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汽车智能化的从0到1,高精度定位全景结构

云栖网 2022-06-06 14:55 来源:未来智库

云栖网:报告出品方/作者:申万宏源研究,朱型檑、刘菁菁

1. 乘用车高精度定位方案多样,组合定位将成主流

随着自动驾驶等级提升,乘用车高精度定位配置的必要性越来越凸显。卫星导航定位是 各种定位方式中的一种,独特性在于能够提供绝对的精确位置信息,卫导与其他定位技术结 合的组合定位将成主流。 本报告重点关注高精度定位车载硬件设备(目前以定位盒子 P-BOX,Positioning Box 硬件形态为主),能够为高级别自动驾驶乘用车提供亚米级至厘米级的高精度位置信息。

1.1 卫惯组合方案优势显著

高精度定位是自动驾驶的重要一环,目前常见的定位技术有:以全球卫星导航系统 (Global Navigation Satellite System,GNSS)为代表的卫星信号定位、以惯性导航系 统(Inertial Navigation System,INS)为代表的惯性定位、以激光雷达及摄像头为代表 的环境特征匹配定位。 各种自动驾驶定位方案各有优劣,能够进行互补:卫星导航方案能实现全天候、高精度 的定位,但由于依赖卫星信号,在信号丢失、电磁干扰等环境下有断连风险;惯性导航方案 无外部依赖,不受干扰,但存在累计误差,无法长时间使用。环境特征匹配的主要方法如视 觉和激光雷达,在用于绝对定位时依赖高精度地图,在环境变化时存在定位不准确风险,并 且传感器也易受天气、环境、光线等条件影响。

(一)卫星信号定位

卫星定位优势在于能够为车辆提供绝对位置信息,且定位精度高。卫星信号定位主要基 于全球卫星导航系统(GNSS),GNSS 定位的基本原理是利用卫星至地面接收站的距离, 通过距离交会的方式来确定地面的位置,定位时通常需要四颗卫星同时观测,其中三颗卫星 用于确定三轴坐标分量,还有一颗用于计算时间修正量。由于卫星误差、轨道误差、电离层 和对流层误差等的存在,单纯 GNSS 的定位精度只有米级,无法满足高等级自动驾驶对厘 米级定位的需求。

为提高定位精度,GNSS 在应用中多结合载波相位差分技术(Real-Time Kinematic, RTK)。RTK 建立在实时处理两个测站的载波相位基础上,利用地面参考基准站、流动站、 通讯基站以及可以接收到卫星信号的解算卫星来消除传输中的误差和接收机本身的误差,从 而获得极高的定位精度,位置和高度测量精度一般都在 2-3 厘米。

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卫星定位缺点在于部分遮挡场景下性能差且输出频率较低。GNSS 结合 RTK 技术后在 定位精度上实现了从米级到厘米级的升级,但是在隧道、密集建筑、树荫等场景下很难准确 输出定位数据,在无网络通讯的情况下也难以获得参考基准站 RTK 的差分数据,且其定位 数据输出频率通常为 5/10hz,短期定位精度较低。

(二)惯性定位

惯性导航(Inertial Navigation System,INS)是通过测量加速度来解算运载体位置 信息的自主导航定位方法,包括惯性测量单元和计算单元两部分。该方法具备不与外界交互 而自主独立工作的能力,惯性导航系统能实时、准确地测量位置、加速度及转动量(角度、 角速度)等信息,是唯一可输出完备六自由度数据的设备。

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惯性测量单元 IMU(Inertial Measurement Unit,IMU)是融合了陀螺仪、加速度计、 磁力计和压力传感器的多轴组合。加速度计及陀螺仪是惯性导航系统的核心器件,每套 IMU 通常包含 3 组陀螺仪和加速度计。

(三)环境特征匹配定位

环境特征匹配定位主要基于相机的平面影像(图片)和激光扫描雷达(LiDAR)的三维 影像(点云),通过实时感知测量提取环境特征,并与预先采集制作的基准数据进行匹配, 从而获取确定自动驾驶车辆的当前位置。 环境特征匹配定位的优点是在没有 GNSS 情況下也可以工作,缺点是需要预先制作地 图基准数据,并且根据环境发生的变化需要定期更新地图数据。

在实际的应用中,环境特征的定位系统都需要其它定位系统辅助给出初始位置,从而实 现在限定区域中匹配环境特征。视觉-惯性导航定位技术(visual inertial navigation system, VINS)是一种利用视觉传感器和惯性传感器实现载体的自定位和周围环境感知的 无源导航定位方式,可以在全球定位系统拒止环境下实现载体 6 自由度位姿估计。视觉和低 精度惯性传感器具有体积小和价格低的优势,得益于二者在导航定位任务中的互补特性,视 觉—惯性导航系统引起了极大关注,在移动端的虚拟现实 VR、增强现实 AR 以及无人系统 的自主导航任务中发挥了重要作用。

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(四)组合定位(主要关注卫惯组合定位)

出于系统安全性和单一定位方式局限性考虑,往往采用组合定位实现高精度定位。由于 单种定位方案均存在自身的优劣势,在高级别自动驾驶技术方案中,为了最大限度的提升系 统的安全性,保证能够覆盖更多的驾驶场景,往往采用组合定位的方法,从而达到优势互补、 提高稳定性和获取更高精度的定位结果的目的,卫惯组合定位(GNSS+IMU)则是现阶段 应用较广泛的高精度定位方案。

高精度组合导航定位已经成为自动驾驶的“刚需”。隧道、城市峡谷、高架、地下车库 一直是车载定位的痛点,原因是当车辆行驶在以上复杂环境中,卫星信号被遮挡或干扰,导 致定位精度的下降,甚至形成定位的盲区。而惯性+GPS 组合导航系统可以解决这些痛点问 题,惯导恰好可以弥补卫导定位的短板。通过惯导信息对 GPS 定位数据的平滑,可有效遏 制轨迹漂移问题,室外定位轨迹更加连续、平滑;利用惯导推算可实现较长时间的自主、准 确定位。 通过 GPS 导航信息,能修正惯性导航系统的误差,有效抑制惯性导航系统的误差发散, 由此提高整个导航系统的精度。一般情况下,可以通过卡尔曼滤波算法、互补滤波算法或神 经网络等算法来进行两个导航系统的数据融合,获得最佳的导航结果。当 GPS 无法工作时, 单独利用惯性导航依然能够确保系统在较长时间内的正常工作。

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1.2 重视卫惯组合系统算法能力对性能的影响

量卫惯组合高精度定位系统性能的指标较多,对高精度定位系统供应商而言需要平 衡各项性能指标的表现及成本,我们认为在硬件主要依靠外采的基础上,做好卫惯组合系 统的关键和难点主要体现在算法能力上。由于行业处于初期,而参与厂商背景和擅长之处 均有差异,暂未形成一致的路径方案,预计后续方案差异化带来的系统能力差异会体现地 较为明显。建议关注卫导能力较强的厂商,在算法层面能够改善的程度可能较高。 尽管元器件较多依靠外采,但是产品性能指标考核维度多,对相关厂商而言考验算法 能力,并非简单的组装。 我们总结关键性能指标包括:1)基础指标:水平精度、高程精度、固定率(可用性);2)影响性能的重要指标:稳定性、天线适配度;3)进阶型指标:完好性、是否车规级。

卫惯组合产品考验的算法主要有三个,RTK 算法、IMU 算法和融合算法,其中 RTK 和 融合算法对定位结果的影响差异比较明显,除此之外还有 MCU 处理算法。 RTK 算法方面,目前较多厂商在 RTK 算法展开自研,该算法自研的积累对融合算法能 力能够起到重要补充,在主流方案里可以视 RTK 算法为基础和底层的算法。根据华为智能 汽车解决方案 BU 政策与标准专利部定位技术专家张国龙在“中国车谷 2021 智能汽车产业 创新发展论坛”上的演讲:华为在 RTK 算法领域进行自研,再利用 IMU、激光雷达或者视 觉匹配的定位提高定位的精度和可靠性。当然 IMU 及其它传感器也需要卫星导航 RTK 全局 定位信息进行辅助,提高其测量精度,所以各个传感器不再是独立测量定位,再融合,而是 在测量过程中,相互依赖,互相支撑。

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GNSS/ INS 组合导航系统体系结构的不同主要表现在三个方面:对惯性导航参数如何 校正;使用什么类型的 GNSS 测量;INS 和组合导航算法如何辅助 GNSS 用户设备。根据 组合结构的不同,通常将 GNSS/ INS 组合导航系统分类如下: 非耦合(uncoupled)系统是组合 GNSS 和 INS 最简单的方法,这里 GNSS 只是简单 地以一定的时间间隔,重置惯性导航参数。已安装 INS 的飞机进行 GPS 改造时,常采用这 种结构。严格来说,非耦合系统并不是真正意义上的组合。

松耦合(loosely coupled)采用的是 RTK 定位结果+IMU 原始数据来实现融合,在隧 道、地下车库等完全无卫星信号的场景下与紧耦合、深耦合相当,但在有卫星信号但是信号 被遮挡的场景下,如城市峡谷等,定位效果不如紧耦合、深耦合。 紧耦合(tightly coupled)采用 RTK 定位结果+GNSS 的原始数据+IMU 原始数据。 可以有效利用信号遮挡环境下的卫星观测数据,提升定位效果。紧耦合算法的实现需要厂家 同时具备 RTK 定位算法和组合导航算法两种研发能力。

然而紧耦合算法在 GNSS 原始数据质量较差时,仍然无法达到最佳效果。实际上,在 林荫、楼宇遮挡等恶劣环境下,GNSS 容易出现频繁失锁、观测量跳变等异常现象,容易引 发定位异常。 深耦合(deeply coupled)在紧耦合算法的基础上,利用 IMU 原始数据辅助 GNSS 信号捕获跟踪,通过 IMU 准确的相对多普勒变化信息辅助载波跟踪环路,提高恶劣环境下 多普勒估计准确度,从而提高恶劣环境下载波相位、伪距等观测量的精度和连续性,减少观 测量中断和跳变,从而有效提高组合导航精度和可靠性。另外,利用深耦合算法还可以有效 检测出欺骗信号,保护组合导航设备不受干扰。

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深耦合算法实现上最难,在城市峡谷中的定位效果也是最好。深耦合算法的实现,除了 需要具备紧耦合算法研发能力外,还需要具备 GNSS 射频和基带接收能力,目前只有自研 RTK 芯片的公司可以做。据北云科技实测结果显示,深耦合(车规级组合导航单元 X2)相 较普通的松耦合定位精度可提升 3~7 倍,较紧耦合定位精度可提升 2~5 倍。

2. 组合导航产业链成熟,中下游机会开始展现

2.1 随基础建设完备,我国组合导航应用能力提升

如前文所述,卫导和惯导进行高精度定位均有其优势将协同发展,其中对于卫导而言, 我国定位“基础设施”北斗系统的建成完备是应用发展的重要前提和保障。 北斗卫星导航系统是中国自主建设运行的重要时空基础设施。20 世纪后期,中国开始 探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成了三步走发展战略:

(1)2000 年年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务。该系统不仅可提供区域导 航定位,还能进行双向数字报文通信和精密授时,特别适用于需要导航与移动数据通信相 结合的用户;

(2)2012 年年底,建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务,建成形成采用无源与 有源卫星导航方式相结合的区域卫星导航系统;

(3)2020 年,建成北斗三号系统,向全球提供服务,建成采用无源与有源导航方式 相结合的全球卫星导航系统。2021 年 10 月 14 日,在北斗卫星导航系统高峰论坛上,中 国信息通信研究院发布了北斗高精度定位服务平台,将民用应用的手机定位精度提高到 1.2 米,而 1.2 米的高精度意味着车道级定位得以实现。(报告来源:未来智库)

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(一)上游器件层

器件层主要包括 GNSS 元器件和惯性传感器,据头豹研究院数据,惯性传感器占总硬 件成本的 70%-80%(预计该比例随技术和方案差异有较大波动)。 GNSS 元器件的核心部件有射频芯片和基带芯片,射频部分对微弱的模拟信号进行接 收、滤波、放大、变频,其性能决定了后续信号处理的效果,基带部分则实现对码信号的 解算,其中相关器模块实现对码信号的“读取”。 惯性传感器的核心部件有陀螺仪和加速度计,陀螺仪用于测量物体旋转角度和快慢, 加速度计通过测量加速度和重力来计算运载体的速度和位置。

(二)中游系统层

系统层包括 GNSS 模块和 INS 模块,两者组成卫惯组合导航系统,中游主要根据下游 客户对卫惯组合导航产品的需求将上游厂商生产的惯性器件、GNSS 器件进行惯性技术测 试,并根据参数及目标工作环境调整,最终进行系统集成形成能为下游终端用户直接应用 的产品。国内知名厂商有华测导航、导远电子、北云科技等,国外知名厂商有 Ublox、意 法半导体、霍尼韦尔等。 GNSS 接收机硬件部分主要包括卫导模块(射频芯片、基带芯片)、IMU 和处理单元, 其中卫导模块和 IMU 为最核心且价值比例占比较大的部分,两者约占整体成本的七成, MCU 处理单元约占两成。 目前多数厂家的主流产品将一块卫导板卡(包括射频、基带和处理单元)和惯导模块 (IMU 和处理单元)集成在一块大的 PCB 板上,加上自己的 RTK 及松/紧/深耦合算法, 来提供零件级解决方案。

(三)下游应用层

我国卫星导航与位置服务产业增长态势良好,2007 至 2021 年产业平均增速达 27.7%。 根据中国卫星导航定位协会发布的《2022 中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》我国 卫星导航与位置服务产业总产值总体呈逐年增长态势,2021 年我国卫星导航与位置服务产 业总体产值达 4690 亿元,较 2020 年增长约 16.3%。

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具体来看,包括与卫星导航技术研发和应用直接相关的芯片、器件、算法、软件、导 航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值同比增长约 12.28%,达到 1454 亿元 人民币,在总体产值中占比为 31%,增速高于上一年;由卫星导航应用和服务所衍生带动 形成的关联产值同比增长约 18.20%,达到 3236 亿元人民币,在总体产值中占比达到 69%。 产业链从中上游向下游转移,集成、应用与服务空间随产业成熟不断扩大。早期我国 卫星导航与位置服务产业链产值主要集中在中游,主要包括终端产品或软硬件集成的系统 解决方案。终端产品主要有 GNSS 接收机和 GIS 数据采集器等,系统解决方案包括位移监 测系统、机械控制系统及驾考驾培系统等。2012 年,上中下游产值占比分别为 16%、72% 和 12%;而 2020 年上中下游产值占比变为 9%、44%和 47%。产业链已呈现出向下游转 移的趋势,一类是地面参考站系统提供的卫星信号增强服务,另一类则是基于位移测量形 成的安全监控和健康监测数据服务。

2.2 惯导系统复盘:追赶海外进行中

惯导系统是乘用车导航定位的重要组成部分,对最终定位性能起重要作用,目前该领 域国内处于技术追赶状态。惯导技术起源于海外,发展至今已有几十年历史,经历几代技 术更迭,现 MEMS 惯导系统应用于车上已较为成熟,但中国在惯导技术上与国际领先水平 存在差距。 惯性导航系统是利用陀螺仪和加速度计为传感元件,通过测量惯性空间的旋转角速度 和线加速度,根据经典的惯性力学原理建立空间三维运动方程,实时解算载体的速度、位 置、姿态等运动全部参量。

根据陀螺仪的不同,可分为机械(常用的为挠性陀螺、液浮陀螺)、光纤、激光、微 机械(压电、震动等)等类型的惯性导航系统。 激光惯导精度最高,战略导弹、战斗机、直升机、潜艇和舰艇通常采用激光系统作为 主惯导系统,成本为百万级别;光纤惯导精度整体略次于激光惯导系统,在卫星、中程导 弹、直升机和教练机也有广泛应用,成本为几十万级别;MEMS 惯导系统精度相对较低, 能够在短时间内保持高精度,但具备成本低、体积小的优势,在战术导弹、鱼雷等消耗性 武器上有广泛的应用,成本为十万元级别。

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精度作为惯性技术的核心指标,始终指引着陀螺、加速度计以及系统技术的发展,同 时牵引相关前沿科学技术在惯性技术领域的应用。光学陀螺技术目前处于最成熟阶段,未 来其精度从战术级、导航级逐渐延伸到战略级。MEMS 陀螺目前已在战术级占据主导地位, 后续在微纳米技术和微加工艺等发展的推动下,精度将覆盖导航级。

陀螺仪的应用主要可分为商业级、战术级、导航级、战略级(零偏稳定性/比例因子稳 定性由低到高)。不同类别陀螺仪由于成熟度、性能、成本的差异对应的应用场景不同。 陀螺仪未来的性能趋势来看,预计各类别产品的性能有不同程度提升,其中石英/硅振 动式陀螺仪技术快速成熟,性能改善程度更明显。

2019 年,Yole 预估全球高端惯性传感器市场规模约达 32.4 亿美元,属于应用很广且 高度分散的市场。其中,国防和军事应用约占 40%,商用航空航天应用约占 26%。其它高 度依赖惯性传感器的市场还包括商业海事和工业应用,分别占据 18%和 16%的市场份额。 工业应用领域增速最快,预计复合年增长率将超过 10%。到 2025 年,高端惯性传感器市 场规模有可能将达到 40 亿美元,全球高端惯性传感器市场在 2019~2025 年期间的复合年 增长率预计将接近 4.7%。

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3. 从 0 到 1:终局未定,潜在空间可观

民用市场中的组合导航系统主要运用于乘用车,自动驾驶产业的发展对高精度定位的 需求逐渐增加。据统计,2021 年中国 L2 级自动驾驶乘用车的装配率已突破 20%,部分 L2 级车型已经搭载了高精度定位,如小鹏 P7,P5,一汽红旗 E-HS9、2021 款理想 ONE 等 车型。 乘用车高精度定位属于典型的“0 到 1”环节。正在随着自动驾驶级别的演进获得增量 市场,也就是往往在 L3 及以上级别感知需要配置,目前在车上没有普遍配置,处在从无到 有的阶段。

高精度定位方案多元化体现在:

(1)产品硬件形态可能多样化,或从器件级为主,向板卡级、芯片级演变。目前作为 传感器之一,主要以外挂 IMU、组合导航等单一盒子的模式存在,集中化域控趋势下产品 形态可能集成化小型化,而未来主导企业背景和能力可能多元化;

(2)高精度定位能力可能与其他能力组合或结合,高精度地图、高精度定位和 V2X 能 力三位一体的服务将成为市场主流之一。现有的 RTK+IMU+GNSS 的组合,也并非唯一选 择和最优解;

(3)组合导航算法的主从关系设计方案差异化,GNSS 和 IMU 的算法在底层逻辑设计 上服从主从关系,GNSS 或者 IMU 为核心,另一种作为补偿进行融合,该选择和组合导航 厂商和技术积累方向有关,也带来算法耦合方式的差异。如惯导起家的厂商由于具备惯导算 法经验和优势可能倾向于将惯导最为主算法得到更好的效果,相较于松耦合,紧耦合和深耦 合算法较难。

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未来自动驾驶定位市场格局未定,预计在较长一段时间内高精度定位(主要指厘米级) 和低精度定位(主要指亚米级)将共存。 按 2020 年 11 月发布的《智能网联汽车技术路线图 2.0》规划,到 2025 年 L2-L3 级 智能网联汽车渗透率将达到 50%,L4 级智能网联汽车开始进入市场,且在特定场景和限定 区域开展 L4 级车辆商业化应用;到 2030 年 L2-L3 级的智能网联汽车渗透率达到 70%,L4 级车辆在高速公路广泛应用,在部分城市道路规模化应用。

目前乘用车使用的组合定位模块基本都是亚米级组合定位模块,功能安全等级较低,集 成到域控制器中的必要性不大。L2 级自动驾驶车辆装配率会继续增长,亚米级组合定位模 块的装配率将持续上涨,L3、L4 级自动驾驶车辆也将逐步推向市场,单车价值更高的厘米 级组合定位模块也将开始放量,且需符合更高的功能安全要求,届时组合导航定位模块的单 车价值会更高,也是下一阶段各大主机厂及供应商重点布局的方向。 由于自动驾驶定位市场在发展早期,市场规模预期较参差。据佐思汽研,2020-2025 年中国自动驾驶高精度定位市场规模将持续高增,乘用车、自动驾驶农机、低速无人车、 Robo-bus/Taxi、自动驾驶卡车均有高精度定位需求,其中乘用车占到大头。

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2025 年,我们预计国内车载组合定位产品全球市场规模约 60 亿。目前整车厂搭载卫 惯组合的意愿正在变强,一方面得益于算法迭代技术成熟,一方面对于高级别自动驾驶,感 知层冗余的需求越来越高,再叠加高精度地图的配合度提高,预计车载高精度定位产品渗透 率将持续提升。 从单价角度看,目前车载组合定位终端价格较高,未来预计快速降价。截至 2022 年 5 月,根据公开信息,车载定位终端价格在 2000-10000+元不等,其中组合定位产品价格往 往在6000 元以上,如 HG-JC-TSI310 价格为6320 元,CGI-210 价格为8700 元,BT-200BD5 价格为 8700 元,X1 价格为 15959 元。

分析一:目前乘用车领域大规模前装高精度定位的一个重要限制在于降低产品成本。降 低成本的方式目前主要有三个:一是关键芯片与器件自主研发,掌握 BOM 成本优势;二是 自动化生产,提升工艺质量扩大单位人时产能;三是规模上量,分摊研发成本。 分析二:需重视 Robotaxi 等商用车对高精度定位的需求。商用车高精度定位需求更明 确,但目前商业模式尚未成熟。根据 Gartner 预测,到 2030 年,全球投入运营的 4 级自动 驾驶机器人出租车数量将是 2022 年出租车数量的四倍。 分析三:我们认为随着该产业成熟,未必会有必然绝对的集成化趋势,或者在较长一段 时间内,集成和分立各有优势将共存。

未来需持续关注组合导航定位技术和形态的演变。针对未来组合导航定位模块的趋势市 场有不同的看法,如导远电子认为高精度定位系统短期内更适合以独立模块形式存在,北云 科技已推出贴片式组合导航模块,可以整合进自动驾驶计算域控制器等设备中。

(1)集成优势:将高精度定位模块集成到自动驾驶域控制器可以减少数据传输,有效 降低信息延迟,提升定位的精度。目前已有车企开始把组合导航盒子拆开,将 GNSS 模块、 IMU 模块融入到自己的域控制器中。随着域控制器技术的成熟和电子电气架构的演进,高 阶自动驾驶域控制器集成高精度定位单元或将成为主流方案之一。 在产品功能维度上,高精度定位系统将不只局限于定位,而是与感知信息融合。例如地 图定位盒子 HD-MAPBOX 就是与摄像头、激光雷达、高精度地图数据进行融合的产品,可 以实现集成度很高的多功能融合,对汽车电子电器架构适应度很高,可以支持分布式、中央 集中式多样的架构,并且可以做到在不同平台、架构、车型之间快速迁移。

(2)分立优势:据导远电子,在产品形态上,短期而言,相较于集中到域控的方式, 高精度定位系统更适宜以独立的模块存在。本质上的原因是高精度定位系统的器件不同于一般的传感器或电子器件,这个高精密的器件的性能高效发挥对应力、温度、振动的条件有很 高的要求,这对系统的设计、生产、组装、使用都提出了比较高的要求。

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4.重点公司分析

4.1 卫导起家的厂商:华测导航、北云科技等

卫导起家的厂商在 RTK 算法能力上具备较深储备,对卫星高精度定位算法和数据应用 的理解较深,因此深度融合算法能力可能较强。此外,卫导厂商往往有能力进行高精度定位 芯片和板卡自研,卫导元器件自研和替代有利于降低成本。

(一)华测导航:获得头部车企定点放量在即

乘用车自动驾驶应用获车规标准认证。公司的多源融合定位解决方案具备行业领先的算 法优势,推出了北斗地基增强系统+GNSS/INS 组合导航系统,能够在各类遮挡环境下,提 供稳定、可靠的高精度位置结果。

特点一:已获得多家车企定点,预计 23 年开始放量

公司已经通过了 IATF16949 车规标准认证,可为车企、自动驾驶方案商提供端到端的 满足 ASIL-B 要求的车规级高精度定位解决方案,已经被指定为哪吒汽车、吉利路特斯、比 亚迪汽车、长城汽车的自动驾驶位置单元业务定点供应商。项目周期为 2021 年至 2026 年, 目前处于量产前的开发阶段,预计对公司短期业绩不会产生较大影响,上述车型量产后,每 年收入根据当年实际订单情况进行确认,对公司未来经营业绩具有一定的积极影响。

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特点二:GNSS 基带芯片有自研能力,自有地面增强系统

公司具备较完备的、以高精度 GNSS 芯片、板卡、模组、天线等基础器件为主的高精 度定位芯片技术平台。已经研发出高精度 GNSS 基带芯片“璇玑”、多款高精度 GNSS 板卡、 模组、天线等基础器件。 未来,公司将积极布局车规级 GNSS SOC 芯片、高精度车规级 IMU 芯片、全球 SWAS 广域增强系统及持续投入优化核心算法。

(二)北云科技:自研芯片,具备贴片式模块能力

公司于 2013 年成立于湖南长沙,公司专注于研发高精度卫星导航核心部件,形成以芯 片与算法为核心的高精度板卡、高精度接收机和组合导航系统等产品,为智能汽车、自动 驾驶、驾考驾培、机器人、精准农业、工程机械、轨道交通等领域提供高精度定位与导航。

特点一:在驾考场景有落地经验,产品批量出货

北云科技于 2018 年与驾考龙头多伦科技签署战略合作协议,全面替换国外同类产品。 目前在全国 30 余个省市 400 多个城市的上千个驾考场地中,每天有数万台北云产品运行 在全国各地,为各个城市的驾考系统提供可信的厘米级定位。北云科技以此在车载驾考领 域形成了历经数个冬夏的,横跨大江南北的,十万量级的大规模验证,针对车载应用场景 进行了大量工程优化,拥有大量实测数据训练算法。

截至 2021 年 5 月,北云科技的产品已出口至全球 30 多个国家。其中,在智能汽车后 装市场的组合导航出货量已经超过 1 万套,主要应用在了自动驾驶测试车、无人扫地车、 自动驾驶重卡等车型上。(报告来源:未来智库)

特点二:自研芯片,支持深耦合

北云科技在高精度定位、多源融合定位等领域已拥有了较深厚的技术积累与不凡的创 新能力。北云科技通过对关键芯片和器件的自主研发,以及大规模的测试与应用,逐步建 立起了独树一帜的技术优势、成本优势与应用优势。

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特点三:通过车规级认证,具备自动化生产能力

北云科技导入了 ISO26262、ASPICE、AECQ 认证,基于自研芯片的高精度组合导航 定位产品已通过了德国莱茵 IATF16949 车规级认证、CE 认证、FCC 认证、RoHS 认证和 德国 SGS 全方面的测试认证等。

(三)天宝:提供一站式高精度定位解决方案

天宝汽车事业部提供包含硬件(Bison 定位模组),算法软件(TAPP 定位软件)以及 RTX 增强服务的量产车规级一站式高精度定位解决方案。公司为输出的位置、速度负责, 从而避免了主机厂需要找不同厂家进行组合,到最后权责不清的问题。 此外天宝推出了基于地图的定位技术 MBL,通过激光 SLAM 技术构成底图,再通过点 云匹配地图定位。

(四)U-Blox:定位接收机产品出货量大,芯片板卡级产品能力强

U-Blox 以 GPS 起家,总部在瑞士。在车载领域,公司认为 PPP-RTK 是比较适合车载 的 SSR 服务。针对这一技术推出了 NEO-D9S 的接收机,它能够接收到 L-band 卫星信号, 根据不同的参数配置可以接收不同频段的信号,同时尺寸较小,功耗较低,比较适合大规 模的市场应用。 在 2019 年,西门子公司已成功将 U-blox ZED-F9K 高精度定位模块集成应用于丰田 普锐斯 V2X(vehicle-to-everything)测试车队中。

(五)意法半导体:车规级卫星导航芯片先行者

推出汽车卫星导航芯片 STA8135GA,可提供高级驾驶系统所需的高质量位置数据。 STA8135GA 属于意法半导体的 Teseo V 系列,是第一款通过汽车认证的 GNSS(全球导 航卫星系统)接收器,除了标准的多波段位置-速度-时间(PVT)外,还集成了片上三波段 定位测量引擎和航位推算。STA8135GA 接收器采用紧凑且便捷封装,可助力驾驶辅助系 统对前方道路做出准确决策。其多星座接收器可为主机系统提供原始信息,以运行精确定 位算法,例如 PPP/RTK(精确点定位/实时运动)。STA8135GA 还可增强仪表板导航系统、 远程信息处理设备、智能天线和 V2X 通信系统以及航海导航系统、无人机和其他车辆的性 能。

4.2 惯导起家的厂商:导远电子、星网宇达、华依科技

由于惯导在车上可作为独立模块存在,惯导起家的部分厂商储备较早,如导远电子在乘 用车自动驾驶领域较为专注。同时,和卫导技术领先的厂商一样,该类厂商也在进行惯导元 器件自研,但难度较大。

(一)导远电子:专注乘用车自动驾驶,已批量出货

导远电子 2014 年成立,专注于为自动驾驶等领域提供高精度融合定位解决方案,公司 聚焦于高精度惯性器件和组合定位算法技术。

特点一:惯性定位起家,专注自动驾驶高精度定位,通过车规认证

公司在 2018 年就实现了将高精度组合惯导技术在乘用车上的前装量产,并在 2021 年 通过了 ISO 26262 汽车功能安全的认证,在功能安全、软硬件设计、支持过程和完好性分 析方面具有完善的开发流程。

特点二:具备批量出货经验,定点车企较多

公司在高精度惯性传感器器件、多元融合算法有深度的布局,具备从惯性器件、模组 到总成的大批量交付能力。目前导远高精度定位系统已经应用于超过 15 万辆量产的自 动驾驶汽车。截至目前,累计安全行驶里程已超过 1000 万公里。

(二)星网宇达:专注惯性技术研究,组合导航产品已商用

公司组合导航产品用于测量运载体的位置、速度、姿态、角速度、加速度等信息,公 司将北斗和惯性技术相结合,形成了多传感器融合的组合导航模式,产品具有更高的可靠 性、自主性和抗干扰能力,广泛应用于车载、船载、机载、弹载等领域。

在无人驾驶方面,公司产品销量持续上升,重点客户实现了批量供货,主要包括美团 无人配送车、萝卜快跑无人出租车和百度阿波龙无人巴士车等。轨道检测方面,随着铁总 工电部发布的《运营普速铁路轨道精测精捣指导意见》,普速铁路精测将进入惯性加卫星 定位技术时代。公司抓住机会,与相关单位达成了战略合作,共同进行产品开发和应用推 广,参与制定了《铁路轨道惯性测量仪暂行技术条件》,轨道检查仪整车销售获得实质性 突破。航空载体方面,无人飞行器相关配套进一步拓宽,除为公司无人靶机配套外,还应 用于腾盾、长鹰等长航时无人机。弹载应用方面,多种类型弹载应用通过了试验验证,市 场空间进一步扩大。此外,公司研制了微型双轴光纤陀螺、光纤惯导/航姿标定设备等新产 品,产品批量用于运动控制领域,具有较高的性价比和竞争力。

(三)华依科技:汽车行业积累较深,开始进入导航组合定位领域

华依科技主要从事汽车动力总成智能测试设备的研发、设计、制造、销售及提供相关 测试服务。公司优势在于专注服务于汽车领域知名客户,与主流整车厂和 Tier1 有较为广 泛的合作关系。 华依科技 INS4050 是一款基于 MEMS 惯性导航技术、融合卫星导航(支持 RTK)和 车辆信息 (轮速、档位等)、满足车规级标准设计和制造的高性能组合导航定位产品。 其 具备在各种场景下(高速路、地库、高架桥、隧道、城市街道、港口等)通过数据总线向 车辆提供准确姿态、航向、位置、速度和传感器数据等信息的能力。该产品采用良好的人 机设计,硬件(连接器)接口采用防错设计,便于用户生产、科研调试。

4.3 定位服务商:千寻位置、六分科技

定位服务商依托较为完备的地基网络增强系统,能够提供通用的卫星定位服务,往往 以软件服务商的角色通过年费等订阅制的形式进行收费。

(一)千寻位置:头部高精度定位服务商,广泛生态合作

千寻位置于 2015 年 8 月正式成立,提供厘米级定位、毫米级感知、纳秒级授时服务, 是数字时代时空智能基础设施。2019 年 10 月,完成 A 轮 10 亿元人民币融资,估值超 130 亿元人民币。依托阿里集团和中国兵器工业集团,公司发展迅速。据千寻官网,2022 年千 寻位置北斗高精度服务月调用次数破千亿。千寻将重点投入星地一体全球化服务、完好性、 全系统全频点、全场景的定位算法,以及全生态的适配。

汽车智能化的从0到1,高精度定位全景结构

特点一:推出针对性 FindAUTO 服务,定位指标较优

FindAUTO 是千寻位置专为汽车行业打造的定位引擎+差分改正服务,通过集成在车 载终端的定位引擎 FindAUTO Client,结合千寻云端播发的差分改正数服务 FindAUTO Service,可输出实时可靠的高精度位置、速度、时间、姿态等信息,符合/满足汽车行业标 准。2021 年,千寻位置还首创“汽车高精度定位工业化体系”,明确了汽车高精度定位工 业化的方案内容、产品性能、服务流程和标准,为海量智能驾驶终端快速、高效搭载北斗 高精度定位铺平了道路。

特点二:软硬一体高适配性,合作案例丰富

千寻位置作为头部定位服务商,其服务能够与多品牌硬件高度适配,对车企而言是一 个普适性轻量级的高精度定位解决方案。据千寻官网,目前可配套的硬件组合方案较为完 备,如 GNSS 高精定位芯片供应商有高通、Ublox、ST 等,IMU 惯性测量器件有博世、ST 等。对车企而言只需配备 GNSS 芯片/模组及 4G 网络,千寻即可提供相应定位服务。

(二)六分科技:协同依托四维图新“MaaS”业务,加深高精度定位布局

六分科技于 2018 年孵化自四维图新,是腾讯产业生态的一员,依托于中国电信和中网 投,携手洪鑫源、安徽语音基金、赛星、南方工业、北斗通等行业领军企业,专注于提供 高精度定位产品服务。

特点一:或受益四维图新地图相关业务的协同

六分科技为四维图新子公司,2021 年六分科技营业收入为 2290 万元,净利润为-1.21 亿元。四维图新基于近 20 年积累的地图数据底座优势和云端一体化服务能力,面向智能出 行、智能驾驶、智慧城市应用需求,提供定制化、场景化 MaaS 解决方案,已成为一汽大众、上汽大众、大众 Global 等重要战略客户的供应商,服务内容包括电子地图数据、在 线服务、NDS 编译等。

特点二:乘用车和商用车领域均有布局

在乘用车领域,威马 M7 是六分科技首个正式对外公布的智能驾驶乘用车合作车型。 六分科技为 2022 年即将量产交付的威马 M7 提供实时厘米级的高精度定位服务。基于六 分车规级的服务,威马 M7 将可实现诸如高速领航、城市智能辅助驾驶、车道级导航等多 种高级辅助智能驾驶能力,提升行车安全和驾乘体验。(报告来源:未来智库)

汽车智能化的从0到1,高精度定位全景结构

4.4 通信和定位模组厂商:移远通信等

车载无线通讯模块与 GNSS 高精度定位集成在一起正成为一种趋势,我们认为该种形 式对服务车企定制化需求的响应能力较弱,但能够较广泛应用在低精度(亚米级)定位中, 产品性价比较高。 移远通信:移远通信与高通、千寻位置合作推出了多款支持高精定位的车规级通信模 组,基于高通 3D 航位推测技术,并内置千寻位置高精度定位服务。如 5G&C-V2X 车规级 模组 AG55xQ 系列,内置多星座 GNSS(GPS/GLONASS/BeiDou/Galileo/QZSS)接收 机,可根据应用需求支持双频 GNSS、高精度 RTK/PPE 以及 GNSS/QDR 组合导航解算。(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)