北斗GNSS全球精密新時(shí)空微系統(tǒng)與量子加密應(yīng)用

山東大學(xué)

宋雨恒，趙晨昕，劉淑娟，林佳成，王學(xué)林，邢建平

1 作品介紹

本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的國內(nèi)首款五星八頻導(dǎo)航定位模塊—“新時(shí)空芯片微系統(tǒng)”，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，提出北斗GNSS/INS/DR 敏捷精準(zhǔn)微系統(tǒng)技術(shù)，采用創(chuàng)新的組合導(dǎo)航算法，使得產(chǎn)品水平單點(diǎn)定位精度小于1.2 m，DGPS 定位精度小于0.5 m，RTK 定位精度小于0.01 m，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定亞米級(jí)定位和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)毫米級(jí)定位（RTK）。與市面上主流產(chǎn)品相比，定位精度提升64%，應(yīng)用成本減少65%。

本產(chǎn)品以其小模塊、大作用、低成本的特點(diǎn)倍受市場(chǎng)青睞，其定位精度、定位效率已達(dá)到全國領(lǐng)先水平，是國內(nèi)首款五百元級(jí)RTK 高精度定位模組，實(shí)現(xiàn)了價(jià)格與性能的雙平衡。產(chǎn)品以自動(dòng)駕駛、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和場(chǎng)站管理等對(duì)高精度位置有較大需求的行業(yè)作為目標(biāo)市場(chǎng)，以導(dǎo)航定位終端設(shè)備廠商作為目標(biāo)用戶。

2 技術(shù)原理

針對(duì)GNSS/INS/DR 敏捷精準(zhǔn)測(cè)控微系統(tǒng)，主要研究低成本高精度四系統(tǒng)單頻GNSS/INS/DR 模塊設(shè)計(jì)，高低頻分流算法確保動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的高采樣率、無延遲差分定位，單頻RTD、RTK 高效率解算問題，GNSS/INS/DR 緊組合算法，組合導(dǎo)航算法中的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束方案。目前測(cè)繪領(lǐng)域高精度板卡成本較高、功耗較大、體積較大且實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性較差，現(xiàn)有車載導(dǎo)航定位精度較低不能滿足車道級(jí)定位、智能控制及精細(xì)化管理的需求。為此，本項(xiàng)目提出了使用GNSS 作為時(shí)間同步的雙GNSS 芯片拼接、兼容INS 和載體運(yùn)動(dòng)信息等多傳感器數(shù)據(jù)的北斗GNSS/INS/DR 敏捷精準(zhǔn)測(cè)控微系統(tǒng)架構(gòu)，并設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)微處理單元。

3 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景

本產(chǎn)品支持北斗星基增強(qiáng)；采用高低頻誤差分流，解決實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位中的延時(shí)問題；建立GNSS/INS 緊組合模型，實(shí)現(xiàn)RTK 模式與PPP 模式毫米級(jí)定位精度；還實(shí)現(xiàn)了在高精度定位同時(shí)，提供慣導(dǎo)功能，并支持差分；實(shí)現(xiàn)了芯片的“無縫替換”，適配于市面上大部分設(shè)備。

北斗新時(shí)空芯片微系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面保證了設(shè)備定位數(shù)據(jù)的持續(xù)穩(wěn)定，并能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度，解決了之前定位精度低、軌跡不連續(xù)、數(shù)據(jù)丟失、位置漂移、時(shí)間不確定等問題，達(dá)到作業(yè)面積零復(fù)查、作業(yè)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示的目的，有效解決了政府和農(nóng)民關(guān)心的諸多問題，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化推進(jìn)做出重要貢獻(xiàn)。高精度定位成為制約自動(dòng)駕駛發(fā)展的技術(shù)瓶頸，憑借本產(chǎn)品的高精度和高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，能夠解決自動(dòng)駕駛中傳統(tǒng)GNSS 定位精度低、機(jī)器視覺定位硬件資源消耗大和激光雷達(dá)定位笨重等問題，為自動(dòng)駕駛的技術(shù)突破提供強(qiáng)大支撐。產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景如圖1所示。

圖1 智能建造

本產(chǎn)品以北斗產(chǎn)業(yè)鏈中的前端企業(yè)作為目標(biāo)用戶，主要面向自動(dòng)駕駛、AGV、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、場(chǎng)站管理等行業(yè)。根據(jù)《廣證恒生2019年高端裝備股權(quán)中期策略：自動(dòng)駕駛漸行漸近》中的數(shù)據(jù)顯示，我國2018年無人車需求為3.38 萬臺(tái)，在未來十年內(nèi)增長迅速，2021年將達(dá)到27.68 萬臺(tái)，2025年更會(huì)突破100 萬臺(tái)，屆時(shí)無人車定位市場(chǎng)空間將超過66 億元。目前我國AGV 本體企業(yè)已超120 家，市場(chǎng)規(guī)模已超過100 億元，未來發(fā)展勢(shì)頭迅猛。因此本產(chǎn)品將有很大的市場(chǎng)潛力。