分析丨衛(wèi)星應(yīng)用受關(guān)注，GNSS導(dǎo)航芯片/模塊發(fā)展加速

華為Mate 60 Pro、SpaceX“星鏈”近期受到關(guān)注，衛(wèi)星應(yīng)用或?qū)⒊蔀?a target="_blank">半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一個(gè)新的增長(zhǎng)領(lǐng)域，主要包括通信、導(dǎo)航、遙感等。在通信方面，我國(guó)在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的研究也取得進(jìn)展，據(jù)芯查查資訊，近期中國(guó)電信研究院與中國(guó)電信上海應(yīng)急通信局、中國(guó)電信衛(wèi)星公司協(xié)同，聯(lián)合北京捷蜂創(chuàng)智科技與北京郵電大學(xué)，基于同步軌道衛(wèi)星，完成全球首次運(yùn)營(yíng)商N(yùn)R NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)）終端直連衛(wèi)星現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境測(cè)試驗(yàn)證。隨著這項(xiàng)測(cè)試驗(yàn)證的后續(xù)部署推進(jìn)，智能手機(jī)未來將可以使用衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)，這也是移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信融合發(fā)展的必然趨勢(shì)。

除了通信，衛(wèi)星應(yīng)用更成熟的領(lǐng)域之一是導(dǎo)航定位，在這方面，我國(guó)已經(jīng)構(gòu)建了自主的北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)，在智能終端導(dǎo)航、車載導(dǎo)航、共享經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域具有廣闊前景，目前已經(jīng)進(jìn)入全面規(guī)?；瘧?yīng)用階段。北斗三號(hào)進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用階段據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站介紹，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS，Global Navigation Satellite System）是一個(gè)多系統(tǒng)、多層面、多模式的復(fù)雜組合系統(tǒng)，涵蓋所有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和增強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，還涵蓋在建和以后建設(shè)的其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

·全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：包括中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）、俄羅斯格洛納斯（GLONASS）、歐洲伽利略（Galileo）和美國(guó)GPS?！^(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：包括日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS）、印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（IRNSS）?！ぬ旎鰪?qiáng)系統(tǒng)：包括美國(guó)廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）、歐洲靜地導(dǎo)航重疊系統(tǒng)（EGNOS）、日本的多功能運(yùn)輸衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)（MSAS）等。

圖注：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)比（來源：《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)用國(guó)際化發(fā)展戰(zhàn)略研究》）2020年，北斗三號(hào)系統(tǒng)正式完成組網(wǎng)，完成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“天地一張網(wǎng)”布局，為中國(guó)大陸地區(qū)用戶提供高精度定位服務(wù)。北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備導(dǎo)航定位和通信數(shù)傳兩大功能。

面向全球范圍，北斗三號(hào)提供三種服務(wù)，包括定位導(dǎo)航授時(shí)、全球短報(bào)文通信和國(guó)際搜救。在中國(guó)及周邊地區(qū)，提供四種服務(wù)，包括星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位和區(qū)域短報(bào)文通信。

目前北斗邁入規(guī)模化應(yīng)用關(guān)鍵階段，預(yù)計(jì)到“十四五”末產(chǎn)值翻番，突破萬億元大關(guān)，全球市場(chǎng)份額翻兩番。2023年4月底，第十三屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航年會(huì)召開，《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展》報(bào)告提到，“預(yù)計(jì)到‘十四五’末期，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航位置與服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值翻一番，突破萬億元大關(guān)，全球市場(chǎng)份額翻兩番，北斗產(chǎn)業(yè)化向更寬范圍、更高水平、更高層次邁進(jìn)。”

數(shù)據(jù)顯示，2022年國(guó)內(nèi)新入網(wǎng)的智能手機(jī)支持北斗出貨量共計(jì)2.6億部，占比達(dá)到98.5%。另據(jù)人民日?qǐng)?bào)，截至今年1月，北斗時(shí)空智能服務(wù)的全球累計(jì)接入智能設(shè)備超15億臺(tái)。北斗正在成為智能手機(jī)、手表等可穿戴設(shè)備等大眾消費(fèi)產(chǎn)品定位功能標(biāo)準(zhǔn)配置，包括華為、小米、蘋果等國(guó)內(nèi)外主流智能手機(jī)廠商均支持北斗，北斗三號(hào)短報(bào)文已實(shí)現(xiàn)與智能手機(jī)、手表信息互通。GNSS芯片/模塊的3個(gè)趨勢(shì)我國(guó)已經(jīng)具備芯片、模塊、天線、板卡、終端和運(yùn)營(yíng)服務(wù)為一體的完整衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航芯片，性能指標(biāo)與國(guó)際主流產(chǎn)品相當(dāng)。

芯片、板卡/模塊、天線等元器件是產(chǎn)業(yè)鏈上游；中游主要是指諸如高精度GNSS接收機(jī)在內(nèi)的各類數(shù)據(jù)采集設(shè)備產(chǎn)品以及各類高精度GNSS系統(tǒng)集成服務(wù)；下游則主要是基于各種技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用、運(yùn)營(yíng)服務(wù)。

GNSS芯片用于接收由GNSS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，包含基帶芯片、射頻芯片?；鶐酒悄K、板卡的核心器件，完成對(duì)指定衛(wèi)星信號(hào)的捕獲、跟蹤、數(shù)據(jù)解調(diào)，并給出衛(wèi)星信號(hào)的偽距、載波相位等測(cè)量信息，其功能和性能通常決定了整機(jī)的性能指標(biāo)。射頻芯片則主要負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星發(fā)射的波形信號(hào)，并將其放大變成數(shù)字信號(hào)。目前導(dǎo)航GNSS芯片/模塊主要呈現(xiàn)3個(gè)趨勢(shì)：

1、多模多頻

北斗系統(tǒng)民用市場(chǎng)逐漸打開，規(guī)?；苿?dòng)高性能多模模塊需求，以及提升北斗衛(wèi)星系統(tǒng)配置率。由于北斗與GPS、GLONASS系統(tǒng)兼容，可以降低多模GNSS模塊開發(fā)成本。從支持的頻段和衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)量劃分，GNSS芯片/模塊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。

2、高精度GNSS芯片/模塊有普通精度和高精度之分。普通精度衛(wèi)星導(dǎo)航的定位誤差通常在1至10米以上區(qū)間內(nèi)，高精度衛(wèi)星導(dǎo)航的定位誤差則通常在1米以下。普通精度衛(wèi)星導(dǎo)航已經(jīng)可以滿足普通消費(fèi)者的一般使用需求，具體應(yīng)用包括簡(jiǎn)單的車輛和船舶導(dǎo)航、生態(tài)監(jiān)控等領(lǐng)域。

對(duì)于需要實(shí)時(shí)精確定位的應(yīng)用需求，則必須采用高精度衛(wèi)星導(dǎo)航，精準(zhǔn)測(cè)繪、精確制導(dǎo)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)是常見領(lǐng)域。

消費(fèi)電子產(chǎn)品如果使用基于位置的云服務(wù)，那么也需要高精度定位，主要需求精度為米級(jí)、分米級(jí)。定位芯片硬件上至少是雙頻才能具備支持云服務(wù)的能力，實(shí)現(xiàn)分米級(jí)的定位。此外，無人化、智能化的迫切需求，汽車智能駕駛、L2輔助駕駛滲透率越來越高，對(duì)高精度定位服務(wù)的需求也注定越來越旺盛。

3、與慣性測(cè)量結(jié)合慣性測(cè)量單元（IMU）與GNSS芯片/模塊融合，以提高導(dǎo)航系統(tǒng)精度和可靠性。在衛(wèi)星信號(hào)受遮擋的環(huán)境中，慣性測(cè)量系統(tǒng)則可以提供實(shí)時(shí)姿態(tài)和速度信息，并計(jì)算定位。同時(shí)，視覺傳感器、激光雷達(dá)和地面測(cè)量?jī)x等新型傳感器也逐漸成熟并應(yīng)用于導(dǎo)航領(lǐng)域，提供更多樣化和豐富的數(shù)據(jù)，為慣性導(dǎo)航融合提供了更多可能性。

圍繞上述產(chǎn)品趨勢(shì)，下面介紹幾家主要GNSS芯片/模塊廠商的核心技術(shù)和產(chǎn)品。和芯星通：國(guó)內(nèi)北斗芯片龍頭

和芯星通是北斗星通旗下企業(yè)，其高精度芯片國(guó)內(nèi)市占率超60%。熱門產(chǎn)品為自主研發(fā)的UM620N和UM621N模組，為車規(guī)級(jí)四系統(tǒng)雙頻導(dǎo)航定位模組。UM621N為四系統(tǒng)雙頻GNSS/INS組合導(dǎo)航模組。UM620N和UM621N模組，在復(fù)雜環(huán)境中定位精度更優(yōu)，抗干擾能力更強(qiáng)，適用于車載座艙IVI、TBOX等應(yīng)用領(lǐng)域。

UM621N四系統(tǒng)雙頻模組增加了慣性組合導(dǎo)航技術(shù)，可提升導(dǎo)航的穩(wěn)定輸出。如果GNSS跟蹤由于多徑、遮擋、干擾等因素影響定位精度，那么基于GNSS/INS組合導(dǎo)航算法，可根據(jù)其速度、姿態(tài)和方向來估算當(dāng)前軌跡和位置。當(dāng)車輛進(jìn)入多路徑、干擾、遮擋等場(chǎng)景，基于UDR組合導(dǎo)航技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景的100%定位結(jié)果輸出。

UM620N和UM621N模組基于和芯星通自主研發(fā)的新一代車規(guī)級(jí)雙頻多系統(tǒng)射頻基帶一體化SoC芯片——UFirebirdIITM（UC6580A）設(shè)計(jì)，符合AEC-Q100車規(guī)級(jí)認(rèn)證，同時(shí)具備高集成度、高性能、小尺寸等特點(diǎn)。

公開資料顯示，過去的五年里，和芯星通的銷量每年平均增長(zhǎng)100%，2018年銷售收入為1.8億，凈利潤(rùn)2424萬；2022年銷售收入實(shí)現(xiàn)6.79億，凈利潤(rùn)達(dá)到1.69億。收入增長(zhǎng)277%。利潤(rùn)增長(zhǎng)604%。

目前的行業(yè)高精度芯片已經(jīng)全部替代為和芯星通的星云4代產(chǎn)品。和芯星通在汽車領(lǐng)域的產(chǎn)品主要是Firebird產(chǎn)品系列，主要面對(duì)座艙域。

中電港螢火工場(chǎng)：慣導(dǎo)模塊實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航定位

中電港螢火工場(chǎng)結(jié)合自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推出一系列慣導(dǎo)模塊產(chǎn)品，在實(shí)現(xiàn)原理上，可持續(xù)導(dǎo)航定位30分鐘～2小時(shí)，當(dāng)慣導(dǎo)信號(hào)漂移時(shí)，具備自校正機(jī)制。中電港螢火工場(chǎng)慣導(dǎo)模塊方案自有陀螺儀核心軟件算法，可采集停車場(chǎng)數(shù)據(jù)，畫出室內(nèi)圖，可與現(xiàn)有智能化停車場(chǎng)管理資源相輔相成，無需額外改造，助力高峰疏導(dǎo)，空閑引流，使用落地便利。

圖注：中電港螢火工場(chǎng)慣導(dǎo)模塊（來源：中電港螢火工場(chǎng)）

華大北斗：推動(dòng)GNSS芯片高集成度一體化SoC設(shè)計(jì)

華大北斗自成立以來不斷提高芯片設(shè)計(jì)核心技術(shù)水平，積極布局北斗核心芯片的研制，始終堅(jiān)持基于先進(jìn)工藝的高集成度一體化SoC設(shè)計(jì)架構(gòu)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，以確保芯片在定位精度和性能、功耗控制、成本、高集成度小型化等方面皆具優(yōu)勢(shì)。

代表產(chǎn)品包括華大北斗自主研發(fā)的北斗芯片HD8140、低功耗旗艦產(chǎn)品HD8120系列，以及HD8040D、HD9310雙頻高精度定位芯片和TAU系列模組產(chǎn)品，廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴、車載導(dǎo)航、無人機(jī)等領(lǐng)域。

華大北斗第四代北斗芯片與其以往系列芯片一樣，繼續(xù)采用了SoC芯片架構(gòu)。在單一芯片上集成了兩個(gè)微處理器、射頻單元、數(shù)字基帶單元、存儲(chǔ)器、電源管理單元、外圍接口等，具備集成度高、功能強(qiáng)、功耗低、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于：要通過復(fù)雜的設(shè)計(jì)，來避免各個(gè)模塊互相影響，保證各個(gè)模塊配合工作時(shí)可以發(fā)揮出最佳性能。

圖注：華大北斗GNSS芯片（來源：華大北斗）芯訊通：模組銷售量連續(xù)四年位居全球領(lǐng)先芯訊通提供5G、C-V2X、LPWA、LTE-A、智能模組、LTE、WCDMA/HSPA（+）、GSM/GPRS無線蜂窩通信以及GNSS等多種技術(shù)平臺(tái)的模組及解決方案。根據(jù)美國(guó)知名市場(chǎng)研究公司ABI Research Inc.的M2M報(bào)告顯示，芯訊通無線通信模組銷售量連續(xù)四年位居全球領(lǐng)先。

芯訊通早于2019年推出全球首款5G模組SIM8200EA-M2系列并通過實(shí)網(wǎng)穩(wěn)定連接，并將不斷的從產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、服務(wù)、創(chuàng)新四個(gè)層面去不斷推進(jìn)芯訊通在5G領(lǐng)域的布局。

在導(dǎo)航產(chǎn)品方面，芯訊通GNSS模組SIM65M、SIM32ELA搭載絡(luò)達(dá)平臺(tái)，采用單頻多衛(wèi)星接收模式，捕捉信號(hào)更為迅速，位置、時(shí)間精度高，受障礙物影響小。

GNSS雙頻模塊SIM68D、SIM66MD分別搭載絡(luò)達(dá)和芯與物平臺(tái)。具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低等特點(diǎn)，高效識(shí)別遮擋和干擾環(huán)境。L1+L5雙頻GNSS接收機(jī)可智能切換工作模式。

雙頻慣導(dǎo)模組SIM68AD搭載絡(luò)達(dá)平臺(tái)，增加慣性導(dǎo)航技術(shù)增強(qiáng)、強(qiáng)城市區(qū)域定位精度，可覆蓋GNSS信號(hào)無法到達(dá)的區(qū)域、減少干擾和偏差。雙頻RTK模塊SIM68AT、SIM66MD-R分別搭載絡(luò)達(dá)和芯與物平臺(tái)。L1+L5雙頻接收不同頻率信號(hào)有效消除電離層誤差。集成AGNSS、LNA、RTK，可達(dá)到厘米級(jí)精準(zhǔn)定位。

小 結(jié)

衛(wèi)星應(yīng)用或?qū)⒂瓉硪淮胃叻澹瑸榘雽?dǎo)體行業(yè)創(chuàng)造增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。導(dǎo)航定位是衛(wèi)星應(yīng)用的重要組成，我國(guó)在該領(lǐng)域具有完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在應(yīng)用端，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)全面賦能國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施，并在共享經(jīng)濟(jì)、智能手機(jī)等大眾消費(fèi)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用和生態(tài)已經(jīng)成型，根據(jù)中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)發(fā)布的《2023中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2022年國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航定位終端產(chǎn)品總銷量超3.76億臺(tái)，其中，具有衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能的智能手機(jī)出貨量達(dá)到2.64億臺(tái)，占比達(dá)到98.5%。包括物聯(lián)網(wǎng)、穿戴式、車載、高精度等在內(nèi)的各類定位終端設(shè)備銷量超過1億臺(tái)（套）。

在產(chǎn)業(yè)鏈上游，與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用直接相關(guān)的芯片、器件、算法、軟件、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、終端設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值，2022年同比增長(zhǎng)5.05%，達(dá)到1527億元人民幣，在總體產(chǎn)值中占比為30.50%。受益于導(dǎo)航定位市場(chǎng)應(yīng)用全面展開，GNSS芯片/模塊將加速在民用領(lǐng)域的滲透，本文介紹了GNSS導(dǎo)航芯片/模塊趨勢(shì)和主要廠商產(chǎn)品。

審核編輯：湯梓紅