衛星導航系統被比喻為“守護國門(mén)的金鑰匙”，即使GPS出現較早，許多國家和經(jīng)濟體都建立了自己獨立的衛星導航系統，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星導航系統。

經(jīng)過(guò)二十余年努力，我國的北斗衛星導航系統（下文簡(jiǎn)稱(chēng)北斗系統）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星導航定位服務(wù)的能力。技術(shù)和設施不斷完善，北斗系統已經(jīng)成熟，在各行各業(yè)被更多地使用起來(lái)，包括交通運輸、農林牧漁、城市設施等，并融入電力、通信、金融等行業(yè)，綜合效益不斷顯現。

隨著(zhù)市場(chǎng)大門(mén)逐漸開(kāi)啟，北斗系統正以高速發(fā)展的態(tài)勢實(shí)現其立項之初確立的“天上好用、地上用好”目標。

北斗規?；南乱粋€(gè)陣地

導航系統提供最基本的時(shí)間和空間信息，與生活當中密切相關(guān)，涉及到國計民生，因此，推動(dòng)北斗系統在大眾消費領(lǐng)域普及，或將成為北斗在特定行業(yè)、重點(diǎn)領(lǐng)域標配化之后的發(fā)展重心。

今年1月，工信部發(fā)布《關(guān)于大眾消費領(lǐng)域北斗推廣應用的若干意見(jiàn)》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)《意見(jiàn)》），當中提出，“提升北斗系統用戶(hù)體驗和競爭優(yōu)勢，將大眾消費領(lǐng)域打造成為北斗規?；瘧玫膭?dòng)力引擎。大眾消費領(lǐng)域具有產(chǎn)品規模大、輻射作用強的特點(diǎn)，是擴大北斗應用規模、提高應用普及率、培育北斗發(fā)展新動(dòng)能的重要領(lǐng)域。”

北斗三號系統組網(wǎng)完成，基礎設施建設規模也在不斷擴大，市場(chǎng)已經(jīng)呈現高增長(cháng)態(tài)勢。從商業(yè)化產(chǎn)品來(lái)看，北斗系統實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入大眾消費，在智能手機、可穿戴設備、共享單車(chē)等產(chǎn)品中都使用到北斗系統。

在突破關(guān)鍵核心技術(shù)和產(chǎn)品方面，《意見(jiàn)》指出，“重點(diǎn)突破短報文集成應用、融合衛星/基站/傳感器的室內外無(wú)縫定位、自適應防欺騙抗干擾等關(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(chē)聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)融合的系統解決方案。”

北斗系統已經(jīng)從過(guò)去不惜代價(jià)發(fā)展的戰略產(chǎn)業(yè)，發(fā)展到面向大眾普惠發(fā)展的階段。而滲透大眾消費領(lǐng)域，滿(mǎn)足應用需求，就需要硬件提供支撐。

芯片先行，釋放北斗潛能

實(shí)際上我國已構建了完整北斗產(chǎn)業(yè)鏈，遍及芯片、模組、服務(wù)等環(huán)節，每一個(gè)環(huán)節都有國產(chǎn)廠(chǎng)商布局，可以說(shuō)北斗系統的國產(chǎn)化率較高。

在向大眾消費領(lǐng)域延伸的時(shí)候，終端應用的場(chǎng)景對硬件提出更高要求，比如，精度要求越來(lái)越高、縮短定位時(shí)間、開(kāi)機立即能定位等。面向物聯(lián)網(wǎng)應用，終端用戶(hù)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)傳感器結合在一起，能夠有開(kāi)放的接口等。

圖注：華大北斗董事長(cháng)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

要達到上述設計目標，迫使芯片、模組等的自主研發(fā)速度加快。華大北斗董事長(cháng)兼總經(jīng)理孫中亮表示，芯片級的高精度定位導航要解決眾多難題，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航定位芯片逐步迭代，為實(shí)現北斗民用化、大眾化規模應用提供芯片的技術(shù)支撐。

華大北斗近期推出低功耗旗艦產(chǎn)品HD8120，新品的設計針對功能、性能做了深度優(yōu)化，面向更廣泛的大眾化、規?；瘧锰峁└鼉?yōu)的性?xún)r(jià)比、更廣泛的使用場(chǎng)景。

HD8120保持了多標準的兼容性，支持北斗、GPS、伽利略、GLONASS以及QZSS等幾乎所有全球運行的民用衛星導航信號，可實(shí)現快速定位、持久續航，為衛星導航定位技術(shù)在自動(dòng)駕駛、交通運輸領(lǐng)域的廣泛應用構建堅實(shí)的硬件基礎。

北斗民用進(jìn)入亞米級時(shí)代

據悉，華大北斗以芯片為核心的全棧系列產(chǎn)品，可實(shí)現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米的標準定位精度，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)負責人于洪濤介紹，使用CEP（定位準確度單位）的統計方式，HD8120在開(kāi)闊環(huán)境下的定位精度可以達到1.5米，在打開(kāi)SBAS（星基增強系統）的情況下定位精度小于1米，實(shí)測結果為0.5米到0.8米區間。在SBAS和差分處理情況下，速度精度都可以達到0.1米每秒，授時(shí)精度1 PPS可以做到20納秒的授時(shí)精度。

圖注：HD8120八大核心能力

10秒內冷啟動(dòng)，體驗大幅提升

導航系統的首次定位時(shí)間（設備獲取足夠的可用衛星信號和數據以提供準確導航所需的時(shí)間）決定了導航系統使用體驗，通常包括兩個(gè)指標，即熱啟動(dòng)和冷啟動(dòng)，前者通常為1秒，后者為半分鐘左右，過(guò)長(cháng)的冷啟動(dòng)時(shí)間是導航產(chǎn)品的痛點(diǎn)之一。

HD8120如何解決冷啟動(dòng)過(guò)慢的問(wèn)題？

于洪濤介紹，導航系統要接收到衛星的星歷數據才能定位，但是在某些情況下信號非常弱，收不到衛星的數據，這就需要星歷存儲功能，方便下次啟動(dòng)的時(shí)候使用，縮短冷啟動(dòng)時(shí)間，做到快速定位。

圖注：華大北斗技術(shù)負責人于洪濤介紹A-GNSS功能

為了做到這一點(diǎn)，HD8120具備一項名為A-GNSS的功能，通過(guò)在線(xiàn)服務(wù)把星歷信息實(shí)時(shí)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(xiàn)系統和離線(xiàn)系統，可提供兩種A-GNSS，這是一項具有技術(shù)難度的創(chuàng )新。

具體而言，在線(xiàn)方式使用了華大北斗自研的“星歷采集云系統”，實(shí)時(shí)采集全球所有實(shí)時(shí)衛星星歷，匯總進(jìn)行數據處理，再通過(guò)用戶(hù)服務(wù)器在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的方式傳遞給終端客戶(hù)，這樣達到實(shí)時(shí)快速定位，把之前從30秒左右的冷啟動(dòng)定位時(shí)間大大縮短到10秒以?xún)取?/span>

另一種是離線(xiàn)A-GNSS，提前播發(fā)未來(lái)導航衛星的位置和時(shí)間，這種離線(xiàn)方式需要系統算法估計星歷，實(shí)現起來(lái)比較困難，據悉目前只有少數廠(chǎng)商才具備這個(gè)能力。

華大北斗經(jīng)過(guò)攻關(guān)，研發(fā)出“星歷預估算法系統”，并已經(jīng)投入到客戶(hù)的實(shí)際使用中。該系統將星歷信息通過(guò)用戶(hù)服務(wù)器離線(xiàn)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(shuō)，用戶(hù)可在7天內在沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)的情況下獲得到衛星實(shí)時(shí)星歷，最終達到快速定位。

這實(shí)際上也是HD8120實(shí)現低功耗的秘訣之一，使用星歷采集云系統實(shí)時(shí)通信；使用離線(xiàn)A-GNSS在沒(méi)有通信的情況下快速定位。值得注意的是，該項功能所使用的閃存支持斷電記憶，數據保留的有效期是兩個(gè)小時(shí)，不過(guò)，這已經(jīng)可以滿(mǎn)足用戶(hù)使用場(chǎng)景需求。

綜合來(lái)看，星歷存儲功能目的是達到快速定位，同時(shí)架構簡(jiǎn)單，不需要額外輔助，只需要HD8120就可以實(shí)現，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伏工作電壓下，HD8120的功耗相當于是主流芯片的50%，這是非常大的提升。

隨著(zhù)系統規模和信號的增加，整體功耗也可以控制在18毫安以下。還值得一提的是，待機功耗只有15微安，芯片被運用到物聯(lián)網(wǎng)設備或者追蹤設備上的時(shí)候，可以實(shí)現設備休眠時(shí)候的超低功耗，從而達到長(cháng)時(shí)間待機和使用。

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

全新架構對集成DC/DC（直流電壓轉換）、PMU（電源管理單元）的全新設計；還對射頻數字基帶進(jìn)行全面優(yōu)化；通過(guò)復用追蹤通路提升信號支持；使用基帶前端的數字濾波器，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地檢測當前有沒(méi)有干擾，并且檢測到干擾后，實(shí)時(shí)濾除。由于在數字轉換前進(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(mǎn)足應用的多樣性。HD8120寬壓設計支持不同的場(chǎng)景、不同的客戶(hù)，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計。

與HD8120同期發(fā)布了兩款模組，TAU1113和TAU1114，兼容GPS模塊，節省design in替換成本，也就是在將單GPS模式的產(chǎn)品換成多頻多系統模組，可直接替換。此外，TAU1113/1114支持有源天線(xiàn)檢測與保護功能；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B1C信號。

以開(kāi)放平臺促進(jìn)北斗全球化

以粵港澳大灣區為基礎的電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，華大北斗實(shí)現了北斗衛星導航在車(chē)載導航、車(chē)輛管理、物流跟蹤、自動(dòng)駕駛、無(wú)人機、共享單車(chē)、地質(zhì)災害監測、水利監測、高精度測繪等領(lǐng)域實(shí)現廣泛應用，為北斗規?；瘧锰峁┝藞詫?shí)的芯片基礎。

圖注：HD8120典型應用行業(yè)

在實(shí)現產(chǎn)品廣泛應用的基礎上，華大北斗推出了北斗芯片的開(kāi)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)現嵌入式算法研發(fā)，為衛星導航的二次應用核心算法，開(kāi)放芯片的原始觀(guān)測量；面向應用集成研發(fā)，開(kāi)放芯片內核接口資源。

孫中亮表示，只有開(kāi)放才能使整個(gè)系統更快、更廣泛的應用，使北斗系統能夠更快地走向全球，實(shí)現中國的北斗也是世界的北斗。

秉承30余年的集成電路設計底蘊和經(jīng)驗積累，華大北斗在BDS/GPS導航定位芯片的基帶與射頻一體化設計、算法研究、產(chǎn)品化解決方案等方面持續挺進(jìn)。針對行業(yè)應用的不同需求，華大北斗重點(diǎn)圍繞共享單車(chē)、車(chē)載應用、無(wú)人機、智能終端、高精度等應用，規劃了完整的芯片產(chǎn)品線(xiàn)，包括米級精度的HD8120系列雙頻芯片及模組、米級精度HD8040系列雙頻芯片及模組、厘米級精度的HD9300系列芯片和高精度定位、定向模組。

小結

大眾消費領(lǐng)域范圍比較寬廣，除了文中提到的應用之外，還包括諸如智能汽車(chē)、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未來(lái)提供成長(cháng)動(dòng)能，這些市場(chǎng)的爆發(fā)在即，北斗系統有望在規模應用的道路上大放異彩。在國內導航芯片廠(chǎng)商的努力下，低功耗、高精度產(chǎn)品推陳出新，勢必加快北斗系統在大眾消費領(lǐng)域的普及進(jìn)程。