三论我国卫星导航应用产业化

中国电子科技集团卫星导航应用产业化工程研究中心 曹 冲
　　接收机芯片组和主机板是卫星导航应用产业化的核心基础众所周知，卫星导航系统有三大部分组成，这就是卫星星座、测控台站，以及用户设备。所说的用户设备指的是卫星导航接收机，它是所有应用的基础，通常最原始的表现形式为主机板，或称作接收机OEM板。而主机板的核心是IC芯片，大批量应用条件下都是专用芯片，所以芯片组成了卫星导航应用产业化的核心基础。通常，GPS以及GPS/GLONASS接收机所用的芯片组大体分为两类：定位型与导航型。前者属于高精度测量，数量并不大，价格很贵；后者是一般普遍应用，产量巨大，价格十分便宜。

　　目前，导航型芯片组对于一个接收机而言，通常由两个芯片组成，其中一片是RF部分或者说模拟部分，还一片是DSP，属于数字处理器部分。再加上导航软件便构成接收机的三大件。我国的现实情况到目前为止，我国占压倒多数的卫星导航接收机OEM板都是从境外输入的，连批量生产主机板都没有进行。长期以来，我国经许多部门和单位人员的努力，化了很多的资金和很大的力气，终于生产出了自己的GPS与GPS/GLONASS的芯片组与接收机主机板和整机，也在某些重要系统中得到了应用，但是，其数量是十分有限的，也谈不上很大的竞争力，更说不上产业化。作为GPS用户机产业化的关键环节，作为核心的核心，首先要做到有自己的芯片组，据调查了解，国内已经具备生产先进的DSP的能力，但是生产制造RF专用芯片还有一定难度，所以当RF芯片设计出来后，初期可以在外作委托加工生产，但我们必须掌握国际领先的芯片组核心技术(第一步可以用技术引进的办法)，自己参与研发设计与生产制造的全过程，自己进行测试检验，最终形成有自主知识产权的自有芯片组产品，并能实现大批量低成本生产。

　　国际上的主要情况

　　当前，世界上能生产制造芯片和板子的国家不过3-5个，但达到大批量产业化规模并取得明显经济和社会效益的可能只有美国和日本。而利用美国技术形成自己的规模化产业的除美国外只有日本。至2000年全世界GPS用户产品的产值为80亿美元，而日本一家的产值约为30亿美元，在民品上的产值日本可能超过了美国。日本的成功在于抓住了一项好产品，即GPS车辆导航系统，1999年仅此项产品日本生产了150余万台，价值20多亿美元，与93年比，在不足七年的时间内产量增加了200多倍，投放市场的GPS车用导航仪总量超过了500万台。2001年的产量己超过200万台。日本不仅在车用导航仪上很成功，在船用GPS导航仪上也很成功，我国很多渔民的船上GPS设备就来自日本的“古野”、“光电”等公司。据研究分析表明，日本之所以成功，其最关键的经验是，它真正掌握了GPS的核心技术，即芯片的设计和制造，有了属于自己的自主知识产权的基础产品，就有了主动权，就能大力推进二次开发和多方位应用，无后顾之忧。

　　最早单独专做芯片生意的公司是美国的SiRF技术公司，至今己推出StarI与StarII两套芯片。2000年SiRF销售芯片组上百万套。还有许多做接收机OEM板(模块)的厂商，至少有十余家，其中不泛有颇有点名气的，利用其芯片组制成模块自用或销售。近两年来，做芯片的厂商越来越多了。其实比SiRF做芯片早(在七十年代就开始了)，又是销量最大的是Conexant系统公司(即Rockwell公司)。在2001年2月Rockwell的GPS芯片技术移转给了SiRF公司。在GPS芯片领域内做得较好的还有Motolora公司。多星座兼容机是卫星导航定位接收机的一种发展的大趋势，由此可确保稳定可靠的接收卫星信号，即使在接收环境十分不利的情况下也能保证导航定位的连续性、可用性和完善性。而且接收的星座越来越多，除了GPS与GLONASS卫星信号外，还有增强用的WAAS、EGNOS和MTSAT，以及将来的Galileo和CNSS等等。应该指出的是，GPS/GLONASS接收机最权威的技术来源都是俄罗斯。一位著名的美国GPS/GLONASS兼容机厂商很风趣地说过，“我们的产品都贴着美国的商标，其实技术来源与设计都在俄罗斯，然后去台湾加工生产，最后到美国组装，贴上美国制造标签外销。”由此表明卫星导航应用真正是一种国际性的高技术产业。

　　值得注意的技术动向

　　1.GPS接收机值得注意的发展动向有：

　　1). 接收机板子做得越来越小去年刚有几家公司推出邮票大小(30x30mm)的板子，今年己有人做到指甲盖那么大的板子，Sychip公司又从笫一版的13x15x3.75mm大小的板，转成新版，尺寸为11x13x3.5mm。人们在期盼GPS接收机从单板机变为单片机的愿望一直未能轻易实现。但是，从RF直接变换成基带信号技术的实现和RF芯片技术的改进，可能会找到出路。与OEM接收机引擎板的不断减小相比，GPS天线就显得太大了，有一个报导说有一个8mm高直径为8mm的园柱体全向型天线问世，可惜价钱太贵，市场上又不易买到。薄膜天线可能会有一定出路。

　　2). 接收机的灵敏度越来越高NEC声言能有-152dBm的灵敏度，甚至可在建筑物内和楼群间进行精确定位。还有一家Signav公司的cellNAVTM新系统造出一种迷你型GPS接收机其灵敏度达到-185dBW，专用于接收微弱信号，甚至在多层停车埸内、建筑物中和高楼丛里都能可靠工作。

　　3). 接收机定位精度越来越好就是上述的cellNAVTM GPS接收机其定位精度可达到3m。

　　4). 接收机响应时间越来越短还是cellNAVTM GPS接收机，在弱信号条件下，其典型的首次定位时间约为5秒，而NEC的GPS接收机冷启动时典型的首次定位时间为3-6秒。比现有的大多数接收机要少一个数量级还要多。

　　5). 接收机功率消耗越来越少M12和GBX2000的功耗均降到了200多mw，比其它接收机要低约半个数量级。以上几个新动向对于GPS产业发展，尤其是消费类产品市场的蓬勃兴起都是至关重要的，对于移动位置信息服务业的成长起到关键性的推进作用。可以大大发展嵌入式的融合系统，如与手提电话和PDA的组合创造了前所未有的良机。

　　灵敏度的提高、响应时间的加快、精度的改善能从根本上扩大GPS的应用面和应用领域，能大大拓宽和提升GPS应用的卖点、热点、兴趣点和发烧点。对此不能低估其深远影响。

　　2. 得到的启示从卫星导航定位技术与应用市场的发展而言，在接收机技术上肯定是多星座制式机为最主要
的发展方向，正如前面指出的那样，不仅是GPS与GLONASS兼容机是个重要方向，而且还考虑到CNSS、Galileo，以及WAAS、EGNOS和MTSAT等广域增强系统信号的接收，以上分析可得到的启发是：

1) 多制式兼容机是个最主要的发展趋向；

2) 测量接收机和导航接收机有二合一的走向；

3) 一类芯片出多种接收机的设计模式是个值得注意的方向；

4) 模块矩阵化是一种新的思路；

5) 软件无线电卫星定位导航接收机是又一种发展新动向；

6) 利用复合材料生产单芯片机己成可能。

　　3. 我们的对策

1)我们一定要有作为国家卫星导航应用产业化的核心基础的自有芯片组和主机板，这是一种必然要求和发展结果。

2)由于卫星导航用户机其涉及面宽广，且与许多敏感和关键部门，甚至军用埸合有关，所以一定要尽可能不受外人制约，充分保证安全性的要求更明确。

3)鉴于与俄国在GLONASS上的合作进程，我们的批量产品应该是GPS/GLONASS兼容机芯片组和主机板。

4)有了自有芯片技术，能更自由地更有竞争力地参与国际市场的搏击，甚至可以与先进国家的企业进行较量。

5)卫星导航用户机市场并不只是一个巨大的市场，而且是个久远的市场，现在仅仅是刚刚开始，后面它与航空的新航行系统的结合，与智能交通系统(ITS)的结合，与个人消费类电子产品融合，它所产生的经济和社会效益是不可限量的，尽早地掌握和应用核心技术是一本万利的事。

6)及早掌握核心技术，可以有更大的创新应用，扩展应用，综合应用，用于GPS/GLONASS/GNSS/Galileo系统，以及我国自己的卫星导航系统。

7)因为技术引进和消化吸收有个过程，所以为了适应产业化发展的急需，当务之急是利用国外芯片或通过合作首先形成GPS与GPS/GLONASS OEM板子的批量生产能力，同时开展对俄技术引进和自主知识产权的卫星导航接收机芯片组与主机板的研发制造。

8) 自主研发制造的芯片组和主机板应该形成系统和层次，同时要注重二次开发，促进产业化向广度和深度上发展，并带动其它行业的技术升级和优化改造。

摘自《通信市场》