电子产品世界

1 GNSS接收设备全球年出货量预计持续增长

提起户外定位，大家首先想到的就是GNSS（全球卫星导航系统），这是一种被普遍认可、广泛接受的追踪定位技术，可以对人员、动物、资产、车辆等进行追踪定位，这些设备为人们的安全出行、工作和生活带来极大便利。

随着可穿戴设备和物联网的兴起，也成为GNSS设备最重要的市场增量之一。据IDC今年3月发布的中国可穿戴市场报告，2019年中国可穿戴市场在腕带式产品上均得到了突破性的发展，成人手表市场出货量突破1000万，同比增长58.2%，创3年来最高增速。未来，各厂商将在主打运动健康类的细分手表市场上纷纷跟进，以兼具良好体验和亲民价格的产品进一步挖掘市场潜力。同时，具有应用拓展功能的智能手表市场也在保持稳定增长。2020年，受疫情影响，中国可穿戴市场全年预计增长18.6%。

在技术上，针对可穿戴设备市场的高端设备，多星座多频GNSS技术是最有价值的技术之一，可以为客户提供更精准的定位和导航信息。另外，还面临着欺骗和干扰问题，因为GNSS信号来自太空，尽管精准又无所不在，但是因为卫星太远，信号非常脆弱，容易受到恶意干扰。尽管如此，GNSS上游企业不断研发新技术，使GNSS有更多的应用。

例如GNSS的开路先锋u-blox公司，2016年就推出了专为资产追踪应用所设计的小型GNSS接收器——EVA-M8Q，特点是灵敏度高，可同时接收三大GNSS卫星信号，可将终端系统与其天线轻松掩藏在车辆或其他需追踪的高价值资产中。

随着GNSS系统的成熟，u-blox又推出了可同时接受四大GNSS卫星信号的芯片和模组u-blox M10，且专门面向可穿戴和资产追踪市场。那么，这些市场需要什么样的GNSS定位芯片？为此，电子产品世界记者访问了该公司中国区资深市场经理梅景浩先生。

1   穿戴设备和资产追踪的定位痛点

1）穿戴设备

典型产品如智能手表，由于电池小、体积小，所以需要元器件有极低的功耗，且紧凑、小体积；另外天线也不能做得很大，只能在表盘周围放一圈小天线，此外，由于天线还会受到人体和衣物的遮挡，所以必须要针对小型天线的弱信号场景做优化；再有，因为是在运动场景，对于动态，例如跑步时的配速有较高的要求，所以对动态的精度要求也很高。

 对于宠物追踪、儿童追踪及老人跟踪器，可能1分钟或几分钟给出一个位置，同样需要便携、低功耗，同时应对天线信号不佳的挑战。

2)资产追踪

在工业市场，例如集装箱、车辆、冷链产品等的追踪，需要具有GNSS的定位功能,但通常采用电池驱动。因此对GNSS硬件的要求是功耗低，同时也要符合经济性的要求，即性价比高。

许多物流货物跟踪器1天只需要上报1个位置，甚至几天上报一个位置，但是要在比较长的时间内使用电池工作。例如火车或轮船上的集装箱，可能要能持续工作120天甚至更高的时间。这些设备的电池较大，但是也需要低功耗，因为它们的使用时间很长。

还有汽车追踪器，与汽车导航不同，它通常是安装在特殊的位置，天线很少暴露出来，所以天线信号也不好，而且动态要求也很高——有的应用要求能在高速下精确追踪位置，更新速率要高达10 Hz（如下表）。

部分穿戴设备和资产追踪的信号采集频次

2 u-blox M10平台的亮点

u-blox的第10代GNSS产品u-blox M10可以满足上述应用需求： 能同时跟踪多达4个 GNSS 星座的卫星信号，在深度城市峡谷等充满挑战性的环境中也轻松实现精准定位。该接收机采用的 Super-S 技术有助于将定位信号与背景噪声区分开，即使在卫星信号较弱的情况下也可以捕获定位数据。其射频灵敏度高，可配合小型天线使用，因此是紧凑型产品设计的理想之选。

在低功耗方面，u-blox M10 在连续跟踪模式下的功耗为12mW，是前代米级GNSS定位芯片EVA-M8Q的1/5，同时将芯片尺寸缩小了35%，因此非常适用于电池供电型应用。

封装尺寸方面：u-blox M10有3种封装尺寸（如下图）。其中，首批产品是 MAX- M10S GNSS 模块 和 UBX-M10050 GNSS 芯片组 ，芯片组尺寸只有4×4 mm2，比上一代芯片u-blox M8 减小了35%；模块的特点是易于集成，无需外部元器件，连接天线和电源即可使用。这些产品将于2020年11月开始提供工程样片。接下来的2021年，公司将发布类似于ZOE的封装产品，是高度集成的模块，但只有芯片大小。

３ u-blox M10中的黑科技

●   为何支持4星座

相对于上一代u-blox产品M8推出的时代而言，现在GNSS已经非常成熟了，北斗三代也于2020年也进入商业运营，伽利略也很快会加入商业运营，所以此次发布的新产品支持了GPS， 北斗， 格洛纳斯和伽利略4星座系统。4个星座系统带来了性能提升，M10的静态定位精度从前代的2.5米提升到2米。另外，北斗的SBAS（星基增强系统）也发展很快，预计在2020年底正式运营，有了SBAS这样的辅助信息以后，M10可以做到1.5米的定位精度。

因为u-blox支持4个星系的卫星，卫星数量比较多，所以在一些卫星容易受到遮挡的地方或城市峡谷等挑战性的环境下，u-blox M10的精度实测下来会比M8有较大的提升。

●   为何功耗能降低

首先，M10工艺比上一代有提升（如下图）。另一方面，在算法上面做了一些优化，包括软件和硬件的架构和算法都做了优化。再有，u-blox M10有一个专门的Super-E模式，用了一些特殊的机制来节省了整体芯片的功耗，还可以通过对系统外围的器件进行优化，以节省整个系统的功耗。

●   增加了定位可信度报告

u-blox M10增加了新功能——定位可信度报告。一般地，GNSS会输出位置信息，但这个位置信息到底准不准，尤其在复杂的城市环境下，是很难确保的。在有的应用场景下， 比方说自动化机器中， 位置是否有偏差很重要，例如差了5米或10米，有可能就定位在了马路对面。为了应对这一场景， M10可输出位置的可信度，例如位置可信度如果报告4米，即表示实际的位置与当前上报位置的距离有95%的概率在4米以内，这样可以防止机器控制类应用的误操作。

●   Super-S技术

Super-S是针对弱信号场景做的优化。GNSS类产品的规格书中， 仅仅定义了开阔环境下的定位精度，但在用户的实际使用中有时并没有那么好的信号环境，在这种弱信号或小天线的情景下，Super-S技术可以提升可用性和定位精度（如下图）。

●   防止欺骗和干扰的机制

首先是抗干扰机制有所提升，M10的干扰检测器进行了升级，可以更加灵敏地检测噪声，并把它滤除掉。其次，u-blox M10也支持伽利略的专门防欺骗的机制OS-NMA，可对伽利略信号检测签名来抑制欺骗攻击。

图 运动型手表是GNSS的典型应用场景之一

4 多种定位技术融合，满足差异化高精度定位需求

市面上还有一些其他的定位技术，例如利用4G蜂窝技术的eSIM卡、UWB、Wi-Fi、蓝牙等，和GNSS是相互融合的解决方案。

GNSS的优势是在室外环境下可以精确地定位，但是在室内环境下，要联合室内定位做辅助。。

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