天琴二代芯片用在哪里 首款全面支持北斗的民用級導航芯片

　　天琴二代芯片用在哪里

　　早在2016年5月20日合眾思壯發(fā)布第一代“天琴”芯片，支持北斗二代民用導航信號和中國精度星基增強信號，推動了北斗高精度的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。時隔3年，第二代“天琴”芯片問世。

　　天琴二代作為全新一代GNSS多模多頻高精度基帶芯片，支持的頻點從24個增加到31個，并且通過軟件配置實現(xiàn)了衛(wèi)星信號解調(diào)的升級，即能夠支持現(xiàn)有及未來計劃發(fā)布的所有導航信號頻率。

　　天琴二代芯片用在哪里？不同市場的不同客戶應用領域都很多，畢竟性能強大，合眾思壯還發(fā)布了Phantom與Vega兩個系列的高精度板卡，Phantom系列板卡支持單天線信號輸入定位，定位精度可達到8mm+1ppm（RTK），未來將主要應用于測量測繪、形變監(jiān)測、移動GIS和智能交通領域。Vega系列板卡則在Phantom系列板卡的基礎上增加了雙天線信號輸入定位測向，支持提供俯仰、橫滾等信息，定向精度優(yōu)于0.08°。其主要應用在無人機、自動駕駛、精準農(nóng)業(yè)、機械控制以及航空航海等領域。此外，本次發(fā)布的Phantom系列產(chǎn)品中還包含了小尺寸的高精度定位模塊，未來將主要面向高精度GIS采集，機器人，智能交通，無人機等領域提供高精度、小尺寸和低功耗的導航定位產(chǎn)品。

　　北斗系統(tǒng)目前已廣泛應用于交通、海事、電力、民政、氣象、漁業(yè)、測繪、礦產(chǎn)、公安、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土、水利、金融等十幾個行業(yè)領域。截至2018年底，各類國產(chǎn)北斗終端產(chǎn)品應用規(guī)模已累計超過8000萬臺/套。理論上這些北斗終端產(chǎn)品都可以配上天琴二代芯片。

天琴二號使得中國北斗衛(wèi)星徹底告別“芯”臟病

日前，由中國人自行研發(fā)生產(chǎn)的高精度基帶芯片，天琴二代正式問世，它成為首款百分之百支持中國北斗的民用級導航芯片，它的誕生將為北斗三號的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和應用提供極為強勁的核心技術支持。

三年前，天琴一代破繭而出，為北斗二代民用導航系統(tǒng)提供星基增強信號，曾經(jīng)讓無數(shù)國人為之欣喜，成為中國北斗邁向第三代的重要奠基，三年之后，天琴二代接過前輩的旗幟，繼續(xù)一路疾行在星辰大海的前路之上。

相較于“天琴一代”，天琴二代最明顯的提升在于其單一芯片實現(xiàn)了對全星座全頻點的支持，特別是加入了對北斗三號民用導航信號體制的支持，這使得搭載天琴二代的高精度產(chǎn)品能夠接收到北斗三號系統(tǒng)的所有導航信號。，支持的頻點從24個增加到31個，并且通過軟件配置實現(xiàn)了衛(wèi)星信號解調(diào)的升級，即能夠支持現(xiàn)有及未來計劃發(fā)布的所有導航信號頻率。

天琴二代目前做到了對所有系統(tǒng)的支持，并且支持北斗三號的所有民用導航信號體制，能夠最快獲得北斗三號衛(wèi)星導航系統(tǒng)所提供的新功能。如果拿手機來比喻的話，天琴相當于支持全球所有通信運營商的所有網(wǎng)絡模式，不管你是2G3G4G還是最先進的5G統(tǒng)統(tǒng)不在話下。

除了全面支持北斗三號以外，天琴二代還在性能和技術上實現(xiàn)了大幅提升。芯片采用55納米工藝，實現(xiàn)了高集成性與低功耗。同時，天琴二代增加了獨有的抗干擾技術，實現(xiàn)了對內(nèi)、外干擾信號的檢測和抑制。

當今世界移動和通信技術的蓬勃發(fā)展，一方面實實在在的改變了我們每個人的生活方式，另一方面愈發(fā)龐大的電磁信號群體給電磁環(huán)境帶來了不小的干擾，最終就連衛(wèi)星導航接受儀器的都會受到不小的影響，因此在完成正常運行使命的同時，還必須兼顧足夠強大的抗干擾能力，天琴二代搭載的數(shù)字濾波技術就可以高效的檢測出頻段范圍內(nèi)的干擾信號，并根據(jù)影響強度來進行逆向消除，最終確?？梢栽谌魏螐碗s的電磁環(huán)境下都能夠良好運行。

據(jù)悉，天琴二代立項至今僅僅過去了兩年多的時間，超過100人規(guī)模的工程師團隊從方案論證、技術預研、工程設計、樣品集成測試、算法開發(fā)、披星戴月進行了無數(shù)次嘗試和改進，最終才締造出了這枚北斗衛(wèi)星新秀。

　　深度解讀天琴二代芯片

　　接下來，本文將為大家深度解讀天琴二代。

　　1、天琴二代芯片與天琴一代相比有哪些改變？

　　天琴二代芯片是合眾思壯 GNSS 研究所歷時兩年完成的新一代 GNSS 基帶芯片?；鶐酒歉呔劝蹇ê湍K的核心，直接決定了板卡和模塊支持的信號類型與個數(shù)、搜星的速度和穩(wěn)定性、原始觀測量質(zhì)量、定位精度以及功耗和尺寸。

　　天琴二代芯片是全球首款全面支持北斗三代全信號體制的高精度基帶芯片。相比于天琴一代，天琴二代芯片增加了對新信號的支持和抗干擾功能，優(yōu)化了低功耗性能以及多路徑抑制技術。

　　這四個方面的技術創(chuàng)新讓天琴二代芯片更好的滿足不同高精度應用的需求。

　　2、市面上有若干家芯片標稱已經(jīng)兼容北斗三號信號，那么天琴二代芯片跟國內(nèi)其它廠家的北斗三號芯片有什么區(qū)別？

　　首先，兼容不等于全面支持。本質(zhì)上天琴一代已經(jīng)可以兼容北斗三號的一些簡單信號，但是做不到全面支持。

　　北斗三號有兩個創(chuàng)新的信號 B1C（QMBOC） 和 ACEBOC，其中 B1C 有一個精細的 BOC 部分可以有很強的抗多路徑功能。

　　北斗三號的ACEBOC 和歐洲Galileo 系統(tǒng)的 ALTBOC 是現(xiàn)在衛(wèi)星導航上信號質(zhì)量最好的兩個寬帶信號，有很好的抗多路徑，低噪聲的偽距觀測值，對5到20厘米應用乃至高精度 PPP 和 RTK 性能上（快速收斂和復雜場景高精度）都有很好幫助。

　　縱觀國外的衛(wèi)星導航廠家，例如 Trimble 和 NovAtel 都支持ALTBOC 但是還沒有支持 ACEBOC。國內(nèi)芯片廠家里面，天琴二代是唯一一款支持 ACEBOC 和 B1C 完整 QMBOC 跟蹤的芯片。

　　需要補充說明的是，天琴二代也是國內(nèi)芯片里唯一支持歐洲Galileo的ALTBOC信號和日本QZSS系統(tǒng)的 LEX 信號的芯片。

　　隨著伽利略系統(tǒng)的完善，國產(chǎn)高精度板卡對伽利略系統(tǒng)的全面支持也越來越重要。因為ALTBOC信號的優(yōu)越性，國外品牌高精度板卡（不管是CORS基準站板卡還是移動站板卡）基本都是支持伽利略系統(tǒng)的ALTBOC信號。

　　之前國內(nèi)板卡對伽利略ALTBOC信號支持的缺失，使得我們國產(chǎn)板卡在高精度應用，特別是CORS基準站板卡上有局限性，跟國外高端高精度接收機板卡不能完全兼容。

　　合眾思壯花多年時間去做天琴二代，就是要讓我們中國的芯片能夠完全支持北斗三號和伽利略系統(tǒng)，并且跟國外衛(wèi)星系統(tǒng)和接收機板卡做到兼容互操作。

　　這是來自于我們多年在高精度領域耕耘的經(jīng)驗，也是受到我們北斗三號系統(tǒng)要與其他系統(tǒng)兼容互操作的思想啟發(fā)。

　　3、既然ACEBOC和ALTBOC這么重要，為什么中國其它廠家不支持這些信號呢？日本QZSS系統(tǒng)的LEX信號有什么用處？

　　合眾思壯是一家專注于高精度技術和應用的公司，擁有自己完整的高精度產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)品在世界各地的測繪、農(nóng)業(yè)、機械、海洋等工業(yè)應用領域中被使用。

　　工業(yè)應用的基因和全球市場的需求決定了合眾思壯的芯片必須要跟國際需求接軌，支持所有的衛(wèi)星導航信號。

　　而 ACEBOC 可以說是中國北斗三號在世界衛(wèi)星導航領域的一次創(chuàng)新，我們想讓客戶能夠充分感受到北斗三號這種優(yōu)質(zhì)信號帶來的好處，所以我們加入了對這個信號的支持。

　　ACEBOC 可以分解成 B2a 和 B2b 兩路信號，一般廠家選擇分開跟蹤這兩路信號而不是跟蹤 ACEBOC，這種分開跟蹤的方式比較簡單，跟最傳統(tǒng)的 GPS L1 C/A 跟蹤方式類似，盡管沒有享受到 ACEBOC 優(yōu)質(zhì)信號的好處，但是技術難度低，容易實現(xiàn)，芯片流片風險低。

　　這種跟蹤方式更適合入門級的衛(wèi)星導航應用，例如對高精度，可靠性等要求比較低的應用。而 ALTBOC 信號特點跟 ACEBOC 類似，信號質(zhì)量好，目前國外最頂級的高精度芯片廠家都已經(jīng)完全支持。

　　QZSS 的 LEX 信號會附帶 QZSS 的 PPP 改正數(shù)，是日本和東南亞地區(qū)高精度應用的一個必須信號。

　　4、ACEBOC和ALTBOC對消費類電子等其它大眾領域的用處大嗎？

　　隨著高精度的不斷普及， ACEBOC 和 ALTBOC 會出現(xiàn)在大眾領域的芯片里面，但是會有個過程，如同高精度在大眾消費類領域普及一樣，這兩個信號盡管實現(xiàn)復雜，但是天生的偽距高性能非常適合復雜場景高精度應用。

　　ACEBOC 和 ALTBOC 是北斗系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng)設計者在衛(wèi)星導航信號設計上的一種革命性創(chuàng)新，他們的性能實用性是經(jīng)過系統(tǒng)設計專家的反復論證，從而設計了這兩種信號在衛(wèi)星上。我相信這兩個優(yōu)質(zhì)信號會越來越被大家接受。

　　5、天琴二代的抗干擾技術是行業(yè)討論的熱點，它的技術難點和應用的價值是什么？

　　天琴二代集成的抗干擾功能是在多維度實現(xiàn)的，包括高量化的ADC，高分辨率的FFT頻譜監(jiān)控模塊，靈活的通道濾波器，高階FIR陷波濾波器，復合ARMA 陷波濾波器，智能的干擾自動檢測功能和精細的通道延時補償模塊。

　　難點在于抗干擾后還能實現(xiàn)0.8到2厘米的高精度定位，以及根據(jù)實際干擾和應用場景功耗上的控制。

　　抗干擾在軍用上應用的比較成熟 ， 但是這些技術都不是針對高精度應用的，市面上除了國外幾個老牌高精度廠家的抗干擾技術可以在高精度應用，大部分抗干擾技術都只適用于單頻多系統(tǒng)，而天琴二代的抗干擾技術可以說是彌補了國內(nèi)的這塊缺失。

　　隨著高精度技術的普及，行業(yè)對高精度芯片模塊板卡的集成度，功耗以及適應性有了進一步的要求，寬帶射頻接收技術可以大幅提高射頻芯片集成度，降低整體接收機的功耗。

　　但是與之而來的是，芯片也更容易受到干擾的影響，有了抗干擾功能，高精度小板卡和模塊才能穩(wěn)定應用在各種高集成度載體上，好比無人機，無人車和機器人等含有復雜的電磁波環(huán)境的載體上。

　　6、天琴二代在低功耗和抗多路徑方面做了哪些改進？

　　天琴二代加入了很多新的功能，這樣大大的擴展了它的使用面，但是同時我們也需要做更靈活的功耗控制，根據(jù)用戶功能和應用需求提供合理的功耗。

　　基帶芯片對寬帶射頻的支持，使整個系統(tǒng)架構得到優(yōu)化，降低了整體的功耗。另外，抗多路徑一直是合眾思壯芯片或者板卡傳統(tǒng)優(yōu)勢項，我們有自主知識產(chǎn)權的技術專利，幾代抗多路徑技術在世界范圍內(nèi)的各種高精度領域應用了十幾年，也有在這個領域頂尖的專家指導我們團隊。

　　這次，合眾思壯重新設計了抗多路徑的相關器，并優(yōu)化了抗多路徑在復雜場景的牽引，讓高精度更穩(wěn)定可靠。

　　我們有相關的新專利在準備，后續(xù)配合我們的板卡和固件，我們也會推出白皮書介紹我們天琴二代中的黑科技。

　　7、天琴二代支持1100個通道，這個指標的意義是什么？

　　更多的通道表示芯片能支持更多的信號、頻點和系統(tǒng)跟蹤，更多模式跟蹤，跟蹤更穩(wěn)定，信號搜索更快。

　　通道數(shù)一直是高精度接收機一個重要指標，特別是在CORS網(wǎng)、大氣電離層監(jiān)控、變形監(jiān)測、高可靠性應用和定位定向等應用。

　　天琴二代的多通道支持的需求來自于我們產(chǎn)品支撐應用的多樣性，還有剛剛提到的性能的優(yōu)越性，以及在高精度領域跟國外一流廠家，（NovAtel OEM7 的 555 通道）的競爭。

　　作為一家中國的衛(wèi)星導航公司，做好芯片，用好北斗，推好應用，一直是合眾思壯的核心理念。

　　8、最近廉價高精度在國內(nèi)非?；?，很多芯片廠家都宣傳廉價高精度芯片，天琴二代是廉價高精度芯片嗎？

　　天琴二代是一款給專業(yè)領域的高性能高精度芯片。首先先解釋一下概念，廉價高精度這個名詞主要是指在大眾消費領域使用高精度，但是這個高精度以及高精度背后的可靠性或者可復現(xiàn)性還是相對模糊，跟具體應用有關，因為在大眾消費類里面每個應用的需求客觀的說都是不一樣的。

　　廉價只是一個大眾消費類應用對芯片價格和量需求跟專業(yè)市場差異的縮影。天琴二代是設計給工業(yè)和專業(yè)應用使用，滿足最高等級高精度應用，配合我們在低功耗的處理，它自然也可以滿足很多或者部分大眾消費類應用，但是我們需要具體案例具體說，不能泛泛而談。

　　舉個例子，天琴二代是比較適合無人機、機器人、無人車等無人系統(tǒng)應用，這塊也是我們未來市場的一個拓展領域。價格高低完全是跟市場規(guī)模決定，跟芯片沒有直接關系。

　　9、為什么天琴二代是傳統(tǒng)基帶芯片而不是SoC？

　　這還是跟芯片的市場和應用有關系。傳統(tǒng)基帶芯片是指，我們的處理器不在芯片內(nèi)， SoC 是指處理器在芯片內(nèi)部。

　　在很多領域，除了 GNSS 處理以外，還需要其它傳感器和應用的處理，每個領域?qū)μ幚砥鞯男枨笫遣灰粯拥摹?/p>

　　例如在無人機、無人車等領域，處理器需要強大的處理視頻流的能力，而普通的處理器是無法滿足這一需求。因此天琴二代給了用戶更靈活的選擇。

　　10、市面有人說天琴二代流片技術相對保守，沒有效仿高通等手機廠家使用18 nm 乃至8 nm工藝，合眾思壯的考慮是什么？

　　這其實是一種誤解，我們本身采用的流片工藝跟國外最好的高精度廠家 NovAtel 和 Trimble相當。

　　18 nm 乃至 8 nm 工藝主要是為了小型化，適用于在手機上應用。而工業(yè)芯片除了大小以外，還有其他的標準需要統(tǒng)一考慮。

　　我們是設計芯片，不是制造芯片。能做 18 nm 乃至 8 nm 芯片體現(xiàn)的是芯片流片廠（好比中芯國際和臺積電）的能力，而非芯片設計能力。

　　信號跟蹤捕獲能力，通道設計靈活性和個數(shù)才是體現(xiàn)我們設計 GNSS 芯片的能力。