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    北斗高精度芯片級方案在智能駕駛當中的應用

    來源:深圳華大北斗科技有限公司   發布時間: 2020-06-29 13:56:59

    GNSS 定位技術發展趨勢

    第一部分介紹一下GNSS的現狀與發展趨勢,還有多模組SOC芯片設計的思路。

    現在全球的系統有北斗、GPS、伽利略等等,在區域的服務系統里面也有比較多,頻點也越來越多,天上應用的資源也越來越多了,在這樣的情況下,是不是我們做的芯片板卡要把所有的頻點都支持呢?如果說都支持的話,實際上對這個板子,或者作為一個芯片小型化和低成本,是有比較大的考驗的。基于這個思考,我們是不是需要一些突破,做一些更小型化,針對一些行業應用的芯片出來呢?


    圖片1.png


    目前在高精度定位技術的現狀,我們可以看到,從這個圖上,華大主要還是要集中在精度在1米以內,我們涵蓋了亞米級、厘米級,精度小于一厘米的主要是用作靜態測量的,我們目前設計的芯片和模組也不適用于這樣的應用。


    圖片2.png


    這個圖是目前四大系統里面所支持的頻點,這些頻點大家已經比較了解了,至于L1的高頻點的波段,目前包括手機,在一些導航型的市場已經應用得比較完善了。目前天空又多了L5頻帶,L2之前也有,包括L6的頻帶,這三種頻帶是各有特點的,在設計芯片和模組的考量下,是怎樣做取舍的?L5的頻點是屬于抗多路徑效應是比較好的,在城市峽谷做定位,提高但點定位的精度,我們更好的選擇就應該是L1+L5的頻點組合。L2是做精密的相對定位,L2頻帶在厘米級定位中起到關鍵的作用,包括做全國的CORS站、CORS網,它也起到了比較大的作用,如果我們做這個應用,L2和L1的組合會比較有優勢。L6是近年新增的頻帶,這個頻點將來主要還是應用到星基增強服務上,在通訊不暢或者說是通訊搭建有困難的情況下,通過星基可以很容易達到高精度的定位,這種情況下L6頻帶是比較有優勢的。

    基于以上的特點,我們應該設計一個什么樣的芯片呢?眾所周知在早期OEM板卡的尺寸都是比較大的,大概需要60到80厘米級的板卡,它的功耗也非常大,這種板卡用在手持和將來的智能穿戴方面是不現實的。隨著應用和硬件的發展,現在的市場應用已經從OEM板卡向模組,包括到芯片級別的應用來走。從應用來說,大眾的應用會更傾向于往小型化和低功耗方向走。我們在高精度專業的行業應用,要做到的就是在模組級別實現小型化和低功耗。


    圖片3.png


    大家可以看到最右側是華大北斗設計的小芯片,在下面會講到這個芯片的一些具體的特點。

    這款芯片是我們在今年開北斗會的時候正式發布的一款芯片,這款芯片有幾個特點:

    ·全球首個支持北斗三代信號體制的SOC芯片。目前要求支持北斗的都要支持北斗三代信號,我們是首個支持的,再就是SOC芯片,大家可能對衛星定位芯片不是特別清楚,我們現在定位芯片可以分幾類,一類是一顆芯片包含了射頻和基帶,另外一類就是射頻是單獨的一個芯片,基帶是一個芯片,這樣加起來可能整個體積、功耗和成本都會更高。

    ·支持GNSS多系統多頻點,現在四大系統的幾個頻點都支持。

    ·射頻基帶一體化,而且通過使用不同頻點的組合,會讓整個芯片的功耗達到當前行業最低的水平。功耗最低在芯片和模組級別來說是非常重要的一個指標,尤其是在高精度的手持應用和智能穿戴上面,功耗要求非常敏感。

    ·為了支持交通類的車輛的使用,同時支持CAN通信。

    ·輸出GNSS全民用頻點高精度原始觀測量,你可以拿觀測量做你的RTK應用,也可以做其它的應用。


    圖片4.png


    我們的HD9310芯片,目前是全球最小尺寸的,它是3毫米×3毫米的,芯片里面就包含了射頻和基帶所有的功能,通過這個芯片我們可以封裝成7毫米×7毫米的模組,或者10毫米×10毫米的模組。但是因為它的芯片設計是和頻點相關的,我們達到這個小的芯片體積,必然是要做取舍,在左側低頻點的波段上,我們有A、B、C三種選擇,不同的選擇會應用在不同的部件、應用在不同的行業。A+L1波段主要是用在車載上。

    目前雙頻RTK和單頻RTK的使用非常普遍,在單頻和雙頻方面有什么主要的特點?我們這個產品也測了一下,在空曠環境和有樹遮擋的環境下的情況,主要是測了固定率和RTK的初始化時間。從這個比較來看,若是用單頻做RTK,首先它是在RTK的初始化時間上會相較于雙頻或者多頻要長。第二個是它在樹下抗干擾會差一些,在進入Fix的固定率比雙頻更低。基于這一點,我們的9310芯片是雙頻的芯片,在復雜應用環境下,包括城市峽谷、有樹遮擋的情況下是有一定優勢的。

    另外介紹一下我們這個芯片的低功耗性能。功耗是困擾板卡的一個重要的問題,大家如果用過高精度的RTK可能知道,現在一塊常用的板卡的功耗大概是在2到4W的級別,芯片是在幾十毫安的級別,一塊3000多安的電池,在手持來用,完全可以滿足一天的外業作業,包括你的屏幕點亮,這對手持類的設備是一個非常大的幫助。

    我們的9310根據不同的芯片封裝,我們會封裝成3×3毫米和5×5毫米兩個尺寸。

    芯片的開發和應用,這個門檻是比較高的,我們為了更好地和終端應用和行業應用對接起來,我們會設計成高精度的模組來對外應用,我們基本上會設計成中間這種12×16毫米的模組來應用。對于車載應用,它一般情況下應用在城市道路,或者是有遮擋的情況下,這種情況下數據的連貫性是非常重要的,我們可以看到在這個藍色框里面,我們設計了一個放MEMS的空間,會放一個6軸的MEMS,它是為了保證數據的連貫性,它是一個低階的MEMS。以MEMS加上芯片,整個封裝之后的尺寸是12×16毫米。

    以上是我們的產品設計思路。

    北斗高精度定位在自動駕駛中的應用探討

    接下來我跟大家探討一下傳統測量測繪如何向車載方向過渡,包括我們的模組和芯片是如何考慮在車載應用上規模化。

    傳統測繪應用走向車載應用

    這個應用大家都比較熟悉,傳統的農業和無人機市場,現在應用也非常成熟。首先想實現RTK的定位,一定是要有基站,然后通過中間的傳輸介質,通過5G或者是4G(目前以4G為主),在農業上目前應用兩個成熟的方案,第一是農用自動駕駛,在黑龍江、新疆,目前都已經實現了播種和施肥、扣地膜的無人駕駛,在農忙期間,之前在傳統的播種方式下,晚上是沒法干活的,因為車輛開不直,通過自動駕駛的方案,它會根據你規劃的路線自動去走,實際上在田間地頭,這種自動駕駛掉頭也都實現了。第二個應用就是農業植保,無人機高精度應用方面,農業植保是一個非常明確的應用,農業部也規定了在無人機植保上面要用差分技術,目前主流的都是以RTK的技術來用。

    我們現在正在跟上汽一起做一個方案,我們最早是在車上實現米級定位,大家覺得米級定位是不夠的,后來又提出了車道級定位,它是在亞米級到厘米級的一個大的概念,在這種情況下,我們選擇的是厘米級來定位。技術方面也是通過模組+IMU+通訊的方式來實現的。

    從量產化,規模化應用角度思考設計方案

    大家可能知道,現在我們無論是做自動駕駛還是做厘米級的車道級定位,之前的方案大家可能比較清楚,用一個高精度的板卡,加上IMU,再加上差分基站,或者是信息增強,這種方案下來,光是一個高精度的板卡就要幾千塊錢,這種想大規模的應用,對于車廠來說還是難度比較大的,如何降低成本,使車廠達到規模化的生產,我們現在正在考慮這個問題。

    在這一塊,大家看到傳統的已經在用的,包括在測、在研究的、相關的組合導航的產品也有在用,這種產品一個需要幾十萬,能實現很好的車道級定位,但是這種產品產業化和規模化壓力是很大的,包括中間段的Xsens或者是牛頓的產品,也需要幾萬塊錢,這在車載上產業化是不現實的。我們現在將高精度定位+貫導系統,現在的設計是在1000元以內的產品成本。

    現在我們已經在做到第三個階段了,這個方案是我們跟上汽一起在做的,第一階段初試驗證已經通過了,第二階段已經在上汽的汽車園里面跑了幾個月了,精度各方面都是沒有問題的,今年5月份已經開始做一些認證和供應商的認證。成本也能夠控制在100元人民幣以內,除了上汽之外,包括北汽也在跟我們一起研究這個方案。


    圖片5.png


    這是在上汽的產業園里面,我們用了開發的產品,實現了道路厘米級的定位?這里能看到更近的一個視圖。整個方案的應用已經滿足了車道級的應用,包括很好地實現厘米級的應用。

    另外想實現厘米級的應用,有幾類配套的產品是必不可缺的。第一個是地基增強的CORS系統,現在大家比較熟悉CORS系統,比如千尋有一個全國的CORS網,華大也有一些產品能自己快速的建起CORS,有太陽能一體化的基站,通過4G、5G傳輸到終端,終端會有天線或者接收機。CORS是車載高精度包括車道級定位需要的一類應用。同時大家知道還有一類叫星基增強,目前有幾大系統在用,它目前有一個最大的問題,就是進入RTK的處置時間過長,這會導致車輛在再次進入固定點的情況下,時間長,車輛會出現較大的偏差,在星基增強目前還不適用于在車輛的車道級定位上的應用。


    圖片6.png


    另外就是車載的天線。我們說芯片是車載定位的非常核心的定位,同時你要有匹配的天線,不同的天線搭載起來之后,會有不同的應用效果,比如說上圖的第四個,這種天線主要用在建CORS站方面。前面這兩個產品是單頻和雙頻的,它主要是車載天線。現在我們會提供一些模組,現在一些車廠就把天線做成車頂的鯊魚鰭一體化的天線,是前裝的。這種天線是后裝的,吸在車頂進行測量。這種天線是在實現車道級定位里面必不可少的配件。


    圖片7.png


    另外再簡單說一下我們之前做過的一個應用。因為現在出了新的政策和標準,之前我們根據國家的調研,出了一個方案,就是北斗自由流收費的解決方案,這也是通過不停車、通過高精度的北斗定位加上MAMS、加上通訊來實現快速的結賬,  通過高速路口的,當然政策現在是用ETC,可能以后會再探討通過北斗方式,可能是在下一代的事情。

    本報告來源于第十四屆中國衛星導航與位置服務運營商大會,未經本人確認。


     

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