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北斗导航定位精度小于1米,突破国外垄断开启国际化进程
2021-02-20 15:03:09

【导读】:北斗导航芯片技术取得了突破,打破国外垄断产业链触手可及,据悉北斗导航定位精度小于1米,这样的精度让北斗导航正式列入世界前列。

在“十二五”规划中,卫星导航被列入战略性新兴产业之一,相关部门针对行业应用发展也制定了卫星导航产业的具体推进措施和目标,包括交通运输部和农业部在内的8个部委和多个地方政府出台了强制或鼓励发展卫星导航/北斗系统的“十二五”规划细则。

为扶持北斗导航产业和国内企业的发展,国家在政策上扶持的力度会进一步增强,包括制定中长期发展规划、强制安装、推动实施北斗示范应用项目、加大关键技术研发费用的投入等多个方面;从资金支持来看,国家在2015年之前还准备投入70个亿,扶持芯片、板卡、天线、终端和系统集成、应用全产业链的发展。

填补国产高性能导航芯片的空白! 打破国外导航领域关键技术垄断!

随着北斗全球组网的铺开,北斗系统应用进入了向规模化、大众化和全球化发展的关键时期。北斗对国家安全应用领域的全面部署具有重大意义,军用、警用、应急等方面均涉及的北斗导航产品的应用。然而,北斗芯片作为整个产业链中的核心关键基础器件,目前亟需掌握核心技术的芯片企业,发挥自主知识产权优势,开发高性能的北斗导航芯片,推动整个产业链的创新发展。大众化高精度(定位精度达到亚米级)40nm基带一体化SoC北斗(多模兼容)导航芯片产品一旦开发成功,将填补了国产高性能导航芯片的空白,解决了制约北斗卫星导航系统军民大规模应用的重大瓶颈。

近年来北斗导航产业获得突飞猛进的发展,国产导航芯片虽然取得了突破性的进展,然而离“小体积、低功耗、低成本、高可靠性”的军民应用要求仍然有相当大的差距,这也是制约北斗卫星导航系统大规模应用的重大瓶颈。本项目将突破此瓶颈,全面解决制约北斗导航产业大规模应用的重大技术难点,采用40纳米的国际先进工艺,达到亚米级的定位精度。这将打破了国外厂商对导航定位领域高、新、尖及关键技术的垄断,加速推动了我国卫星导航与位置服务产业的国际化进程。

顺应高精度定位技术发展趋势! 普及军民多用途大众应用市场!

本项目目标市场是基于以卫星导航系统为主的需要高精度定位场合的军民两用大众应用市场、行业应用市场和特殊应用市场等。大众应用市场主要包括智能手机、可穿戴设备、平板电脑、车载导航、车联网、、物联网等。行业应用市场涉及国民经济各个领域,包括精准农业、安全、测绘、气象等、形变监测等领域。特殊应用市场主要涉及军用、警用、应急等。

大众应用市场、行业应用市场和特殊应用市场等10米级标准定位精度已经不能适应人们的需要,人们更希望能提供到亚米级精度的定位。以军方作战为例,战士采用亚米级高精度定位终端佩挂在身上,而战士就在敌方战略目标旁,指挥中心知道战士具体位置后,可精确打击敌方目标,避免炮火误伤战士。再以消防为例,战士去火灾现场,指挥中心可通过战士佩带的亚米级高精度定位终端了解其当前位置,实时指挥。民用市场以车载为例,采用定位误差为10米的芯片,只能确定一个大体位置;而如果采用高精度亚米级芯片,就可以精确定位到车道,这对交通是具有很大实用性的。再以可穿戴手表为例,在闹市大街上搜寻佩可穿戴手表的智障,聋子,如果采用存在10米误差的可穿戴手表,搜寻者很可能找错人或者走错街道。而如果是亚米级的可穿戴手表,那么就很容易确定目标。

高精度定位正成为国内外卫星导航技术及其应用的热点和趋势。人们对卫星导航定位精度具有依赖性和贪婪性,习惯于10米定位精度的希望获得亚米级定位精度,而习惯于厘米/毫米级定位精度的也不再愿意回到米级定位精度。本项目通过成功研制北斗射频一体化高精度导航芯片,达到与世界顶级企业在中国及国际市场同台竞争的目的。利用国内在应用需求方面的优势,与国内在相关产品开发方面具有优势的企业合作,通过技术创新,实现国产产品在卫星导航领域的翻身,为中国成为科技强国做出贡献。

带动全国北斗导航产业百亿增长! 推动导航与位置服务国际化进程!

按照中国全球定位系统技术应用协会的统计数据,2011 年我国卫星导航产业市场规模在750 亿左右,预计到2020 年将达到4000 亿,10 年增长5倍,年均复合增长率达到20%。其中北斗导航产业市场规模2011 年只有15 亿左右,主要为北斗一代系统,随着北斗二代完成亚太地区组网,预计到2015 年将达到200 亿的市场规模,到2020 年,北斗导航市场规模将占到卫星导航产业市场规模的20-30%,即800-1200 亿元,10 年增长20倍,年均复合增长率到达55%,北斗导航产业未来增长空间巨大,我国北斗导航产业正处在爆发期。

目前北斗模块售价在100元左右,随着北斗ICD文件发布,国外芯片厂商进入市场竞争后,支持GPS和北斗的芯片价格将大大降低。基于本项目的研究成果开发的BDS+GPS多模SoC芯片产品计划在2018年产品面市时,价格定位在25元左右,直接抢占GPS的市场,并逐年调低市场售价进一步推广到全球应用。随着后续市场容量的不断扩大、北斗全球系统建设的完善,BDS+GPS双模应用将会在全球得到广泛应用、呈现指数级增长。据分析, 本产品2018年销量可以达到100万片以上,销售额可达2000万元人民币;到2019年实现销售500万片,年销售额超过8500我万元人民币;同时,根据此类产品的生命周期一般为4~5年,我们预测到2021年开始将会有新的升级产品出现,届时,本产品销售将会略有下滑,2021年销售额下滑到4000万,2022年下滑到1000万元,至此,本产品将会被完全替代,将实现累计销售超过1.5亿。位于产业链的最上游,其发展可间接带动软件、材料、化工、精密仪器等等一系列行业发展。按照“1元集成电路产值带动10元电子产品产值和100元国民经济的增长”测算,到2020年,将间接带动上海15亿元电子产品产值和150亿元国民经济的增长。

“小体积、低功耗、低成本、高可靠性” 完全自主知识产权,亚米级的定位精度!

本项目将研发具有完全自主知识产权的、面向军民应用的北斗多模SoC高精度导航芯片。

下图给出了大众化高精度北斗卫星导航芯片的总体架构和外围情况,它主要由射频()、基带(BB)、微处理器()、、、由供电的BBRAM、(RTC)和温度传感与记录仪等功能模块组成。通过引脚,SoC芯片可以接收来自外部的差分GNSS、辅助GNSS、惯导MEMS和WiFi等数据输入,也可向外部输出NMEA定位结果和自定义调试等信息。此外,该芯片还配备一个8路连续波干扰抑制硬件模块,支持不同信号场景下的多种低功耗运行模式,具备温度传感和记录等功能。

大众化高精度北斗卫星导航芯片通过外部的通信功能,接收国家北斗高精度地基增强网提供的差分GNSS误差校正数据,进行实时差分RTD定位,定位精度可达亚米级。该芯片存在和QFN两种封装形式,封装尺寸为5mm*5mm,管脚与国内外主流北斗导航芯片兼容,具有体积小、功耗低、成本低的特性,可满足大众化民用领域以及军用领域的要求。

大众化高精度北斗卫星导航芯片是一个完整的自包含系统,对它的应用只需要极少的外围器件,该芯片具有容易应用和低外部组件成本(BOM)的优点。下图是本项目将开发的基于大众化高精度北斗卫星导航芯片的北斗多模高精度导航定位模块的框架,只要外部提供北斗GNSS射频信号和1.7~1.9VDC电源就能运行,具有与国内外主流导航模块接口兼容的24只引脚和标准尺寸16x12.2x2.4mm,进一步简化、加快军民客户对其的应用。

基于大众化高精度北斗卫星导航芯片和模块,可面向标准精度市场,为大众化应用提供更高精度的服务,可广泛应用于定位精度高、体积小、功耗低的场合,如个人终端(手机、平板电脑等)、车载设备、可穿戴设备、物联网、无人机、交通、军队装备、农业、国土、林业、物流、电力、电信、航海、工程勘察、测绘等。

项目性能指标

本项目向国际一流导航芯片看齐,将全面解决导航芯片全模、高灵敏度、高可用性、国际主流的40nm芯片工艺、射频基带一体化、大规模应用等难题,突破制约北斗大规模应用的瓶颈,提升北斗全模导航性能,突出北斗性能,抢占技术制高点,确立国内第一、国际一流的卫星导航芯片技术及性能优势地位,以带动北斗芯片产业的快速发展。

主要技术性能指标:

●灵敏度 捕获 -145dBm(BD非GEO)

跟踪 -165dBm(BD非GEO)

重捕获 -160dBm(BD非GEO)

●TTFF 冷启动32秒 温启动30秒 热启动1秒

●RTD定位精度《1米,普通定位精度 2.5米 CEP

●在弱/档信号情况下支持RTD/MEMS无缝、紧性组合导航

●功耗稳定跟踪状态下80mW



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