目前，城市NOA的定位普遍采用卫惯组合导航系统，即全球卫星导航系统（GNSS）和惯性导航系统（INS）的组合。全球卫星导航系统用于实现绝对定位，而惯性导航系统用于实现相对定位，两者相结合才可以实现稳定、可靠的高精度定位。两者之中，虽然GNSS“存在感”比较低，但在车辆定位中依然起着举足轻重的作用。
无论是高阶智能驾驶系统采用什么样的传感器感知方案 —— 不管是纯视觉方案，还是异构传感器融合方案；不管是使用高精地图，还是用“轻地图”。GNSS和INS组合的卫惯组合导航系统都是高阶自动驾驶环境感知定位方案的重要补充，具备不可替代性。另外，卫惯组合导航系统的定位精度越高、可用性越强，对自动驾驶系统的助力就越大，不仅可以降低整个智驾系统算力的开销，而且在一定程度上还可以弥补主机厂或者Tier1在感知算法能力上的不足。而GNSS提供的绝对定位作为自动驾驶定位系统的基础，其精度和可用性更是起着决定性作用。
01 车载GNSS的产品形态
车载GNSS模块有多种产品形态，既可以独立布置，也可以集成到其它零部件中。不管是哪种产品形态，车载GNSS模块的基本构成大都是一致的，主要由基带、射频、处理器、电源管理以及其它外围电路等构成。
从支持的频段和卫星系统进行划分，车载GNSS模组大致可以分为以下四种类型：
单频单星座系统定位模块：仅支持一个卫星系统的一个频段；
单频多星座系统定位模块：仅支持1个频段，但同时支持 BDS、GPS、GLONASS 、GALILEO等多个卫星系统；
双频多星座系统定位模块：支持两个频段，但同时支持 BDS、GPS、GLONASS 、GALILEO等多个卫星系统；同时结合两个频段下的GNSS信号进行定位，实现比单频更高精度更可靠的定位性能，进而提供更高的可用性；
多频多星座系统定位模块：同时支持多个频段和多个卫星系统，实现比双频更高精度更可靠的定位性能，相对于双频进一步提高可用性。
目前，在汽车智能驾驶的高精度定位应用领域，支持双频多星座系统和多频多星座系统的GNSS模组是两种主流的产品形态。其中，多频多星座GNSS模组以较高的精度和可用性优势，在未来将成为主流。目前，典型的多频多星座GNSS模组有u-blox的ZED-F9K-01A、导远的NAV3120SAA、移远通信Quectel的LG69T等。
导远GNSS模组NAV3120基本参数情况
02 高阶自动驾驶对车载GNSS的需求
当前，导航辅助驾驶功能（NOA）正在从高速向更为复杂的城市场景迈进。在城市场景中，NOA功能不仅需要更强的环境感知能力，也需要更高精度的定位能力，对GNSS定位结果的高精度、高可信度以及高可用性提出了迫切的需求。
2.1 高精度
对于L2及以下等级的辅助驾驶功能，车辆的定位精度在亚米级基本上便能够满足应用需求。对于L2+及以上等级的高阶自动驾驶功能，需要在城市峡谷、高架、隧道、地下车库等复杂场景下的定位精度也必须达到厘米级，定位精度要求较高。虽然这里的定位精度是指GNSS+RTK+IMU+高精地图+摄像头、激光雷达等环境传感器进行融合后的定位结果，但GNSS的绝对定位是基础，它本身的精度对最终融合后的定位结果具有重大的影响。
RTK定位技术原理示意图
但是，在车载GNSS的应用中，卫星端受到星历误差、卫星钟差等误差源影响，传播路径上受到电离层/对流层误差、多路径等误差源影响，接收机端存在白噪声等误差源影响，进而导致数据解算不准确，从而影响GNSS的定位精度。
车载GNSS在应用中通常需要结合实时载波相位差分技术（Real-Time Kinematic， RTK）来进一步提高定位精度，两者结合后，定位精度实现了从米级到厘米级的升级。
RTK的基本原理是：服务端将基准站GNSS观测量与坐标信息发送给用户，用户端将数据与自身接收的GNSS观测量组成差分观测值进行处理，便可以获得厘米级定位结果。RTK技术因其高效性、容错性、实时性而常常作为GNSS高精度定位的具体实现方案。从RTK的实现原理上可以看出，除了设备和技术本身，RTK定位还要考虑服务覆盖率，需要保证高精度定位服务覆盖车辆的行驶范围。也就是说，车载GNSS的定位精度不仅取决于服务端提供的服务质量，而且还与用户到服务端的距离有较大的关系。
卫星定位差分技术发展路线经历了从RTK→PPP→N-RTK，再到第四代PPP-RTK的发展历程。导远电子研发副总裁王理砚告诉焉知汽车：“导远自研的卫星定位差分算法支持通用的RTK，并适配了海内外多家PPP-RTK服务商，率先实现PPP-RTK落地应用。NAV3120内置RTK算法，能够在数秒内实现厘米级定位精度，还支持PPP-RTK。”
2.2 高可信度
在智能网联汽车时代，车辆需要与外界物理环境进行频繁的信息交互。对于定位信息而言，全球卫星导航系统以广播的形式发送信号，汽车上的GNSS接收机通过处理接收到的卫星信号进行定位。如果车载GNSS的抗干扰能力相对比较弱，容易受到两种形式的干扰：信号干扰和信号欺骗。
信号干扰是由外部干扰源发起的频率干扰，容易造成GNSS接收机失去位置信息。
信号欺骗是攻击者（黑客）通过发射与GNSS卫星信号具有相同参数的伪造信号，致使目标GNSS接收机产生错误的定位、速度、授时信息等。
2019年，特斯拉的两款电动车Model 3和Model S被爆料存在GPS系统漏洞。在GPS欺骗信号测试中，攻击者通过伪基站发送伪造的GPS信号给测试车辆的自动驾驶系统，测试汽车在距离规定出口还有3英里的距离，提前进行了减速-打转向灯-变道转弯的执行动作。虽然司机立即激活手动控制，但仍未能及时阻止汽车偏离道路。
因此，一旦汽车接收到错误的定位信息，自动驾驶系统可能就会发出错误的执行指令，轻则影响用户的驾乘体验，重则造成驾乘人员的生命危险。针对此类型的安全隐患，中国环境科学研究院在国六标准实施的指导文件中明确提出：车载终端需具备防定位伪造和定位篡改能力。
目前，国内GNSS供应商正逐步推出具备防欺骗和抗干扰功能的产品。导远NAV3120采用多频点窄带宽抗干扰设计。对比测试实验显示，在模拟卫星信号受干扰（L1、L2、L5频点同时受干扰）的环境中，NAV3120可有效抵抗干扰信号影响，维持固定解，保持轨迹平滑。而即使在空旷的环境下，同类型GNSS模组也无法保持固定解。
在实车测试实验中，导远将NAV3120和同类型GNSS模组安装在了同一辆实验车内，使用功分器接同一个天线，进行同时刻测试，通过可视化方式将定位结果生成轨迹点。也就说，两个模组通过同一个天线接收卫星信号，同时输出定位结果。
2.3 高可用性
1）提高GNSS的固定率
通过提高固定率可以提高GNSS的可用性。固定率可以理解为固定解占所有定位结果的比例。导远电子工程师解释说：“固定解（Fixed Solution）指的是在载波相位差分定位中，经过整周模糊度（Integer Ambiguity）解算并固定后得到的定位结果，其精度可达到厘米级，满足高精度定位需求。具体而言，假设GNSS模组的输出频率设定为10Hz，则每秒钟将产生10个定位数据点。在实际应用场景中，可能在一段时间内收集到数万至数十万个定位数据点，这些数据点中既包括固定解也包括非固定解。固定率定义为在所有输出数据点中，固定解所占的比例。”
那么如何提高卫星导航系统的固定率？多频多星座是核心策略。
通常情况下，北斗卫星系统可以被接收到的频点有：B1I，B1C，B2I，B2a，B2b，B3I。如果是双频模组，只能接收到其中2路频点的信号，比如只能接收B1I，B2I。如果是多频GNSS模组，那么，观测量会比较多，获得高精度固定解的概率自然就会更高。
如果又是多星座模组，意味着不管是中国的北斗BDS，还是美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，或者欧盟的GALILEO，几乎所有类型的全球定位信号都可以支持。这样能够接收到的卫星信号便越多，就越容易拿到高精度解。
王理砚讲到：“NAV3120在定位解算过程中，能同时接收并处理所有可见卫星的全部频点信号，且兼容多种信号增强技术。虽然这可能增加处理器的计算负载，但这种‘增加’是可控的。实际上，这种设计显著提高了定位的精度和可用率。NAV3120在设计之初就充分考虑了算力需求。”
2）快速收敛到固定解
通常情况下，在浮点解或伪距差分解的状态下，GNSS的定位精度会下降到分米级或米级。对于城市NOA功能，在浮点解或伪距差分解的状态下，定位精度通常是不够的，需要用IMU去弥补。
对于城区NOA功能，在城市复杂环境下，如果GNSS模组可以保持较高的固定率，并且经过复杂环境后可以快速收敛到固定解，则可为IMU递推提供更加强有力的保障，从而提高组合导航的性能。一线城市经常存在卫星信号条件较差的交通道路，若GNSS模组的可用率不足，可能导致城区导航辅助（NOA）功能失效。而采用全系统全频GNSS模组，便能在此类复杂环境中维持稳定的高精度解。这在一定程度上有助于减少城市导航辅助系统（NOA）的接管频率，从而提高整体的导航性能。
那么，从非固定解快速收敛到固定解需要多长时间，如何做到快速收敛？王理砚说：“在理想条件下，GNSS模组通常能在大约10秒内收敛至固定解。导远NAV3120通过优化算法，能使这一时间缩短一半。加快收敛到固定解的方法有：a. 提升卫星重捕获的能力，也就是观测量的恢复能力。b. 在算法层面做一些创新。”
“快速收敛到固定解也是多频多星座GNSS模组的优势。同样的时间、地点，它能够捕获到比别人多的卫星，恢复得就更快，尤其在一些复杂场景，可以大大提高定位系统的可用率。根据我们的统计，固定率可从60%~70%提升到80%~90%左右。”
为了更直观的了解GNSS模组的性能，导远电子进行了城市道路智能驾驶实车测试，测试路段为上海陆家嘴、虹桥新天地、淮海路等路段，涵盖了CBD道路、郊区道路、林荫道路、城市高架等多种典型复杂场景。
从测试结果可以看出，在同类型GNSS模组无法获得固定解，轨迹出现明显漂移和跳点的情况下，NAV3120依然可以维持较高的固定率和稳定的定位精度，保持平滑的定位轨迹，并且在经过隧道、立交遮挡时，也可以更快地恢复到固定解。
这些优势体现到定位精度测试上面，可以参考在所有定位状态下的统计结果：
GNSS模组不同测试场景下水平误差结果对比
得益于NAV3120模组支持全频全星座，可用观测量有一定优势。通过测试统计数据可以看出：相比业内头部的车规级双频GNSS模组（对比设备A），无论是RMS、1σ及2σ，NAV3120模组的定位性能有比较明显的优势。即使是与业内头部的车规级多频模组（对比设备B）相比，在CBD道路、郊区道路以及城市高架道路环境下，两者的定位误差非常相近，甚至在林荫道路环境下，NAV3120的定位误差还要优于多频模组。
3）可扩展支持IMU融合定位
对于高阶自动驾驶，系统需要获取稳定、可靠的高精度定位结果，通常会采用GNSS + RTK + IMU的组合定位形式，同时结合车辆车速、方向等信息，通过组合导航算法实现GNSS在弱或无信号条件下的持续定位，满足智能驾驶对GNSS系统的高性能要求。
在实际应用中，NAV3120可支持内置IMU或外接高性能IMU，以保证在极端恶劣场景和隧道等GNSS弱或无信号情况下的高精度定位能力，做到全场景下的高可用性。
03 主机厂对高精度定位厂商的核心诉求
主机厂或者Tier1在选择定位供应商的时候通常会考虑的因素有：产品矩阵的丰富度、产品性价比和量产情况等等。
1）产品矩阵的丰富度
从目前的市场格局上来看，不少车载卫星导航定位玩家除提供GNSS模组外，还在构建IMU 模组、P-Box等多元化的产品线，以适配整车厂的不同需求。
导远电子可以提供丰富的定位产品矩阵：GNSS模组（NAV3120系、NAV3310系列）、IMU模组（IMU5115、IMU5104等）、卫惯组合导航系统P-Box（INS570系列、INS571系列等）等等。
王理砚讲到：“以NAV3120为例，它支持多样化的性能配置，以适应各种应用场景，不仅可选双天线解算功能，还能够提供灵活的安装选项，既可独立使用，也可集成至P-Box或域控制器。通过同一套技术方案，NAV3120能够以单一产品线满足广泛的客户需求，显著提升研发与生产效率。”
2）性价比
目前，高精度定位产品的价格在百元级到千元级这个区间，在整个自动驾驶系统中的成本占比并不低。受“价格战”的影响，能够提供更优性价比的供应商更容易受到车企的青睐。
因此，高精度定位厂商需要在提升产品性能的同时，还要想尽办法降低成本。目前，提升性价比的途径主要有如下两种：
a.采用更先进的制程工艺：
把芯片做得更小，把GNSS模组的集成度提升，在提升性能的前提下尽量把整体的价格做到最优。导远电子NAV3120采用小尺寸、低功耗设计，兼容主流模组封装，易于集成，可以帮助客户极大缩短产品的开发周期。
b.增大产品出货量：尽可能让其通用化，能够在多场景、多终端进行应用，以均摊整体的成本。如果GNSS模组要满足多场景、多终端应用，那么，其在设计的时候需要考虑哪些因素？王理砚指出，导远GNSS模组提供广泛的多模式配置以满足不同用户的需求，且在产品设计初期综合了各类终端应用客户的需求。
“比如，割草机通常在树荫遮挡的环境下低速作业，且体积较小，定位误差若超过5厘米就可能导致作业效率下降，如重复作业。此外，作业时还可能出现空转情况，轮速计无法提供准确信息，从而影响数据融合的准确性。因此，对于割草机而言，IMU的精度要求可以适度放宽，而GNSS定位精度则需满足更高的标准，通常需达到厘米级精度。”
3）量产情况
车规级量产落地项目经验和量产交付能力也是主机厂考察定位厂商的关键因素之一。
“导远的技术研发、资源整合、生产制造、设计验证（DV）等多方面能力已经得到了业界的广泛认可，构建了成为汽车供应链细分领域头部企业的核心竞争力。以量产交付能力为例，公司拥有业内全国首条数字化生产线，率先通过智慧化生产实现降本增效和量产交付能力的大幅提升。目前，导远年产能已超过数百万套。在2023年，导远全年量产交付量较上年增长超80%，量产项目数较上年增长超76%。”
“从前端市场的角度分析，对于尚未量产的新产品，潜在客户可能会表现出一定程度的谨慎。然而，考虑到NAV3120在后装市场的出货经验，以及导远公司其他同类产品已经成功实现量产并量产上车，加之NAV3120本身的高成熟度，我们相信该产品能够比较容易进入现有客户的采购清单。”王理砚介绍说。
导远具备丰富的车规级定位产品的量产落地项目经验。在2018年，导远率先实现高精度定位方案的量产上车。截止目前，导远已获得全球30多家主机厂的80多个车型定点，包括理想、大众、广汽、上汽、小鹏、蔚来、吉利、长安、奇瑞、埃安、极氪等海内外知名车企。
本文内容不用于商业目的，如涉及知识产权问题，请权利人联系51Testing小编(021-64471599-8017)，我们将立即处理
