AyiaKolumbuX── 車機亞米級組合導航一體機

杭大名，孟慶季

（深圳市華穎泰科電子技術有限公司，518055）

衛星導航已給人們的生活帶來極大便利，汽車導航儀、手機導航軟件無不給人們的出行帶來很多幫助。隨著我國自主北斗（BD）衛星導航產業發展，未來會有更多衛星導航產品服務于人們的生活。但是，目前消費類終端的衛星導航產品在精度和可用性上存在很多不足，例如定位精度較低、環境影響大（易受遮擋/干擾）。尤其在城市高樓林立的路上，車載導航儀很有可能出現嚴重的定位錯誤，高架橋下和立交橋路口等嚴苛環境下導航軟件往往無能為力，這些缺陷在我國目前的消費類市場尚可以被人們勉強接受（發達國家車載導航儀已經多具備組合導航功能），但這些性能缺陷使得現有車載導航模塊無法滿足智能交通領域等高端領域的要求，車機亞米級導航產品正服務于此類需求。

車機亞米級定位，解決行業難題

車機亞米級導航指實現車輛定位精度1m以內的導航定位技術和產品。產品不但要求精度上實現亞米級定位，更要求在高樓林立城市峽谷、高架橋下、道路隧道等處均實現穩定無縫的導航定位。

我國北斗衛星產業蓬勃發展，隨著各地CORS系統的建立（14年底，國內超過100個城市完成北斗CORS系統建立），在車機領域實現亞米級差分導航定位將是產業的趨勢，同時也只有實現了亞米級的車輛定位才能解決特種車輛監控、智能交通及駕校培訓等的定位需求。目前，一般衛星導航模塊定位精度為5～10m，這樣的定位精度附加地圖信息后可以滿足日常生活的基本導航需求，但精度限制，無法區分車輛行駛車道、車輛路口位置，而準確位置信息（小于1m）正是很多車輛的監控的必然需求，如公交車對停靠站位置及行駛路線進行監控管理、智能交通公交優先的路口控制、駕校車輛的計時培訓等。

衛星信號易被干擾，城市高樓、高架路和立交橋越來越多，車輛行駛中衛星信號受到遮擋、反射和干擾，衛星導航會無法定位或精度很差。在大部分領域，車輛導航對可用性、穩定性要求甚至高于對精度要求，在城市路況下實現持續、穩定、無縫的導航定位，是車機亞米級導航定位產品的根本性能要求。融合慣導衛星導航的組合導航技術是實現城市路況下車輛持續、無縫導航定位的重要手段。

在日益增高的城市峽谷中，實現穩定無縫的亞米級導航定位將大幅釋放智能交通領域的諸多需求。

亞米級導航定位關鍵技術

實現車機亞米級導航定位須要融合測量型GNSS天線、差分衛星接收機及慣性組合導航等幾個核心技術。

（1）首先系統須使用測量型GNSS天線。傳統貼片式的導航型天線雖然成本較低，但是其在相位中心準確性、抗多路徑干擾和頻率帶寬上均有很大局限。在對比測試中，車載導航型天線（匹配亞米級接收機）在樓宇密集等多徑干擾較大的區域，其天線造成的位置誤差在3～5m，所以利用傳統導航型天線無法實現穩定的亞米級定位。高精度GNSS天線在實現原理上區別于導航型天線，傳統應用于測繪一體機及高精度手持機，具有相位中心穩定、單位增益高、方向波束寬、頻率帶寬寬的特點，可以確保衛星信號的接收并大幅抑制多路徑干擾，是保證車輛實現亞米級定位的關鍵部件。另外，隨著技術的發展，高精度測量型天線的價格已經大幅下降，完全具備大規模應用的條件。

（2）低成本差分接收機板卡。支持BDGPSGLONASS三系統的低成本差分接收機是系統的核心部件。由于城市道路環境高樓林立，遍布高架路、立交橋，遮擋均十分嚴重，多系統的支持可以最大限度地保證可用衛星數量，提升定位精度和定位穩定性。同時區別于測繪測量等專業領域，智能交通領域市場規模大，需要成本相對低廉的導航定位產品。目前市場上的亞米級差分接收機板卡價格在千元以上，這顯然是制約產品推廣的重要因素。

（3）慣性、衛星組合導航系統。衛星、慣性組合導航系統是系統定位穩定性的根本保證。一方面在城市高樓峽谷、高架橋下及隧洞中，衛星信號被全部遮擋無法完成定位時，導航定位自動工作在慣性導航模式下，持續輸出車輛的位置。另一方面，由于慣性導航的引入，可以自動隔離由于多路徑和信號干擾造成的衛星導航錯誤定位結果，使得高精度定位輸出更穩定、準確。例如，在上海市中心城區，單純的差分接收機板卡的有效定位時間約為70%，而組合導航情況下，有效定位比例大于95%。

AyiaKolumbuX亞米級組合導航一體機

華穎泰科針對智能交通等領域推出亞米級車機導航產品—— AyiaKolumbuX亞米級組合導航一體機。產品深度融合高精度測量型天線、衛星導航接收機和慣性導航三個核心技術，可以完成車輛在城市復雜環境穩定、無縫的亞米級導航定位。產品為高度集成的一體化導航定位產品，極大地方便了相應客戶的使用，其具有以下特點：

⊙ 全面支持北斗+GPS+GLONASS三系統，更加穩定的衛星導航性能。

⊙ 亞米級差分定位，全面提升定位精度。

⊙ 集成慣性傳感器與慣性導航算法，實現慣導衛星組合導航，提升在城市復雜路況下的產品穩定性，并且實現隧道、地下車庫等環境下的持續定位，并提供車輛三維姿態、速度、加速度、角速率等全運動信息。

⊙ 一體化集成產品形態，方便用戶使用。

⊙ 高度集成創新、大幅降低成本，使得亞米級產品在智能交通領域的應用成為可能。

圖1 組合導航一體機系統框圖

通過大量的測試試驗，AyiaKolumbuX穩定實現了城市復雜環境下的亞米級導航定位。以產品在上海測試數據為例，圖2為測試車在上海陸家嘴及外灘附近的測試軌跡，KolumbuX慣性組合導航模塊大幅提升了測試車導航定位的可用性（隧道內、高架橋遮擋等均實現穩定定位），使得產品在延安路隧道及城市高架路下均實現了穩定的高精度導航定位。圖3為跑車對比系統采用某公司的接收機，雖然在衛星信號良好的區域雖然實現了厘米級的導航定位，但是在地下隧道、高架/樓宇遮擋、復雜多徑干擾下，其導航輸出并不穩定。

圖2 AyiaKolumbuX組合導航一體機跑車測試圖

圖3 某公司接收機參考系統跑車測試圖

圖4 KolumbuX精確區分車道

圖5 KolumbuX跑車動態定位精度測試

KolumbuX在負責的城市道路環境下，具有定位精度高和穩定兩個技術優勢。圖4可以看出，KolumbuX的亞米級定位可以實現車道的區分，這是校車等特殊車輛監控管理的必然要求。圖5的測試統計結果體現了跑車情況下導航精度，KolumboX系統在99%的置信區間內，實現位置精度1.07m。

亞米級接收系統市場需求分析

北斗導航定位將成為我國智能交通系統中重要的交通信息采集手段，車機亞米級導航產品將更準確、全面地獲取車輛的運動信息，利用KolumbuX亞米級組合導航一體機完成車輛運動信息采集，將為智能交通系統提供更為準確豐富的原始數據來源。

公交車的信息化管理對城市公交發展至關重要，也直接影響人們的出行。目前，由于衛星定位精度較低，無法監督管理是否規范公交車進站，采用RFID雖然精度可以，但需要附加系統，并且布點繁多、成本高。如果在公交車上安裝亞米級導航定位產品，可以一體化實現公交車運行軌跡全程亞米級監控。

亞米級導航定位產品是公交優先智能交通系統的重要組成部分，實現公交優先路口智能調節，公交車實時、準確位置信息是系統調節控制的前提和根本保障。

駕校智能培訓中，亞米級導航定位可以準確記錄培訓時間，全面記錄駕培車輛運動信息，評估評判學習效果。對于兩客一危等特種運輸車輛，實現亞米級監控可以更準確監控車輛在高速路、城市路面的駕駛情況（可分清車道），避免危險駕駛行為。對于運鈔車、機場擺渡車、港口、礦山車輛等監控等級較高的車輛，準確、可靠、無縫的亞米級定位將更好的滿足其監控需求。■