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高精度 GNSS 芯片及板卡/模塊行業(yè)概況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 司南衛(wèi)星    2023-11-07

1、GNSS 芯片的技術(shù)特征

在整個(gè)高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)鏈中，以高精度 GNSS 芯片為核心的上游器件是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)因素，是終端集成、系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié)的重要支撐，也是整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有先天的脆弱性和局限性。首先，導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號(hào)要穿過(guò)大氣層、電離層才能到達(dá)位于地面、空中的用戶接收設(shè)備，衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)必然受到大氣層、電離層變化的影響；其次，導(dǎo)航信號(hào)還可能因?yàn)榻ㄖ?、山體等遮蔽物造成反射，因此地面接收設(shè)備接收到信號(hào)常常是經(jīng)反射的信號(hào)，而不是衛(wèi)星直接播發(fā)的信號(hào)。

第三，在國(guó)際電信聯(lián)盟的頻率分配中，L 頻段不僅分配給了衛(wèi)星導(dǎo)航，還分配給了其它無(wú)線電業(yè)務(wù)，相鄰頻段工作的射頻發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生的段外輻射也會(huì)給衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)生無(wú)意干擾。總體而言，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)固有的脆弱性、局限性使衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)存在著不足，用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何環(huán)境下暢通無(wú)阻地使用衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的難度較大，依賴衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

對(duì)于 GNSS數(shù)據(jù)接收設(shè)備而言，衛(wèi)星與 GNSS 數(shù)據(jù)接收設(shè)備相距數(shù)萬(wàn)公里，任何一臺(tái)接收機(jī)都不能預(yù)知自己會(huì)接收到哪顆衛(wèi)星的信號(hào)。由于衛(wèi)星與接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系、衛(wèi)星時(shí)鐘頻漂、本地晶體振蕩頻率漂移，接收機(jī)無(wú)法獲知接收信號(hào)載波、相位與本地載波、相位之間是否一致，因此 GNSS 數(shù)據(jù)接收設(shè)備要分別從衛(wèi)星（PRN 碼）、偽碼相位、載波多普勒頻率三個(gè)方向?qū)π盘?hào)進(jìn)行搜索。

接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)很微弱，一般是淹沒(méi)在噪聲當(dāng)中，而熱噪聲功率譜是很均勻的，一旦接收信號(hào)中混入了窄帶干擾，那么信號(hào)頻譜在頻域上會(huì)有顯著的變換，GNSS 芯片就是要利用這些不同的特征，將干擾帶寬內(nèi)的窄帶干擾信號(hào)幅度限制在一定的范圍，從而有效降低帶內(nèi)干擾信號(hào)對(duì)接收機(jī)捕獲跟蹤的影響。

為了排除干擾提高定位準(zhǔn)度，這就要求 GNSS 芯片綜合運(yùn)用多維矩陣運(yùn)算技術(shù)、內(nèi)存優(yōu)化技術(shù)、非差推導(dǎo)技術(shù)、電離層處理技術(shù)、三頻超寬巷技術(shù)、動(dòng)態(tài)在航技術(shù)等抗干擾算法，從而使 GNSS芯片需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新。

2、高精度 GNSS 板卡/模塊簡(jiǎn)介

GNSS 板卡/模塊是由基帶芯片、射頻芯片、外圍電路和相應(yīng)的嵌入式控制軟件制成帶輸入輸出接口的基礎(chǔ)集成電路板，是高精度 GNSS 接收機(jī)的核心部件。模塊是集成度更高的板卡。

從支持的頻段和衛(wèi)星系統(tǒng)，可以分為單模定位模塊、單頻多模定位模塊、多頻多模定位模塊等。

（1）單模定位板卡/模塊：僅支持一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的定位板卡/模塊，如僅支持北斗定位。

（2）單頻多模定位板卡/模塊：僅支持一個(gè)頻段，但同時(shí)支持 BDS、GPS、GLONASS 等 衛(wèi) 星 系 統(tǒng) 的 定 位 模 塊 ， 如 部 分 公 司 的 產(chǎn) 品 能 同 時(shí) 支 持BDS/GPS/GLONASS/Galileo/QZSS/NAVIC 六大衛(wèi)星系統(tǒng)，定位的頻率更高，時(shí)間更短，精準(zhǔn)度更高。

（3）多模多頻的定位板卡/模塊：同時(shí)支持多個(gè)頻段和多個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的模塊，相比單頻多模定位板卡/模塊，可選擇性更大，更加靈活。

3、高精度 GNSS 芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

從定位精度上劃分，衛(wèi)星導(dǎo)航芯片可劃分為導(dǎo)航型和高精度型兩種。其中，導(dǎo)航型芯片以手機(jī)、可穿戴設(shè)備和共享單車等行業(yè)應(yīng)用為代表，占據(jù)了絕大部分的出貨量，高精度型的應(yīng)用占比相對(duì)較小。近年來(lái)，隨著新興行業(yè)應(yīng)用的興起，衛(wèi)星導(dǎo)航定位市場(chǎng)對(duì)高精度型的需求提升，以汽車自動(dòng)駕駛、戶外機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等為代表的高精度應(yīng)用正在大規(guī)模普及，不久將來(lái)，衛(wèi)星導(dǎo)航將發(fā)展到以高精度定位為主的基本格局。

此發(fā)展過(guò)程對(duì)導(dǎo)航型和高精度芯片廠商均是一個(gè)發(fā)展機(jī)遇，傳統(tǒng)導(dǎo)航型芯片廠商如 u-blox、ST 的產(chǎn)品正從單頻向雙頻過(guò)度，未來(lái)還將提升為三頻（頻點(diǎn)越多性能越好），高精度芯片廠商也在逐步降低成本、體積和功耗，以適配大規(guī)模應(yīng)用的需要，雙方最終會(huì)在高精度應(yīng)用部分市場(chǎng)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。而這個(gè)發(fā)展過(guò)程還需要一段時(shí)間，約為 3-5 年。

對(duì)于導(dǎo)航型芯片廠商最大挑戰(zhàn)在于高精度定位的算法，這也正是高精度芯片廠商的優(yōu)勢(shì)所在；而對(duì)于高精度芯片廠商的挑戰(zhàn)在于降低成本以及市場(chǎng)開(kāi)拓，畢竟消費(fèi)類、工業(yè)化的導(dǎo)航定位市場(chǎng)目前絕大部分掌握在導(dǎo)航型芯片廠商手中。

4、高精度 GNSS 芯片下游主要產(chǎn)業(yè)應(yīng)用情況及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

目前高精度 GNSS 芯片的下游傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域主要有測(cè)量測(cè)繪、形變監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等，新興應(yīng)用領(lǐng)域主要有汽車自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)、戶外機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等。