谈全球卫星导航系统的大众市场发展趋势

全球卫星导航系统（以下简称：GNSS）很多人并不陌生，现在几乎每个人都随身携带着一个“空间接收机”，并借助卫星出行、玩耍和工作，GNSS已经成为一项泛在技术。在全球卫星导航系统中，GPS最为大家所熟知。而事实上，全球有四大导航系统，分别是我国的北斗导航、美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）系统和欧盟的伽利略（Galileo）卫星导航系统。作为一种先进的GNSS，伽利略处于从双频和多频向更高精度的转变这一变革的前沿。

一、产业格局

1、GNSS应用主要细分领域

GNSS应用中基于位置的服务（LBS）仍然在大众市场中扮演着主要角色。客户要求他们的智能手机、平板电脑、跟踪设备、数码相机、便携式计算机、健身器材和其它设备能够使用GNSS定位。随着关于定位、速度和时间信息的发展推动了一系列情景感知应用的增长，GNSS将成为从物联网到增强现实及自主车辆等各种应用的重要推动因素。

考虑到新技术的引入速度， 人工智能、实施定制生态系统、超流动性（如与数字医疗平台相连的医疗级移动设备）、责任分担（如对做出的决定负责）等领域功能需求的发展在未来可期。

同时，为了在现有的LBS设备中实现所需性能，经常采用其它技术来对GNSS加以补充，包括从下列各项内容派生而来的辅助数据：蜂窝网络定位；无线局域网（Wireless Local Area Network, WLAN）；无线个人局域网（Wireless Personal Area Network, WPAN）；低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）；射频识别技术（RFID）；超宽带（Ultra-Wide Band, UWB）；MEMS陀螺仪与加速度计。

另外，为满足用户期望应用的不同性能水平要求，制造商们在实现硬件生产的规模经济的基础上，转向以不同的方式组合他们的芯片，并在固件/软件级别使用不同技术来优化性能。

2、市场分布

虽然使用智能手机的个人定位信标（LBS）是目前大众市场中应用最多且仍在持续增长的领域，但是现在一些如汽车、可穿戴设备和物联网等新领域已经发展起来。而在企业应用、社交网络、体育和游戏以及快速发展的消费级无人机等新兴领域市场的应用同时也在影响着技术的发展。如在无人机技术演进过程中，智能手机芯片组的普遍存在对消费级无人机的指数增长起到了支持作用。

LBS GNSS市场的主要参与者是组件制造商、设备整合商和供应商、服务和内容提供商、以及应用程序开发者/零售商和商店。大众市场的显著特征是不同领域制造商的相对集中。高通（Qualcomm）、博通（Broadcom）和联发科（Mediatek）在智能手机市场占据无可争议的主导地位，它们还覆盖了解决方案中略有不同的部分，其中高通或联发科在整合移动连接和GNSS方面占主导地位，而博通则专注于GNSS传感集线器。而GNSS物联网模块由高通、英特尔和u-blox等“已确立地位的接收机制造商” 以及移远通信（Quectel）和芯讯通（SIMcom）等专注于模块制造的公司制造，u-blox和意法半导体（STMicroelectronics）则是汽车和物联网领域的焦点企业。除高通、博通、联发科和u-blox等企业外，索尼半导体解决方案公司是可穿戴设备领域的新秀，其以超低功耗解决方案进入市场；英特尔继续在笔记本电脑领域占据领先地位，并正在进入智能手机和物联网领域。

从地理位置分布来看，非欧盟国家在大众市场中占据主导地位。北美洲的公司在芯片组市场中处于领先地位，亚洲公司则在手机收入方面处于领先地位。

二、大众市场发展趋势分析

1、接收机能力发展趋势

近年来，大众市场接收机发展迅速。截至 2018 年，多星座已经成为一种标准，并且多频芯片组可用于批量生产，以面向大众市场。这就导致优质芯片组（产品可按性能进行区分）与低成本芯片组（成本和功耗占主导地位）之间形成了鸿沟。当前， LBS设备主要还是支持E1/L1频率与多星座，但双频接收机已投入市场。 随着自动驾驶车辆的上市，GNSS能力成为关键任务能力，新一代芯片组将进一步发展以满足ISO 26262、ASIL的安全要求。

在过去，可通过星座支持来区分低成本和高端LBS接收机；而现在则是通过频率来区分。 最新一代的接收机中已有部分具有L1/E1和L5/E5a能力，它们的目标市场是提供诸如增强现实之类应用的高端智能手机。

物联网接收机 目前大多具备多星座能力，但可以对其进行选择性处理以节省电力。目前， 节能运行模式持续发展提供了更低的灵敏度和更新率，再加上SBAS跟踪的禁用，显著降低了功耗。

无人机接收机 通常作为结合了MEMS加速度计/陀螺仪以及其它功能的模块提供给无人机制造商。它与LBS接收机具有相同特征，典型的接收机将提供多星座解决方案。消费级无人机的任务时间受到推进力的限制，这意味着GNSS模块的功耗比LBS模块更低。

汽车接收机 比其它大众市场芯片组受功耗的限制更少。它们不会因占空比而牺牲灵敏度，能够跟踪天空中包括SBAS在内的所有卫星，并且也开始采用多频。

2、大众市场发展趋势

（1）双频进入大容量接收机，可满足消费者对精度的需求

用户对于更严格的水平和垂直精度的需求已经促使精度要求从米到提升到分米级。要实现高精度，就需要具有模糊度解算的载波相位定位。在城市环境中，也需要多星座来获得精确的解（以便提供良好的精度因子、故障检测和消除（FDE）残差，以及足够的无多路径检测）。在2017年和2018年，制造商推出了面向大众市场的多频接收机。这打开了高精度技术的大门，使得大容量接收机可能达到分米级精度。

（2）开放原始测量数据访问为应用开发人员和用户开启新的可能

谷歌（Google）在安卓牛轧糖（Android Nougat）上发布了GNSS原始数据， 并在2016年发布了更高版本。自此，第三方开发人员就可以访问载波与代码测量数据，并在越来越多的消费级接收机中解码导航消息。这为使用先前仅限于专业接收机的高级GNSS处理技术打开了大门。一些应用领域将受益于可能的精度提升，例如增强现实、基于位置的广告、移动健康以及资产管理。

图1 GNSS安卓原始测量数据实现的主要创新领域

（3）增强现实受益于厘米级精度

尽管增强现实（Augmented Reality, AR）目前已可以可靠识别平坦表面，并且GNSS接收机的当前精度对于基本AR应用来说也已足够，但是更复杂的AR就需要成功地识别真实世界的对象，并且以最高的精度确定其位置。例如，在室内环境中，建筑计划可以提供关于建筑或公共设施元素的位置信息。一旦这些信息被此种方式识别，再结合来自诸如Wi-Fi和蓝牙等来源的位置信息，就可以建立准确的位置和视图。

位置精度的提升可以刺激建立在增强现实基础上的新概念的出现。例如，不仅可以访问特定位置中的内容，还可以在3D空间中绘制/创建内容。目前， 第一款基本的“按位置绘制”应用已经面世，预计这一趋势还会继续。

（4）无处不在的PNT和连通性使物联网成为可能

根据预测，到2022年，物联网将拥有290亿台设备，其中约180亿与物联网有关，这是一个可以有所作为的巨大市场。虽然GNSS在物联网中的广泛使用传统上受到其较高的电池消耗和低功率网络的泛在可用性的阻碍，但是基于云的创新型GNSS接收机的发展可以扭转这一趋势。此外，PNT认证服务的可用性能够为物联网应用带来更多益处。

（5）安全问题日益受到关注

物联网技术的快速发展为各行各业提供了解决方案，为经济增长提供了新的商机。事实上，物联网设备可能需要中转敏感或受管制信息，使它们更容易受到欺骗攻击。对于诸如监视假释犯之类的执法应用，或者资产跟踪之类的商业应用，情况亦是如此。在这些应用中，PNT信息的安全性尤为重要，因为整个系统的安全性只与其最薄弱的环节一样强。在这方面，伽利略（OS-NMA和SAS）提供的认证服务或许颇有价值，因为它们可确保用户PNT信息来自空间中的信号，并且不会被篡改来获得不当利益。