意法半导体:北斗+GPS引领汽车级卫星导航的精准定位

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2014年以来,随着国内外支持北斗系统的定位产品陆续推向市场,加之政府对集成电路产业投资基金的设立,北斗产业逐渐进入了爆发期。许多专家、院士纷纷表示,北斗系统在性能上具有独特的优势,尤其是在东南亚的低纬度地区,同时在芯片的价格上也会逐步进入亲民化的路线。
 
卫星导航为汽车信息娱乐市场创造百亿价值
在2014年第二季度,意法半导体(ST)作为综合排名全球第三、拥有专门汽车芯片制造厂和供应链的半导体厂商,其汽车产品部门(APG)的收入贡献率已经达到了25%。从保时捷、法拉利等高级跑车到奔驰、宝马等高级轿车,再到长安、长城等国产汽车,ST在动力总成、车身电子、汽车安全、信息娱乐这四大领域的产品和解决方案分别有着广泛的应用。
 
ST大中华及南亚区汽车产品事业部市场和应用总监Edoardo Merli表示,燃油经济性、安全防盗、娱乐和远程信息处理这三大高度交互的应用领域是未来汽车发展的主要趋势,新的市场需求将引发汽车需要诸多的创新IP技术。
 
根据2013年度《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》报告所述,北斗导航设备在2013年的出货量达到了140万件,2014年预计将达到800万件,而2016年则将达到3000万件。其中,以私家车、移动终端、互联网为主的大众类导航应用已经占据了一半以上的市场。
 
值得注意的是,音频、卫星定位、地面和卫星数字广播是ST在汽车信息娱乐领域的三大目标市场,其2012到2017年的符合年增长率将达到7.4%,其中在2012年的市场总值已经超过了170亿美元。针对这几个市场,ST分别推出了针对汽车收音机及其导航系统的处理器系列产品Accordo和Cartesio,TeseoII卫星定位接收器以及高性能汽车GNSS解决方案。
 
Edoardo Merli认为,全球卫星导航的市场非常大,所以确定一个恰当的目标领域与产品定位非常重要。ST在汽车级半导体领域积累了几十年的深厚经验,这也正是卫星导航产品最合适的目标领域,同时可以避免与高通、博通的产品在手机导航市场的直接竞争。
 
Teseo III——多星座组合运算性能提高定位精度
ST汽车产品事业部车用信息娱乐系统部门卫星定位产品市场及业务发展经理Gianvito Giuffrida表示,自1993年起,ST的全球导航卫星系统接收器芯片的定位精度就跻于世界前列。
 
2011年1月,意法半导体推出了同时跟踪 GPS、Galileo、Glonass和QZSS混合信号的TeseoII系列卫星接收器芯片。2014年1月,意法半导体推出了同时跟踪GPS、Glonass、Galileo、北斗和QZSS信号的Teseo III系列产品。
 
Teseo III 框图
Teseo III 框图
 
Teseo III系列目前有两条产品线,其中STA8089系列增加了对北斗卫星定位系统的支持,与Teseo II系列脚对脚兼容,让客户能够快速移植(或升级)应用。除支持中国北斗卫星定位系统外,STA8090系列还新增一个能效更高的电源管理单元。
 
Teseo III系列基于ARM9的处理内核,在单一芯片上整合多个独立的射频单元、数字控制器和闪存,可同时追踪多个不同的卫星定位系统。在高楼林立导致卫星讯号不强的都市,Teseo III可为目标应用提供优异的定位准确度。像Teseo系列的其它产品一样,Teseo III兼具高定位准确度、高室内灵敏度、强大的处理性能和丰富的外设/接口,可以满足市场对高品质汽车器件的需求。
 
Teseo多星座组合运算系统配制
Teseo多星座组合运算系统配制
 
通过Teseo多星座组合运算系统的配制情况,可以了解到Teseo III系列通过2个并行射频通道(RF1 RF2)来同时处理来自多个卫星系统的信号。此外,Teseo支持ST-AGPS (自我学习辅助-GPS) ,省去了从卫星获取GPS星历数据的初始过程,因此首次定位时间极短。
 
精度是考核汽车级导航的核心发展目标
ST汽车产品事业部车用信息娱乐系统部门卫星定位产品线市场及业务发展经理Ganvito Giuffrida强调说,ST在定位产品中一向强调精度的提高。因为对汽车级的导航产品的要求和手机导航产品是截然不同的,它要求零缺陷的芯片质量、高度的可靠性以及高度的精确性。也许在常见的导航应用中,几十米的误差不会带来甚多影响,但在高速收费、紧急救援、地震等特殊情况下,几米的误差都是难以容忍的。所以,通过支持更多卫星来提高导航的精度是ST的核心目标。此外,在产品推进和升级的过程中,复杂的算法也同样发挥着重要的作用。
 
ST大中华及南亚区车用信息娱乐系统部门车用处理器和卫星定位产品线市场部经理钟诚举例说,像在前两年北京曾遭遇过的特大暴雨这种极端情况下,即使汽车已被淹没在水下,只要汽车可以进行精确的卫星导航,那么就可以很快确定被困人的精确位置,有效的阻止悲剧的发生。而他相信,中国也将会追随此发展方向,并形成极大的市场空间。
 
据悉,Teseo系列可以直接提供惯性导航方案,通过ARM内核便可以控制MEMS、GSM等通讯,而不再需要额外添加其他模组。
 
惯性导航方案
 
从上图可以看出,仅GPS或仅GPS的导航路线皆与实际道路有一定偏离,而GPS+北斗多星座组合的导航则与实际道路较为一致。
 
 
目前,STA8089FG、STA8089GA、STA8090FG、STA8090EXG系列已经开始提供工程样片及评估板,STA8090WG的工程样片及评估板将在2014年第4季度上市。
 
Ganvito Giuffrida透露说,Teseo从支持4个卫星的32通道GNSS引擎发展到支持北斗2的48通道系统,用了3年的时间。在下一个三年中,ST将通过改进微型架构,推进支持7个卫星的第4代GNSS引擎。
 
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