衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)被比喻為“守護(hù)國門的金鑰匙”，即使GPS出現(xiàn)較早，許多國家和經(jīng)濟(jì)體都建立了自己獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括俄羅斯GLONASS、歐盟Galileo、印度IRNSS、日本QZSS，英國在脫歐之后也在尋求建立衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

經(jīng)過二十余年努力，我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（下文簡稱北斗系統(tǒng)）攻克了原子鐘、混合星座、星間鏈路等技術(shù)難題，2020年北斗三號系統(tǒng)完成全球組網(wǎng)成功，向全世界宣示我國具備向全球提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)的能力。技術(shù)和設(shè)施不斷完善，北斗系統(tǒng)已經(jīng)成熟，在各行各業(yè)被更多地使用起來，包括交通運(yùn)輸、農(nóng)林牧漁、城市設(shè)施等，并融入電力、通信、金融等行業(yè)，綜合效益不斷顯現(xiàn)。

隨著市場大門逐漸開啟，北斗系統(tǒng)正以高速發(fā)展的態(tài)勢實(shí)現(xiàn)其立項(xiàng)之初確立的“天上好用、地上用好”目標(biāo)。

北斗規(guī)模化的下一個陣地

導(dǎo)航系統(tǒng)提供最基本的時間和空間信息，與生活當(dāng)中密切相關(guān)，涉及到國計(jì)民生，因此，推動北斗系統(tǒng)在大眾消費(fèi)領(lǐng)域普及，或?qū)⒊蔀楸倍吩谔囟ㄐ袠I(yè)、重點(diǎn)領(lǐng)域標(biāo)配化之后的發(fā)展重心。

今年1月，工信部發(fā)布《關(guān)于大眾消費(fèi)領(lǐng)域北斗推廣應(yīng)用的若干意見》（下文簡稱《意見》），當(dāng)中提出，“提升北斗系統(tǒng)用戶體驗(yàn)和競爭優(yōu)勢，將大眾消費(fèi)領(lǐng)域打造成為北斗規(guī)?；瘧?yīng)用的動力引擎。大眾消費(fèi)領(lǐng)域具有產(chǎn)品規(guī)模大、輻射作用強(qiáng)的特點(diǎn)，是擴(kuò)大北斗應(yīng)用規(guī)模、提高應(yīng)用普及率、培育北斗發(fā)展新動能的重要領(lǐng)域?！?/p>

北斗三號系統(tǒng)組網(wǎng)完成，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，市場已經(jīng)呈現(xiàn)高增長態(tài)勢。從商業(yè)化產(chǎn)品來看，北斗系統(tǒng)實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入大眾消費(fèi)，在智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、共享單車等產(chǎn)品中都使用到北斗系統(tǒng)。

在突破關(guān)鍵核心技術(shù)和產(chǎn)品方面，《意見》指出，“重點(diǎn)突破短報文集成應(yīng)用、融合衛(wèi)星/基站/傳感器的室內(nèi)外無縫定位、自適應(yīng)防欺騙抗干擾等關(guān)鍵技術(shù)，加快推進(jìn)高精度、低功耗、低成本、小型化的北斗芯片及關(guān)鍵元器件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，形成北斗與5G、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)融合的系統(tǒng)解決方案?！?/p>

北斗系統(tǒng)已經(jīng)從過去不惜代價發(fā)展的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，發(fā)展到面向大眾普惠發(fā)展的階段。而滲透大眾消費(fèi)領(lǐng)域，滿足應(yīng)用需求，就需要硬件提供支撐。

芯片先行，釋放北斗潛能

實(shí)際上我國已構(gòu)建了完整北斗產(chǎn)業(yè)鏈，遍及芯片、模組、服務(wù)等環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都有國產(chǎn)廠商布局，可以說北斗系統(tǒng)的國產(chǎn)化率較高。

在向大眾消費(fèi)領(lǐng)域延伸的時候，終端應(yīng)用的場景對硬件提出更高要求，比如，精度要求越來越高、縮短定位時間、開機(jī)立即能定位等。面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，終端用戶還要求芯片能提供一定的附加功能，比如定位芯片能夠和各種各樣的互聯(lián)網(wǎng)傳感器結(jié)合在一起，能夠有開放的接口等。

圖注：華大北斗董事長兼總經(jīng)理 孫中亮 宣布新一代低功耗旗艦產(chǎn)品HD8120正式發(fā)售

要達(dá)到上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，迫使芯片、模組等的自主研發(fā)速度加快。華大北斗董事長兼總經(jīng)理孫中亮表示，芯片級的高精度定位導(dǎo)航要解決眾多難題，包括射頻技術(shù)、基帶技術(shù)、抗干擾技術(shù)、低功耗技術(shù)、SoC技術(shù)、算法技術(shù)、安全技術(shù)等，華大北斗的低功耗導(dǎo)航定位芯片逐步迭代，為實(shí)現(xiàn)北斗民用化、大眾化規(guī)模應(yīng)用提供芯片的技術(shù)支撐。

華大北斗近期推出低功耗旗艦產(chǎn)品HD8120，新品的設(shè)計(jì)針對功能、性能做了深度優(yōu)化，面向更廣泛的大眾化、規(guī)?；瘧?yīng)用提供更優(yōu)的性價比、更廣泛的使用場景。

HD8120保持了多標(biāo)準(zhǔn)的兼容性，支持北斗、GPS、伽利略、GLONASS以及QZSS等幾乎所有全球運(yùn)行的民用衛(wèi)星導(dǎo)航信號，可實(shí)現(xiàn)快速定位、持久續(xù)航，為衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在自動駕駛、交通運(yùn)輸領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。

北斗民用進(jìn)入亞米級時代

據(jù)悉，華大北斗以芯片為核心的全棧系列產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)芯片模組終端全系列的解決方案。產(chǎn)品定位精度系列也從5米到10米的標(biāo)準(zhǔn)定位精度，發(fā)展到亞米級（小于1米）的定位精度，再到厘米級的定位精度。

華大北斗技術(shù)負(fù)責(zé)人于洪濤介紹，使用CEP（定位準(zhǔn)確度單位）的統(tǒng)計(jì)方式，HD8120在開闊環(huán)境下的定位精度可以達(dá)到1.5米，在打開SBAS（星基增強(qiáng)系統(tǒng)）的情況下定位精度小于1米，實(shí)測結(jié)果為0.5米到0.8米區(qū)間。在SBAS和差分處理情況下，速度精度都可以達(dá)到0.1米每秒，授時精度1 PPS可以做到20納秒的授時精度。

圖注：HD8120八大核心能力

10秒內(nèi)冷啟動，體驗(yàn)大幅提升

導(dǎo)航系統(tǒng)的首次定位時間（設(shè)備獲取足夠的可用衛(wèi)星信號和數(shù)據(jù)以提供準(zhǔn)確導(dǎo)航所需的時間）決定了導(dǎo)航系統(tǒng)使用體驗(yàn)，通常包括兩個指標(biāo)，即熱啟動和冷啟動，前者通常為1秒，后者為半分鐘左右，過長的冷啟動時間是導(dǎo)航產(chǎn)品的痛點(diǎn)之一。

HD8120如何解決冷啟動過慢的問題？

于洪濤介紹，導(dǎo)航系統(tǒng)要接收到衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)才能定位，但是在某些情況下信號非常弱，收不到衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，這就需要星歷存儲功能，方便下次啟動的時候使用，縮短冷啟動時間，做到快速定位。

圖注：華大北斗技術(shù)負(fù)責(zé)人于洪濤介紹A-GNSS功能

為了做到這一點(diǎn)，HD8120具備一項(xiàng)名為A-GNSS的功能，通過在線服務(wù)把星歷信息實(shí)時推送到芯片，完成快速定位，提升定位靈敏度?；谌A大北斗自研的在線系統(tǒng)和離線系統(tǒng)，可提供兩種A-GNSS，這是一項(xiàng)具有技術(shù)難度的創(chuàng)新。

具體而言，在線方式使用了華大北斗自研的“星歷采集云系統(tǒng)”，實(shí)時采集全球所有實(shí)時衛(wèi)星星歷，匯總進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過用戶服務(wù)器在線訪問的方式傳遞給終端客戶，這樣達(dá)到實(shí)時快速定位，把之前從30秒左右的冷啟動定位時間大大縮短到10秒以內(nèi)。

另一種是離線A-GNSS，提前播發(fā)未來導(dǎo)航衛(wèi)星的位置和時間，這種離線方式需要系統(tǒng)算法估計(jì)星歷，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，據(jù)悉目前只有少數(shù)廠商才具備這個能力。

華大北斗經(jīng)過攻關(guān)，研發(fā)出“星歷預(yù)估算法系統(tǒng)”，并已經(jīng)投入到客戶的實(shí)際使用中。該系統(tǒng)將星歷信息通過用戶服務(wù)器離線下載到集成HD8120的終端，最大支持存儲7天的星歷信息，也就是說，用戶可在7天內(nèi)在沒有聯(lián)網(wǎng)的情況下獲得到衛(wèi)星實(shí)時星歷，最終達(dá)到快速定位。

這實(shí)際上也是HD8120實(shí)現(xiàn)低功耗的秘訣之一，使用星歷采集云系統(tǒng)實(shí)時通信；使用離線A-GNSS在沒有通信的情況下快速定位。值得注意的是，該項(xiàng)功能所使用的閃存支持?jǐn)嚯娪洃?，?shù)據(jù)保留的有效期是兩個小時，不過，這已經(jīng)可以滿足用戶使用場景需求。

綜合來看，星歷存儲功能目的是達(dá)到快速定位，同時架構(gòu)簡單，不需要額外輔助，只需要HD8120就可以實(shí)現(xiàn)，成本非常低。

功耗降低50%，為物聯(lián)網(wǎng)而生

在電源效率方面，HD8120的功耗降低到11毫安，在3.3伏工作電壓的情況下，HD8120的功耗相當(dāng)于是主流芯片的50%，這是非常大的提升。

隨著系統(tǒng)規(guī)模和信號的增加，整體功耗也可以控制在18毫安以下。還值得一提的是，待機(jī)功耗只有15微安，芯片被運(yùn)用到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或者追蹤設(shè)備上的時候，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備休眠時候的超低功耗，從而達(dá)到長時間待機(jī)和使用。

功耗降低到極致，也要得益于HD8120所采用新架構(gòu)CYNOSURE III Lite。

全新架構(gòu)對集成DC/DC（直流電壓轉(zhuǎn)換）、PMU（電源管理單元）的全新設(shè)計(jì)；還對射頻數(shù)字基帶進(jìn)行全面優(yōu)化；通過復(fù)用追蹤通路提升信號支持；使用基帶前端的數(shù)字濾波器，實(shí)時動態(tài)地檢測當(dāng)前有沒有干擾，并且檢測到干擾后，實(shí)時濾除。由于在數(shù)字轉(zhuǎn)換前進(jìn)行抗干擾，具有較佳的效率和功耗。

物聯(lián)網(wǎng)不僅需要低功耗和足夠性能，還需要芯片能夠滿足應(yīng)用的多樣性。HD8120寬壓設(shè)計(jì)支持不同的場景、不同的客戶，芯片使用為1.7V到3.63V電壓輸入，可以靈活地支持終端方案設(shè)計(jì)。

與HD8120同期發(fā)布了兩款模組，TAU1113和TAU1114，兼容GPS模塊，節(jié)省design in替換成本，也就是在將單GPS模式的產(chǎn)品換成多頻多系統(tǒng)模組，可直接替換。此外，TAU1113/1114支持有源天線檢測與保護(hù)功能；采用SMD表貼模式，方便批量生產(chǎn)；支持全新一代的北斗三號系統(tǒng)B1C信號。

以開放平臺促進(jìn)北斗全球化

以粵港澳大灣區(qū)為基礎(chǔ)的電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，華大北斗實(shí)現(xiàn)了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在車載導(dǎo)航、車輛管理、物流跟蹤、自動駕駛、無人機(jī)、共享單車、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、水利監(jiān)測、高精度測繪等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用，為北斗規(guī)?；瘧?yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的芯片基礎(chǔ)。

圖注：HD8120典型應(yīng)用行業(yè)

在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，華大北斗推出了北斗芯片的開放平臺，依托華大北斗自主研發(fā)的北斗三號信號體制的多系統(tǒng)多頻高精度系列芯片產(chǎn)品，賦能產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)實(shí)現(xiàn)嵌入式算法研發(fā)，為衛(wèi)星導(dǎo)航的二次應(yīng)用核心算法，開放芯片的原始觀測量；面向應(yīng)用集成研發(fā)，開放芯片內(nèi)核接口資源。

孫中亮表示，只有開放才能使整個系統(tǒng)更快、更廣泛的應(yīng)用，使北斗系統(tǒng)能夠更快地走向全球，實(shí)現(xiàn)中國的北斗也是世界的北斗。

秉承30余年的集成電路設(shè)計(jì)底蘊(yùn)和經(jīng)驗(yàn)積累，華大北斗在BDS/GPS導(dǎo)航定位芯片的基帶與射頻一體化設(shè)計(jì)、算法研究、產(chǎn)品化解決方案等方面持續(xù)挺進(jìn)。針對行業(yè)應(yīng)用的不同需求，華大北斗重點(diǎn)圍繞共享單車、車載應(yīng)用、無人機(jī)、智能終端、高精度等應(yīng)用，規(guī)劃了完整的芯片產(chǎn)品線，包括米級精度的HD8120系列芯片及模組、米級精度HD8040系列雙頻芯片及模組、厘米級精度的HD9300系列雙頻芯片和高精度定位、定向模組。

小結(jié)

大眾消費(fèi)領(lǐng)域范圍比較寬廣，除了文中提到的應(yīng)用之外，還包括諸如智能汽車、AR/VR、高精度位置服務(wù)等新興領(lǐng)域，這些也都為北斗系統(tǒng)未來提供成長動能，這些市場的爆發(fā)在即，北斗系統(tǒng)有望在規(guī)模應(yīng)用的道路上大放異彩。在國內(nèi)導(dǎo)航芯片廠商的努力下，低功耗、高精度產(chǎn)品推陳出新，勢必加快北斗系統(tǒng)在大眾消費(fèi)領(lǐng)域的普及進(jìn)程。

審核編輯 黃昊宇