QJ 2172—1991 卫星可靠性设计指南
QJ 2266 航天系统电磁兼容性要求
QJ 2438 航天器包装技术要求
QJ 2630.1 航天器组件空间环境试验方法 第1部分：热真空试验
QJ 2630.2 卫星组件空间环境试验方法 热平衡试验
QJ 2630.3 航天器组件空间环境试验方法 第3部分：真空放电试验
QJ 20073 卫星电磁兼容性试验要求及方法
QJ 20422.6 航天器组件环境试验方法 第6部分：加速度试验
QJ 20422.7 航天器组件环境试验方法 第7部分：振动试验
QJ 20422.9 航天器组件环境试验方法 第9部分：冲击试验
3 术语和定义、缩略语
3.1 术语和定义
GB/T 39267和QJ 1947界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
捕获灵敏度 acquisition sensitivity
接收机在概略位置、概略时间、星历和历书未知的状态下开机，捕获导航信号并正常定位所需的最低信号电平。
3.1.2
天线增益 antenna gain
天线在给定方向的辐射强度与输入功率相同的情况下全向天线的辐射强度之比。
注1：如方向未给定，则指给定天线最大辐射强度的方向。
注2：如天线无损耗，则指给定方向上天线的绝对增益在数值上和它的方向性系数相同。
注3：通常以分贝表示。
3.1.3
轴比 axial ratio
椭圆极化波的长轴与短轴之比。
3.1.4
GNSS信号模拟源 GNSS signal simulator
模拟产生GNSS卫星信号的设备，通常用于接收机的测试、检验和校准。
注：通常用于接收机的测试.检测和校准。一般包括数据仿真和射频信号仿真。
3.1.5
轨道根数 orbital elements
描述卫星在其轨道运行状态的一组参数。
注：包括轨道半长轴、轨道偏心率，轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、平近点角。
3.1.6
专用技术文件 technical specification
卫星研制方对接收机研制方下发的相关技术要求文件。
注：一般包含卫星设计与建造规范、接口数据单、环境试验规范等。
3.1.7
单粒子锁定 single event latch-up
单个高能粒子将器件内寄生的可控硅触发开启，形成低电阻、大电流状态。
3.1.8
测试场景 test scenario
为完成特定的功能和性能测试而对测试信号进行的一系列配置。
注：如导航星座及信号配置、信号传播环境配置、接收机动态配置等。
3.1.9
首次定位时间 time to first fix
接收机开机至获得首次正确定位所需的时间。
3.1.10
抗辐照总剂量 total dose radiation hardness
材料或器件所能承受的最大辐照剂量的总和。
3.1.11
跟踪灵敏度 tracking sensitivity
接收机在正常定位后，能够继续保持对导航信号的跟踪和正常定位所需的最低信号电平。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
1PPS：秒脉冲(1 pulse per second)
BDCS：北斗坐标系(BeiDou coordinate system)
BDS：北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system)
CVCM：真空可凝聚挥发物(collected volatile condensable material)
Galileo：伽利略卫星导航系统(Galileo navigation satellite system)
GLONASS：格洛纳斯卫星导航系统(GLObal navigation satellite system)
GNSS：全球卫星导航系统(global navigation satellite system)
GPS：全球定位系统(global positioning system)
PDOP：位置精度因子(position dilution of precision)
RMS：均方根(root mean square)
TML：总的质量损失(total mass loss)
WGS-84：1984世界大地坐标系(world geodetic system 1984)
4 要求
4.1 组成
低轨星载GNSS导航型接收机(以下简称接收机)应包括下列组成部分：
a) GNSS天线，包含天线本体、天线罩(可选)、天线支架(可选)；
b) 接收机设备整机或接收机板卡(以下简称GNSS主机)；
c) 配件(包含线缆、接插件保护插座等)。
4.2 结构和外观
接收机结构和外观要求如下：
a) GNSS天线表面状态一般要求喷涂热控涂层或符合专用技术文件的规定；
b) 天线安装孔内壁无热控涂层处理痕迹，安装面不应有热控涂层；
c) GNSS主机应具备足够的刚度和机械强度；
d) 板卡应进行防潮、防霉、防盐雾处理；
e) 各部件外表面应无凹痕、划伤、裂缝.变形等缺陷；
f) 涂(镀)层不应起泡、龟裂或脱落；
g) 金属零件不应有锈蚀和其他机械损伤；
h) 紧固件无松动现象。
4.3 标识
接收机标识要求如下：
a) 文字符号及标志应清晰；
b) 产品上应有产品代号、批次号。
4.4 元器件和原材料
4.4.1 元器件选用
接收机元器件选用要求如下：
a) 选用元器件应满足空间环境使用要求；
b) 选用元器件应符合专用技术文件的规定；
c) 选用元器件的参数及其允许使用环境时，应考虑在任何情况下不超过其极限值或最大额定值，并应符合QJ 1417—1988的Ⅰ级降额要求。
4.4.2 原材料选用
接收机原材料选用要求如下：
a) 选用原材料应满足空间环境使用要求；
b) 若使用不同的金属材料，应根据专用技术文件要求进行防护处理；
c) 若使用非金属材料，应控制TML小于1％，CVCM小于1％。
4.5 机电热接口
4.5.1 机械接口
接收机机械接口要求如下：
a) 接收机几何尺寸、质量、结构设计应符合专用技术文件中机械接口要求；
b) 接收机基频应避开航天器结构基频或符合专用技术文件的规定；
c) 天线的安装法兰或支架一般与航天器舱壁相连。
4.5.2 电接口
接收机电接口要求如下：
a) GNSS天线与GNSS主机射频接口通过同轴型50Ω的电连接器连接；
b) 反纹波要求应根据专用技术文件需求进行设定；
c) 接收机设备整机多点接卫星结构地，搭接阻值一般小于10 mΩ或符合专用技术文件的规定；
d) 接收机应具有1553B总线、CAN总线、RS422或RS232等一种或多种通用卫星通信接口；
e) 接收机应支持外部电源接入，电源输入端应设计过流保护电路，电压范围满足专用技术文件规定；
f) 抑制浪涌电流设计应满足专用技术文件规定。
4.5.3 热接口
接收机热接口要求如下：
a) 天线表面(安装面除外)一般要求喷涂热控涂层，半球发射率不小于0.85或符合专用技术文件的规定；
b) 接收机主机表面(安装面除外)应进行表面处理，半球发射率不小于0.85或符合专用技术文件的规定；
c) 安装面应全热接触(接收机板卡除外)。
4.5.4 其他接口
接收机其他接口应符合相应专用技术文件的要求。
4.6 功能要求
4.6.1 导航定位
接收机应提供BDCS坐标系或WGS-84坐标系下的实时位置、速度、时间。
4.6.2 授时
接收机应提供秒脉冲，输出高低脉冲可设置，脉宽可调，并给出对应秒脉冲的时间值。
4.6.3 多星座兼容
接收机应具有一个或多个导航定位系统(如GPS、Galileo、GLONASS、BDS)的定位功能。
4.6.4 容错与恢复
接收机应具备自主故障检测、屏蔽和恢复功能，一般包括：
a) 应具备自主故障检测功能；
b) 应具备对单粒子效应的防护及故障修复功能；
c) 应对关键数据进行三备份存储和比对后使用；
d) 应对程序固化存储区进行加固处理和加载过程容错。
4.6.5 状态输出
接收机应具备工作状态的输出功能，一般包括：
a) 接收机电源电压；
b) 接收机连续工作时间；
c) 定位状态(包含PDOP、定位有效标记等)；
d) 可用星数；
e) 故障状态。
4.6.6 在轨升级维护
接收机应具备在轨升级维护功能，一般包含参数注入和软件更改注入。
4.7 性能要求
4.7.1 天线带宽
GNSS天线的工作频率一般应覆盖GPS L1、BDS B1及GLONASS G1频点，各系统工作频段参见附录A，其他频点的覆盖要求及各频点的具体带宽应符合专用技术文件要求。
4.7.2 天线增益
以GNSS天线轴向为0°，天线增益一般要求如下：
a) ±45°范围内不小于－1.0 dBi；
b) ±75°范围内不小于－3.0 dBi；
c) ±85°范围内不小于－4.0 dBi。
4.7.3 天线轴比
天线轴向轴比应不大于1.5 dB，波束范围轴比应不大于6 dB，或符合专用技术文件的要求。
4.7.4 首次定位时间
在低轨动态场景下，接收机在概略位置、概略时间、星历和历书未知的状态下开机，到首次能够在其后10s连续输出三维定位误差小于100m的定位数据，所需时间应不超过120s。
4.7.5 信号跟踪通道
接收机各频点的信号跟踪通道数应根据专用技术文件要求，单个频点信号跟踪通道一般应不低于12个。
4.7.6 捕获灵敏度
接收机捕获灵敏度应优于－130dBm。
接收机在概略位置、概略时间、星历和历书未知的状态下开机，各颗卫星的单通道导航信号载波电平不高于－130 dBm时，应能在300 s内以1 Hz更新率连续10次输出三维定位误差小于100 m的定位数据。
4.7.7 跟踪灵敏度
接收机跟踪灵敏度应优于－133 dBm。
接收机正常定位后，在各颗卫星的单通道导航信号载波电平降低到－133 dBm的情况下，应能在300s内以1Hz更新率连续输出10次三维定位误差小于100m的定位数据。
4.7.8 动态适应能力
在速度7.8km/s，加速度4g的运动条件下，接收机均应输出满足定位精度的定位结果。
4.7.9 定位结果更新率
定位结果更新率应不低于1 Hz。
4.7.10 定位精度.
位置精度应优于10 m(RMS)，速度精度应优于0.2 m/s(RMS)。
4.7.11 1PPS 准确度
接收机正常定位后，1PPS输出的准确度应优于100ns(RMS)。
4.8 环境适应性要求
4.8.1 温度
工作温度范围应符合以下要求或专用技术文件要求：
a) GNSS主机工作温度范围一般为－15℃～50℃；
b) GNSS天线工作温度范围一般为－90℃～90℃。
4.8.2 力学
接收机在专用技术文件要求的力学试验后，应保持结构完好，能够正常工作。
4.8.3 真空
接收机在气压小于6.65×10－3 Pa的真空环境中应正常工作。
4.8.4 抗辐照
接收机应在轨道空间辐射环境下无性能下降。根据专用技术文件要求进行接收机抗辐照设计，抗辐照总剂量宜满足大于100 Gy(Si)要求或符合专用技术文件规定。
4.8.5 其他
接收机应符合专用技术文件规定的其他环境适应性要求。
4.9 可靠性
接收机可靠性要求如下：
a) 应具有可靠性量化指标和验证分析；
b) 设计时应采取抗单粒子锁定措施，并进行冗余设计；
c) 应尽量避免设计中的单点失效，对技术，上难消除的单点故障应通过设计降低其失效率；
d) 接收机寿命应不低于卫星平台寿命，在寿命末期，接收机可靠性指标宜不低于0.8。
4.10 安全性
接收机的安全防护要求如下：
a) 各接口应有明显标记和防插错措施；
b) 接收机设备应具有过流、过压、电源瞬间变化的保护装置。
4.11 电磁兼容性
接收机电磁兼容性应符合QJ 2266或专用技术文件的要求。
5 测试方法
5.1 测试环境条件
除另行规定外，所有测试应在以下条件下进行：
a) 温度：16℃C～28℃；
b) 相对湿度：30％～70％；
c) 气压：当地气压；
d) 洁净度：100000级；
e) 有防静电设施，防静电应满足GB/T 32304的要求。
5.2 测试设备
测试设备要求如下：
a) 应经计量部门检定合格，并在有效期内使用；
b) 具有自检功能的测试设备，在使用前应进行自检和标校；
c) 应满足参数检验要求及精度范围要求；
d) GNSS信号模拟源应具备仿真低轨卫星动态场景的能力。
5.3 组成检查
通过目视或文、物核对检查。
5.4 结构和外观检查
通过目视或者放大镜检查。
5.5 标识检查
通过目视或文、物核对检查。
5.6 元器件和原材料检查
检查元器件和原材料选用设计文件是否符合4.4的要求，审查合格证是否在有效期内。
5.7 机电热接口检查
5.7.1 机械接口
使用目视、游标卡尺及塞规进行检查。
5.7.2 电接口
接收机进行电接口检查：
a) 目视检查电气接口类型，使用万用表测量阻值；
b) 试连接高频接插件，以检验其螺纹是否完好；
c) 接收机在专用技术文件规定的电压范围内应能正常工作；
d) 使用电流钳、示波器检查浪涌，浪涌应符合专用技术文件规定。
5.7.3 热接口
查验接收机热控涂层检测报告、热试验报告。
5.7.4 其他接口
按照专用技术文件要求检查其他接口，应符合4.5.4中要求。
5.8 功能测试
5.8.1 导航定位
测试环境如图1，使用GNSS信号模拟源进行有线测试，设置低轨动态场景轨道(轨道根数采用附录B的表B.1或根据专用技术文件要求设定)，根据卫星发射功率、链路损耗、天线方向图等设置输出功率，考虑电离层延迟、对流层延迟，实际操作被测设备观察其在各个单频点以及联合频点下能否输出正确位置、速度、时间信息。
