gptp（助力自动驾驶量产车型）

最近,诸多造车厂家的多款智能车型,均已将高精度组合导航加入其自动驾驶系统内,并且即将实现量产。这或许意味着,以组合导航为代表的高精度定位产品,即将在智能汽车前装应用中成为标配,市场需求将会呈现指数级增长。

而就在刚刚结束的WGDC 2021大会上,高精度定位核心部件研发制造商北云科技,带着最新推出的车规级组合导航定位单元X2亮相展会。北云科技CEO向为先生在演讲中提到,“智能汽车应用高精度组合导航,已经是大势所趋”。

所谓组合导航,是指将多种系统组合在一起的综合导航系统。而目前在智能汽车自动驾驶中,主要应用的是以高精度卫星定位和IMU(惯性导航单元)结合而成的组合导航方案。

（图：北云科技荣获WGDC2021年度口碑产品奖）

泰伯网对向为专访时获悉,高精度组合导航目前已经成为了解决汽车高精度定位问题的最优解,对于未来的智能汽车以及自动驾驶发展来说尤为重要。事实上,今年上海车展上各大厂商展出的高级别自动驾驶解决方案中,几乎全都包含了高精度组合导航。

专为智能汽车前装定制

作为国内最早一批深耕高精度定位领域的科技公司,北云科技于去年初推出X1组合导航系统后,在智能汽车后装市场大受欢迎,以高性价比和高性能赢得了广泛口碑,获得了“WGDC2021年度最佳口碑产品奖”。北云科技乘着在后装市场发展的强劲势头,顺势突围,在今年发布了全新的车规级组合导航定位单元X2,意图进一步推动各大整车厂和自动驾驶企业的量产化进程。

（图：北云科技车规级深耦合组合导航定位单元X2）

据了解,X2基于GNSS/INS深耦合组合导航技术架构,可在城市峡谷、隧道、高架桥、高架辅道、浓雾雨雪沙尘恶劣天气以及堵车、霓虹灯夜市、车道线磨损、开阔无特征点路段等恶劣场景下,输出200Hz以上的绝对厘米级位置信息,能够弥补激光雷达、摄像头等传感器在这些恶劣场景中的不足。还可融合里程计等,进一步提高组合定位精度和稳定性。

与此同时,X2增加了更丰富的接口,不但能够支持车载以太网、GPTP(精确时钟协议),针对N-RTK服务覆盖不佳的区域以及海外用户,增加了L波段信号接收以及PPP/PPP-RTK功能,以及RTK/PPP模式的无缝切换,在没有移动信号的环境下,仍然能够通过星基增强信号提供高精度定位。

（图：X2深耦合组合导航系统架构）

向为告诉泰伯网,由于X2针对的主要是量产客户,所以单台产品的价格将会有大幅下降。至于价格究竟能够下探到什么程度,向为并未明说。X2的官方宣传语中写的是:“RTK的价格、专业级组合导航的性能”,从中可以窥探一二。

专业级组合导航性能比肩国际水平

目前在全球组合导航产品领域,经过了近些年的你追我赶,国内和国外厂家在RTK算法部分已经比较接近了,没有太大差异。现在,大家都在比拼集成度和组合导航算法。

Trimble、Novatel和国内的北云科技等做卫星定位起家的厂家,都是基于自家RTK芯片做出的组合导航产品,所以在集成度方面更有优势。北云科技的新品X2车规级组合导航产品,便是基于北云科技自研的RTK芯片,通过单板卡的设计实现卫星定位与IMU的底层融合,使得X2的整体大小做到了跟一张身份证大小近似。

从更深的底层算法层面来看,当下的组合导航算法分为松耦合、紧耦合及深耦合三种,算法实现难度依次递增。

松耦合采用的是RTK定位结果+IMU原始数据来实现融合,在隧道、地下车库等完全无卫星信号的场景下与紧耦合、深耦合相当,但在有卫星信号但是信号被遮挡的场景下,如城市峡谷等,定位效果不如紧耦合、深耦合。

而紧耦合采用RTK定位结果+GNSS的原始数据+IMU原始数据。可以有效利用信号遮挡环境下的卫星观测数据,提升定位效果。紧耦合算法的实现需要厂家同时具备RTK定位算法和组合导航算法两种研发能力。

然而紧耦合算法在GNSS原始数据质量较差时,仍然无法达到最佳效果。实际上,在林荫、楼宇遮挡等恶劣环境下,GNSS容易出现频繁失锁、观测量跳变等异常现象,容易引发定位异常。深耦合组合导航算法可以有效解决这个问题。

深耦合算法在紧耦合算法的基础上,利用IMU原始数据辅助GNSS信号捕获跟踪,通过IMU准确的相对多普勒变化信息辅助载波跟踪环路,提高恶劣环境下多普勒估计准确度,从而提高恶劣环境下载波相位、伪距等观测量的精度和连续性,减少观测量中断和跳变,从而有效提高组合导航精度和可靠性。另外,利用深耦合算法还可以有效检测出欺骗信号,保护组合导航设备不受干扰。

深耦合算法实现上最难,在城市峡谷中的定位效果也是最好。深耦合算法的实现,除了需要具备紧耦合算法研发能力外,还需要具备GNSS射频和基带接收能力,目前只有自研RTK芯片的公司可以做。北云科技的车规级组合导航单元X2,便是基于自己的RTK定位芯片,又融入深耦合组合导航算法的这样一款产品,实测结果显示,深耦合相较普通的松耦合定位精度可提升3～7倍,较紧耦合定位精度可提升2～5倍。

而在行业内,目前只有极少数拥有自研RTK芯片的公司掌握此项技术,大多数组合导航厂商以松耦合技术为主。

深耦合实测优势

此路段,固定解比例为15.18%,可用星数不小于两颗比例为76.34%,松耦合主要使用固定解,深耦合可以使用可用星数大于2颗的数据。

实测显示在高架环岛等恶劣环境下,深耦合定位相较于松耦合定位,误差减小3-7倍。

成本下探至可前装量产阶段

在专访中向为认为,组合导航在智能汽车领域大有可为,而要想大规模切入智能汽车市场,组合导航还需要进一步的降低成本。而降低成本的方式目前主要有三个:一是关键芯片与器件自主研发,掌握BOM成本优势;二是自动化生产,提升工艺质量扩大单位人时产能;三是规模上量,分摊研发成本。

北云科技已拥有两款自主研发并批产应用的高精度定位芯片,取得了两项集成电路布图设计登记证书及30多项国家发明专利。

从苹果采用自研芯片比采购intel芯片成本降低四分之三可以看出,掌握关键芯片和器件的自主研发对于成本控制来说至关重要。与此同时,北云科技下一代集成度更高的组合导航芯片即将量产,将进一步提高性能,降低成本。

其次,北云科技导入了ISO26262、ASPICE、AECQ认证,基于自研芯片的高精度组合导航定位产品已通过了德国莱茵IATF16949车规级认证、CE认证、FCC认证、RoHS认证和德国SGS全方面的测试认证等。并投入重金打造全自动化生产线,产能可达到20万套/条/年,并能在3个月将产能快速扩充到300万套/年。全自动化生产可有效提升产品工艺和质量,扩大单位人时产能,人工成本大幅降低。

最后,北云推出的车规级组合导航定位单元X2,正在逐步扩大北云科技在智能汽车前装市场的份额。目前正在导入多家知名车厂和自动驾驶公司的量产车型。有望在短期内形成规模上量、成本降低的正向循环。

国产组合导航厂商竞争力日趋强大

据了解,北云科技于2018年与驾考龙头多伦科技签署战略合作协议,全面替换国外同类产品。目前在全国30余个省市400多个城市的上千个驾考场地中,每天有数万台北云产品运行在全国各地,为各个城市的驾考系统提供可信的厘米级定位。北云科技以此在车载驾考领域形成了历经数个冬夏的,横跨大江南北的,十万量级的大规模验证,针对车载应用场景进行了大量工程优化,拥有大量实测数据训练算法。

截至2021年5月,北云科技的产品已出口至全球30多个国家。其中,在智能汽车后装市场的组合导航出货量已经超过1万套,主要应用在了自动驾驶测试车、无人扫地车、自动驾驶重卡等车型上。

不得不承认,北云科技在高精度定位、多源融合定位等领域已拥有了较深厚的技术积累与不凡的创新能力。北云科技通过对关键芯片和器件的自主研发,以及大规模的测试与应用,逐步建立起了独树一帜的技术优势、成本优势与应用优势。

基于北云科技多年以来的技术积累和市场探索,组合导航似乎已经来到了市场爆发的前夜。泰伯网有理由相信,在市场需求快速驱动和国内大循环的大背景下,国产车规级高精度组合导航产品将迎来需求爆发,而北云科技也必将在这其中扮演着非常重要的角色。