自动驾驶、车道导航的高精度GNSS芯片

电子发烧友网报道（文/李诚）得益于5G技术、物联网的快速发展，自动驾驶技术得以加速普及。GNSS芯片在汽车自动驾驶领域的渗透率也不断提升。如今智能终端设备对定位的精度愈发严格，尤其是电动汽车的自动驾驶、工业机器人、无人机等应用中，为保证设备运行的安全性与稳定性，定位精度需要提升至“亚米级”甚至更高精度的“厘米级”。因此，更高精度的GNSS芯片，已成为未来的主要发展趋势。
 
谈到卫星定位，很多人首先会想到的都是美国的GPS或中国的北斗，但是这两个系统并不完全是GNSS系统，实际上，GNSS系统包括了北斗系统（BDS）、GPS、GLONASS、Galileo，通过多个卫星定位系统，集合成一个更大的GNSS定位系统，从而提高定位精度。在实际应用中，GNSS系统并不需要使用到数据网络，只需定位设备与卫星信号正常连接，就不会对GNSS定位产生影响，从而保证了汽车自动驾驶的安全性。
 
u-blox ZED-F9R厘米级高精度定位模块
 
u-blox是一家瑞士芯片研发企业，产业重心主要面向于定位与授时、蜂窝通信和短程通信三个领域，为汽车、工业和消费类电子提供定位和无线通信技术的解决方案。2018年，u-blox推出了F9高精度GNSS技术平台，该平台提供了低功耗、高精度的GNSS接收器，在自动驾驶领域应用中，定位精度可以达到厘米级和车道导航定位精度，为自动驾驶奠定了良好的基础。
 

u-blox F9 高精度惯性导航模块 图源：u-blox
 
ZED-F9R是一款高精度的定位模块，具有较宽的带宽，可以同时接收多个卫星信号，及时纠正因电离层导致的定位错误，并且具有快速TTFF功能，缩短首次定位的时间。这款高性能的定位模块集成了用于RTK定位的惯性测量单元（IMU），以及复杂的内置算法。算法融合了IMU数据分析、数据校正、车辆动力学模型和GNSS测量等，以此为终端产品提供高精度的定位服务。
 
ZED-F9R模块是一个完整的定位解决方案，方案集成了射频组件和3D ADR、RTCM\SPARTN、UDR多种定位优化技术，缩短了终端厂商产品设计的时间和降低了设计的风险。3D ADR技术是通过计算定位模块与卫星信号中断期间，终端设备移动的距离、方向以及的海拔变化来确定设备的具体位置，弥补了卫星信号中断后无法定位的问题。RTCM和SPARTN校正技术，主要是通过互联网和实时卫星数据进行高精度的定位导航。UDR技术和3D ADR技术有着异曲同工之处，UDR技术是通过推算惯性传感器与卫星数据，进行实时位置判定，据u-blox表示，该技术主要体现在无法接收卫星信号或信号强度弱的地方，也能实现高精度的定位。同时，ZED-F9R模块还加入了抗干扰和信号诱骗检测系统，防止一切外界干扰，避免危险事故发生。
 

图源：u-blox
 
ZED-F9R模块是一款通过汽车AEC-Q100标准认证的车规级GNSS芯片，同时也可以在工业领域中应用。据官网信息显示，ZED-F9R模块已被国产品牌小鹏的P7车型采用，应用于小鹏的第三代XPILOT高级驾驶员辅助系统（ADAS），用于导航引导驾驶、自动停车和自动驾驶等方面，提供车辆精准定位，实现行车道的自动更改和最佳路线的快速切换等。
 
华大北斗HD9100高精度厘米级GNSS SOC
 
华大北斗是国内唯一进入国际GNSS芯片排名前十的芯片厂商，公司主要从事导航定位芯片、卫星定位、定位算法的研发工作，主要面向汽车互联和智能终端等领域。目前华大北斗的GNSS芯片已经实现了厘米级的定位精度。
 

图源：华大北斗
 
HD9100是一款精度为厘米级的多系统单频定位的车规级芯片，该芯片支持GNSS多模卫星信号接入，采用了全新的CYNOSURE II引擎架构，以及高精度差分增强定位技术，支持单站RTK定位模式和基于CORS系统网络RTK定位模式，可实现多场景的无缝精准定位。HD9100还具有TTFF功能，在冷启动的情况下，启动时间为28s，热启动时间为1s，RTK初始化时间为10s，通过TTFF功能HD9100芯片启动时间最快缩短到了1s。
 
在定位精度方面，GNSS模式的定位精度为2.5m CEP，SBAS模式的定位精度为2.0m CEP，RTK模式的定位精度为2cm+1ppm(水平)，RTD模式的定位精度为1m RMS。同时，在GNSS、SBAS、IPPS三种模式下，定位时间精度分别为0.1m/s CEP、0.05m/s、25ns。HD9100可在最高行驶速度为515m/s，最高海拔为18000m状态下实现厘米级的精准定位。在灵敏度方面，HD9100卫星信号捕捉强度为-148dBm，信号跟踪强度为-165dBm。
 
HD9100 GNSS定位芯片的工作电流为25mA，待机电流为7μA，采用7.0mm*7.0mm的BGA100封装，具有低功耗、小尺寸的特点。
 
移远通信L26-DR GNSS模块
 
移远通信是一家物联网模组厂商，随着移动网络技术的发展，移远通信的业务范围也逐渐向各个细分领域持续开拓，占领市场。目前已推出多款GNSS模块，其中有三款产品通过可车规级的认证。
 

图源：移远通信
 
L26-DR GNSS模块是一款支持GPS、GLONASS、QZSS、伽利略和北斗多个卫星系统信号接收的GNSS 模块。这款模组在GNSS的基础上计入了DR技术，共有6轴传感器，分别为3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，在多传感器与GNSS 算法引擎的加持下，即使在遮挡较为严重、道路环境复杂的情况下，也能对GNSS进行实时校准，通过算法结合DR传感器与最后连接卫星信号的数据，精确的推断出实时位置。据移远通信表示，通过这种融合定位的方式，在无卫星信号的情况下，定位精度能达到1-2米。为提升卫星信号的接收能力，移远通信还在GNSS模块内部加入了低噪声放大器，从而放大天线接收到的微弱信号，提升定位的精度。
 
该模块遵循了IATF 16949: 2016 汽车行业质量管理体系标准，可应用于汽车的车载导航、车队管理、物流追踪等领域。同时，工业和消费类电子领域也适用。
 
结语
 
随着汽车电气化、智能化、网联化的发展，将自动驾驶推上了风口浪尖，自动驾驶技术的发展改变了生活，同时也保证了道路运输的高效性，自动驾驶俨然已成为汽车发展的主要趋势。GNSS芯片在自动驾驶中发挥着重要的作用，为自动驾驶汽车提供了更高精度的定位，保证了行车的安全性和稳定性，GNSS技术正逐渐成为自动驾驶领域的焦点。