文 | 林濤 GNSS研究所技術(shù)總監(jiān)
刊登 | 《時(shí)空》雜志 NO.15
《時(shí)空》：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?jí)?GNSS 研究所歷時(shí)兩年完成的新一代 GNSS 基帶芯片。基帶芯片是高精度板卡和模塊的核心，直接決定了板卡和模塊支持的信號(hào)類型與個(gè)數(shù)、搜星的速度和穩(wěn)定性、原始觀測(cè)量質(zhì)量、定位精度以及功耗和尺寸。
天琴二代芯片是合眾思?jí)咽卓钊嬷С直倍啡盘?hào)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(duì)新信號(hào)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(shù)。
這四個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新讓天琴二代芯片更好的滿足不同高精度應(yīng)用的需求。
《時(shí)空》：市面上有若干家芯片標(biāo)稱已經(jīng)兼容北斗三號(hào)信號(hào)，那么天琴二代芯片跟國(guó)內(nèi)其它廠家的北斗三號(hào)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(hào)的一些簡(jiǎn)單信號(hào)，但是做不到全面支持。
北斗三號(hào)有兩個(gè)創(chuàng)新的信號(hào) B1C(QMBOC) 和 ACEBOC，其中 B1C 有一個(gè)精細(xì)的 BOC 部分可以有很強(qiáng)的抗多路徑功能。
北斗三號(hào)的ACEBOC 和歐洲Galileo 系統(tǒng)的 ALTBOC 是現(xiàn)在衛(wèi)星導(dǎo)航上信號(hào)質(zhì)量更好的兩個(gè)寬帶信號(hào)，有很好的抗多路徑，低噪聲的偽距觀測(cè)值，對(duì)5 到20 厘米應(yīng)用乃至高精度 PPP 和 RTK 性能上（快速收斂和復(fù)雜場(chǎng)景高精度）都有很好幫助。
縱觀國(guó)外的衛(wèi)星導(dǎo)航廠家，例如 Trimble 和 NovAtel 都支持ALTBOC 但是還沒有支持 ACEBOC。國(guó)內(nèi)芯片廠家里面，天琴二代是一款完全支持 ACEBOC 和 B1C 完整 QMBOC跟蹤的芯片。
需要補(bǔ)充說明的是，天琴二代也是國(guó)內(nèi)芯片里完全支持歐洲Galileo的ALTBOC信號(hào)和日本QZSS系統(tǒng)的 LEX 信號(hào)的芯片。
隨著伽利略系統(tǒng)的完善，國(guó)產(chǎn)高精度板卡對(duì)伽利略系統(tǒng)的全面支持也越來越重要。因?yàn)锳LTBOC信號(hào)的優(yōu)越性，國(guó)外品牌高精度板卡（不管是CORS基準(zhǔn)站板卡還是移動(dòng)站板卡）基本都是支持伽利略系統(tǒng)的ALTBOC信號(hào)。
之前國(guó)內(nèi)板卡對(duì)伽利略ALTBOC信號(hào)支持的缺失，使得我們國(guó)產(chǎn)板卡在高精度應(yīng)用，特別是CORS基準(zhǔn)站板卡上有局限性，跟國(guó)外高端高精度接收機(jī)板卡不能完全兼容。
正如我前面說的，我們花 2 年時(shí)間去做天琴二代，就是要讓我們中國(guó)的芯片能夠完全支持北斗三號(hào)和伽利略系統(tǒng)，并且跟國(guó)外衛(wèi)星系統(tǒng)和接收機(jī)板卡做到兼容互操作。
這是來自于我們多年在高精度領(lǐng)域耕耘的經(jīng)驗(yàn)，也是受到我們北斗三號(hào)系統(tǒng)要與其他系統(tǒng)兼容互操作的思想啟發(fā)。
《時(shí)空》：既然ACEBOC和ALTBOC這么重要，為什么中國(guó)其它廠家不支持這些信號(hào)呢？日本QZSS系統(tǒng)的LEX信號(hào)有什么用處？
合眾思?jí)咽且患覍Ｗ⒂诟呔燃夹g(shù)和應(yīng)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(cè)繪、農(nóng)業(yè)、機(jī)械、海洋等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中被使用。
工業(yè)應(yīng)用的基因和全球市場(chǎng)的需求決定了合眾思?jí)训男酒仨氁鷩?guó)際需求接軌，支持所有的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。
而 ACEBOC 可以說是中國(guó)北斗三號(hào)在世界衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的一次創(chuàng)新，我們想讓客戶能夠充分感受到北斗三號(hào)這種優(yōu)質(zhì)信號(hào)帶來的好處，所以我們加入了對(duì)這個(gè)信號(hào)的支持。
ACEBOC 可以分解成 B2a 和 B2b 兩路信號(hào)，一般廠家選擇分開跟蹤這兩路信號(hào)而不是跟蹤 ACEBOC，這種分開跟蹤的方式比較簡(jiǎn)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(hào)的好處，但是技術(shù)難度低，容易實(shí)現(xiàn)，芯片流片風(fēng)險(xiǎn)低。
這種跟蹤方式更適合入門級(jí)的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用，例如對(duì)高精度，可靠性等要求比較低的應(yīng)用。而 ALTBOC 信號(hào)特點(diǎn)跟 ACEBOC 類似，信號(hào)質(zhì)量好，目前國(guó)外主流的高精度芯片廠家都已經(jīng)完全支持。
QZSS 的 LEX 信號(hào)會(huì)附帶 QZSS 的 PPP 改正數(shù)，是日本和東南亞地區(qū)高精度應(yīng)用的一個(gè)必須信號(hào)。
《時(shí)空》：ACEBOC和ALTBOC對(duì)消費(fèi)類電子等其它大眾領(lǐng)域的用處大嗎？
我個(gè)人認(rèn)為，隨著高精度的不斷普及， ACEBOC 和 ALTBOC 會(huì)出現(xiàn)在大眾領(lǐng)域的芯片里面，但是會(huì)有個(gè)過程，如同高精度在大眾消費(fèi)類領(lǐng)域普及一樣，這兩個(gè)信號(hào)盡管實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，但是天生的偽距高性能非常適合復(fù)雜場(chǎng)景高精度應(yīng)用。
ACEBOC 和 ALTBOC 是北斗系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)上的一種革命性創(chuàng)新，他們的性能實(shí)用性是經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家的反復(fù)論證，從而設(shè)計(jì)了這兩種信號(hào)在衛(wèi)星上。我相信這兩個(gè)優(yōu)質(zhì)信號(hào)會(huì)越來越被大家接受。
《時(shí)空》：天琴二代的抗干擾技術(shù)是大家討論的熱點(diǎn)，能簡(jiǎn)單介紹一下技術(shù)難點(diǎn)和應(yīng)用的價(jià)值嗎？
天琴二代集成的抗干擾功能是在多維度實(shí)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(fù)合ARMA 陷波濾波器，智能的干擾自動(dòng)檢測(cè)功能和精細(xì)的通道延時(shí)補(bǔ)償模塊。
難點(diǎn)在于抗干擾后還能實(shí)現(xiàn)0.8到2厘米的高精度定位，以及根據(jù)實(shí)際干擾和應(yīng)用場(chǎng)景功耗上的控制。
抗干擾在軍用上應(yīng)用的比較成熟 , 但是這些技術(shù)都不是針對(duì)高精度應(yīng)用的，市面上除了國(guó)外幾個(gè)老牌高精度廠家的抗干擾技術(shù)可以在高精度應(yīng)用，大部分抗干擾技術(shù)都只適用于單頻多系統(tǒng)，而天琴二代的抗干擾技術(shù)可以說是彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的這塊缺失。
隨著高精度技術(shù)的普及，行業(yè)對(duì)高精度芯片模塊板卡的集成度，功耗以及適應(yīng)性有了進(jìn)一步的要求，寬帶射頻接收技術(shù)可以大幅提高射頻芯片集成度，降低整體接收機(jī)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(yīng)用在各種高集成度載體上，好比無人機(jī)，無人車和機(jī)器人等含有復(fù)雜的電磁波環(huán)境的載體上。
《時(shí)空》：天琴二代在低功耗和抗多路徑方面做了哪些改進(jìn)呢？
天琴二代加入了很多新的功能，這樣大大的擴(kuò)展了它的使用面，但是同時(shí)我們也需要做更靈活的功耗控制，根據(jù)我們用戶功能和應(yīng)用需求提供合理的功耗。
基帶芯片對(duì)寬帶射頻的支持，使整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)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?jí)研酒蛘甙蹇▊鹘y(tǒng)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)，我們有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)專利，幾代抗多路徑技術(shù)在世界范圍內(nèi)的各種高精度領(lǐng)域應(yīng)用了十幾年，也有在這個(gè)領(lǐng)域頂尖的專家指導(dǎo)我們團(tuán)隊(duì)。
這次，我們重新設(shè)計(jì)了抗多路徑的相關(guān)器，并優(yōu)化了抗多路徑在復(fù)雜場(chǎng)景的牽引，讓高精度更穩(wěn)定可靠。
我們有相關(guān)的新專利在準(zhǔn)備，后續(xù)配合我們的板卡和固件，我們也會(huì)推出白皮書介紹我們天琴二代中的黑科技。
《時(shí)空》：天琴二代官方介紹能支持1100個(gè)通道，能解釋一下這個(gè)指標(biāo)的意義嗎？
更多的通道表示芯片能支持更多的信號(hào)，頻點(diǎn)，和系統(tǒng)跟蹤，更多模式跟蹤，跟蹤更穩(wěn)定，信號(hào)搜索更快。
通道數(shù)一直是高精度接收機(jī)一個(gè)重要指標(biāo)，特別是在CORS網(wǎng)，大氣電離層監(jiān)控，形變監(jiān)測(cè)，高可靠性應(yīng)用，和定位定向等應(yīng)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(yīng)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(lǐng)域跟國(guó)外專業(yè)廠家（NovAtel OEM7 的 555 通道）的競(jìng)爭(zhēng)。
作為一家中國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航公司，做好芯片，用好北斗，推好應(yīng)用，一直是合眾思?jí)训暮诵睦砟睢?/p>
《時(shí)空》：最近廉價(jià)高精度在國(guó)內(nèi)非；穑芏嘈酒瑥S家都宣傳廉價(jià)高精度芯片，天琴二代是廉價(jià)高精度芯片嗎？
天琴二代是一款給專業(yè)領(lǐng)域的高性能高精度芯片。首先，我先解釋一下概念，廉價(jià)高精度這個(gè)名詞主要是指在大眾消費(fèi)領(lǐng)域使用高精度，但是這個(gè)高精度以及高精度背后的可靠性或者可復(fù)現(xiàn)性還是相對(duì)模糊，跟具體應(yīng)用有關(guān)，因?yàn)樵诖蟊娤M(fèi)類里面每個(gè)應(yīng)用的需求客觀的說都是不一樣的。
廉價(jià)只是一個(gè)大眾消費(fèi)類應(yīng)用對(duì)芯片價(jià)格和量需求跟專業(yè)市場(chǎng)差異的縮影。天琴二代是設(shè)計(jì)給工業(yè)和專業(yè)應(yīng)用使用，滿足最高等級(jí)高精度應(yīng)用，配合我們?cè)诘凸牡奶幚，它自然也可以滿足很多或者部分大眾消費(fèi)類應(yīng)用，但是我們需要具體案例具體說，不能泛泛而談。
舉個(gè)例子，天琴二代是比較適合無人機(jī)，機(jī)器人，無人車等無人系統(tǒng)應(yīng)用，這塊也是我們未來市場(chǎng)的一個(gè)拓展領(lǐng)域。價(jià)格高低完全是跟市場(chǎng)規(guī)模決定，跟芯片沒有直接關(guān)系。
《時(shí)空》：天琴二代是傳統(tǒng)基帶芯片而不是SoC，請(qǐng)問在這方面的考慮是什么呢？
這還是跟芯片的市場(chǎng)和應(yīng)用有關(guān)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(lǐng)域，除了 GNSS 處理以外，還需要其它傳感器和應(yīng)用的處理，每個(gè)領(lǐng)域?qū)μ幚砥鞯男枨笫遣灰粯拥摹?br />例如在無人機(jī)，無人車等領(lǐng)域，處理器需要強(qiáng)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。
《時(shí)空》：市面有人說天琴二代流片技術(shù)相對(duì)保守，沒有效仿高通等手機(jī)廠家使用14 nm 乃至8 nm工藝，我們的考慮是什么呢？
這其實(shí)是一種誤解，我們本身采用的流片工藝跟國(guó)外相對(duì)更好的高精度廠家 NovAtel 和 Trimble相當(dāng)。
14 nm 乃至 8 nm 工藝主要是為了小型化，適用于在手機(jī)上應(yīng)用。而工業(yè)芯片除了大小以外，還有其他的標(biāo)準(zhǔn)需要統(tǒng)一考慮。
我們是設(shè)計(jì)芯片，不是制造芯片。能做 14 nm 乃至 8 nm 芯片體現(xiàn)的是芯片流片廠（好比中芯國(guó)際和臺(tái)積電）的能力，而非芯片設(shè)計(jì)能力。
信號(hào)跟蹤捕獲能力，通道設(shè)計(jì)靈活性和個(gè)數(shù)才是體現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì) GNSS 芯片的能力。如果市場(chǎng)有需要，我們也會(huì)推出更好工藝的芯片。