AyiaKolumbuX── 车机亚米级组合导航一体机

杭大名，孟庆季

（深圳市华颖泰科电子技术有限公司，518055）

卫星导航已给人们的生活带来极大便利，汽车导航仪、手机导航软件无不给人们的出行带来很多帮助。随着我国自主北斗（BD）卫星导航产业发展，未来会有更多卫星导航产品服务于人们的生活。但是，目前消费类终端的卫星导航产品在精度和可用性上存在很多不足，例如定位精度较低、环境影响大（易受遮挡/干扰）。尤其在城市高楼林立的路上，车载导航仪很有可能出现严重的定位错误，高架桥下和立交桥路口等严苛环境下导航软件往往无能为力，这些缺陷在我国目前的消费类市场尚可以被人们勉强接受（发达国家车载导航仪已经多具备组合导航功能），但这些性能缺陷使得现有车载导航模块无法满足智能交通领域等高端领域的要求，车机亚米级导航产品正服务于此类需求。

车机亚米级定位，解决行业难题

车机亚米级导航指实现车辆定位精度1m以内的导航定位技术和产品。产品不但要求精度上实现亚米级定位，更要求在高楼林立城市峡谷、高架桥下、道路隧道等处均实现稳定无缝的导航定位。

我国北斗卫星产业蓬勃发展，随着各地CORS系统的建立（14年底，国内超过100个城市完成北斗CORS系统建立），在车机领域实现亚米级差分导航定位将是产业的趋势，同时也只有实现了亚米级的车辆定位才能解决特种车辆监控、智能交通及驾校培训等的定位需求。目前，一般卫星导航模块定位精度为5～10m，这样的定位精度附加地图信息后可以满足日常生活的基本导航需求，但精度限制，无法区分车辆行驶车道、车辆路口位置，而准确位置信息（小于1m）正是很多车辆的监控的必然需求，如公交车对停靠站位置及行驶路线进行监控管理、智能交通公交优先的路口控制、驾校车辆的计时培训等。

卫星信号易被干扰，城市高楼、高架路和立交桥越来越多，车辆行驶中卫星信号受到遮挡、反射和干扰，卫星导航会无法定位或精度很差。在大部分领域，车辆导航对可用性、稳定性要求甚至高于对精度要求，在城市路况下实现持续、稳定、无缝的导航定位，是车机亚米级导航定位产品的根本性能要求。融合惯导卫星导航的组合导航技术是实现城市路况下车辆持续、无缝导航定位的重要手段。

在日益增高的城市峡谷中，实现稳定无缝的亚米级导航定位将大幅释放智能交通领域的诸多需求。

亚米级导航定位关键技术

实现车机亚米级导航定位须要融合测量型GNSS天线、差分卫星接收机及惯性组合导航等几个核心技术。

（1）首先系统须使用测量型GNSS天线。传统贴片式的导航型天线虽然成本较低，但是其在相位中心准确性、抗多路径干扰和频率带宽上均有很大局限。在对比测试中，车载导航型天线（匹配亚米级接收机）在楼宇密集等多径干扰较大的区域，其天线造成的位置误差在3～5m，所以利用传统导航型天线无法实现稳定的亚米级定位。高精度GNSS天线在实现原理上区别于导航型天线，传统应用于测绘一体机及高精度手持机，具有相位中心稳定、单位增益高、方向波束宽、频率带宽宽的特点，可以确保卫星信号的接收并大幅抑制多路径干扰，是保证车辆实现亚米级定位的关键部件。另外，随着技术的发展，高精度测量型天线的价格已经大幅下降，完全具备大规模应用的条件。

（2）低成本差分接收机板卡。支持BDGPSGLONASS三系统的低成本差分接收机是系统的核心部件。由于城市道路环境高楼林立，遍布高架路、立交桥，遮挡均十分严重，多系统的支持可以最大限度地保证可用卫星数量，提升定位精度和定位稳定性。同时区别于测绘测量等专业领域，智能交通领域市场规模大，需要成本相对低廉的导航定位产品。目前市场上的亚米级差分接收机板卡价格在千元以上，这显然是制约产品推广的重要因素。

（3）惯性、卫星组合导航系统。卫星、惯性组合导航系统是系统定位稳定性的根本保证。一方面在城市高楼峡谷、高架桥下及隧洞中，卫星信号被全部遮挡无法完成定位时，导航定位自动工作在惯性导航模式下，持续输出车辆的位置。另一方面，由于惯性导航的引入，可以自动隔离由于多路径和信号干扰造成的卫星导航错误定位结果，使得高精度定位输出更稳定、准确。例如，在上海市中心城区，单纯的差分接收机板卡的有效定位时间约为70%，而组合导航情况下，有效定位比例大于95%。

AyiaKolumbuX亚米级组合导航一体机

华颖泰科针对智能交通等领域推出亚米级车机导航产品—— AyiaKolumbuX亚米级组合导航一体机。产品深度融合高精度测量型天线、卫星导航接收机和惯性导航三个核心技术，可以完成车辆在城市复杂环境稳定、无缝的亚米级导航定位。产品为高度集成的一体化导航定位产品，极大地方便了相应客户的使用，其具有以下特点：

⊙ 全面支持北斗+GPS+GLONASS三系统，更加稳定的卫星导航性能。

⊙ 亚米级差分定位，全面提升定位精度。

⊙ 集成惯性传感器与惯性导航算法，实现惯导卫星组合导航，提升在城市复杂路况下的产品稳定性，并且实现隧道、地下车库等环境下的持续定位，并提供车辆三维姿态、速度、加速度、角速率等全运动信息。

⊙ 一体化集成产品形态，方便用户使用。

⊙ 高度集成创新、大幅降低成本，使得亚米级产品在智能交通领域的应用成为可能。

图1 组合导航一体机系统框图

通过大量的测试试验，AyiaKolumbuX稳定实现了城市复杂环境下的亚米级导航定位。以产品在上海测试数据为例，图2为测试车在上海陆家嘴及外滩附近的测试轨迹，KolumbuX惯性组合导航模块大幅提升了测试车导航定位的可用性（隧道内、高架桥遮挡等均实现稳定定位），使得产品在延安路隧道及城市高架路下均实现了稳定的高精度导航定位。图3为跑车对比系统采用某公司的接收机，虽然在卫星信号良好的区域虽然实现了厘米级的导航定位，但是在地下隧道、高架/楼宇遮挡、复杂多径干扰下，其导航输出并不稳定。

图2 AyiaKolumbuX组合导航一体机跑车测试图

图3 某公司接收机参考系统跑车测试图

图4 KolumbuX精确区分车道

图5 KolumbuX跑车动态定位精度测试

KolumbuX在负责的城市道路环境下，具有定位精度高和稳定两个技术优势。图4可以看出，KolumbuX的亚米级定位可以实现车道的区分，这是校车等特殊车辆监控管理的必然要求。图5的测试统计结果体现了跑车情况下导航精度，KolumboX系统在99%的置信区间内，实现位置精度1.07m。

亚米级接收系统市场需求分析

北斗导航定位将成为我国智能交通系统中重要的交通信息采集手段，车机亚米级导航产品将更准确、全面地获取车辆的运动信息，利用KolumbuX亚米级组合导航一体机完成车辆运动信息采集，将为智能交通系统提供更为准确丰富的原始数据来源。

公交车的信息化管理对城市公交发展至关重要，也直接影响人们的出行。目前，由于卫星定位精度较低，无法监督管理是否规范公交车进站，采用RFID虽然精度可以，但需要附加系统，并且布点繁多、成本高。如果在公交车上安装亚米级导航定位产品，可以一体化实现公交车运行轨迹全程亚米级监控。

亚米级导航定位产品是公交优先智能交通系统的重要组成部分，实现公交优先路口智能调节，公交车实时、准确位置信息是系统调节控制的前提和根本保障。

驾校智能培训中，亚米级导航定位可以准确记录培训时间，全面记录驾培车辆运动信息，评估评判学习效果。对于两客一危等特种运输车辆，实现亚米级监控可以更准确监控车辆在高速路、城市路面的驾驶情况（可分清车道），避免危险驾驶行为。对于运钞车、机场摆渡车、港口、矿山车辆等监控等级较高的车辆，准确、可靠、无缝的亚米级定位将更好的满足其监控需求。■