北斗终端与室内外定位方案Word文档下载推荐.docx
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主要研制和示范应用内容(300字以内)
本项目通过技术创新,改变现有高成本SOC北斗多模芯片方案,开发65纳米工艺的OTraCk-32A,使国内北斗芯片工艺又前进了一代,其创新的HOSt-BeSe芯片架构,大幅降低芯片成木,与无线通信融合设计,实现北斗手持终端设计突破;
采用WiFi室内定位技术为主、自主创新北斗信号发射装置BDlD为辅方式,构建室内外无缝定位服务平台,集成北斗伪距差分高精度定位、低成本DR组合导航等先进技术,充分体现北斗“高端低用”策略。
本项目在我国加速行业信息化背景下,立足行业对位置服务、多媒体通信、集群调度等巨大需求,通过在铁路领域应用,提升运营的协同工作、快速反应和现场控制能力,将扩展到机场、地铁、码头、高速公路等交通领域及公安、城管、电力、油田等行业,结合室内外无缝定位服务,形成数十亿元产业规模。
技术先进性及主要性能指标(300字以内)
创新的芯片架构:
基丁∙HOSt-BaSe架构、65纳米匸艺的OTraCk-32A,填补了空白,代表国内北斗芯片工艺先进水平,满足手持终端低成本、低功耗、小尺寸设计要求。
采用先进技术:
北斗兼容伪距差分高精度定位技术;
导航和低成本DR系统融合技术;
卫星导航与无线通信深度融合技术;
WiFi室内定位技术;
BDlD室内定位技术;
多媒体协同通信技术。
手持终端提供导航、定位、语音、集群、视频、宽带等功能。
性能指标:
室外:
水平位置精度5米(CEP),垂直位置精度10米(CEP);
室内:
水平位置精度5米,高层位置精度2米;
伪距差分精度:
0.8米(CEP);
速度精度:
0.1米/秒;
IPPS输出:
±
50纳秒;
重捕获时间:
V秒;
热启动时间:
Vl秒;
温启动时间:
<30秒;
冷启动时间:
<35
o
主要技术方案
(200字以内)
所采用65纳米、HOSt-BaSe架构的导航芯片,仅负责基带信号跟踪捕获处理,而定位解算以及相关的辅助处理均输出到终端AP应用处理器中进行,因此导航芯片中可省略DSP、FLASH电路,形成低成本、高性能的终端导航解决方案;
室内定位以WiFi作为主,设计WiFi导航电文、传播模型及定位算法,来提高定位精度。
BDlD作为补充手段,采用简易伪卫星原理,在室内发射北斗卫星信号,现有北斗导航设备不改变硬件,进入室内后接收BDlD信号,继续定位。
无需时间同步,安装简单。
项目研制基础
东方联星为中国兵器工业集团控股,核心团队有七年美国硅谷GPS、八年国内北斗的研发经验;
2004年以来量产4款卫星导航芯片,基于这此芯片开发9大类60余款产品;
承担国家北斗重大专项等20多项课题。
易程股份在铁道部-清华大学部校合作框架下成立,作为中国领先的交通智能客服系统和服务提供商,己完成近300个高铁车站的客运服务系统建设。
芯片开发将在现有OTraCk-32芯片基础上、升级65纳米工艺完成,BDlD己实现原型机小批量验证,其它关键技术均有基础。
预期经济和
社会效益(200字以内)
项目合同金额7700万元,预算9000万元。
本项目让行业用户实现位置服务与集群调度、多媒体通信的智能化应用,特别是解决了调度指挥无法室内定位的瓶颈,提高行业信息化管理水平。
行业用户涉及到铁路、航空、水运、电力、油田、公共安全等国家命脉,北斗应用增加信息安全保障。
本项目提供了北斗与无线通信融合的理想方案,使北斗扩展到手持终端更广应用领域;
WiFi与BDlD室内定位技术实现,将产生位置服务新模式,提升北斗竞争力。
该项目综合效益及带动市场规模数十亿元。
经费测算
)000万元
一、项目研制背景9
(一)国内外发展现状15
(1)行业对位置服务通信调度需求现状15
(2)卫星导航国外产业现状16
(2)卫星导航国内产业现状20
(3)室内外无缝覆盖定位技术发展现状22
(二)项目研制意义25
28
二、项目研制内容28
(一)主要研制和示范应用
(1)项目研制目标28
(2)项目研制内容29
(3)项目应用示范内容33
(二)主要性能指标及先进性35
(1)主要性能指标35
(2)先进性41
三、项目研制方案44
(一)技术方案44
(1)北斗多模卫星导航芯片OTraCk-32A技术方案44
(2)项目终端技术方案49
(3)室内外无缝定位系统技术方案61
(4)多媒体协同通信调度系统技术方案69
(二)关键
技术及解决途径78
(三)项目研制基础86
(1)研制方北京东方联星科技有限公司介绍86
(2)应用方易程科技股份有限公司95
(3)项目研制相关基础104
(4)项目应用相关基础121
(四)研制进度及实施周期130
四、项目投资测算132
(一)编制依据132
(二)投资规模汇总分析表132
(三)资金来源及使用范围135
(四)年度投资计划136
五、项目组织实施方案139
(一)合作模式115
(二)项目分工144
(1)北京东方联星科技有限公司144
(2)易程科技股份有限公司145
(三)项目研制组织实施方案146
(四)项目应用组织实施方案153
(五)项目实施策略160
(六)项目保障措施161
(七)项目风险及对策163
(1)政策风险及其对策163
(2)技术风险及其对策164
(3)市场风险及其对策166
(4)知识产权风险及其对策167
(5)资金风险及其对策168
(6)合作风险及其对策169
六、项目推广应用的经济和社会效益170
(一)经济效益170
174
(二)社会效益172
七、有关附件
、项目研制背景
卫星导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一。
随着技术的进步和应用需求的增加,卫星导航以全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方而的强大功能,已涉足众多的应用领域,使卫星导航成为继蜂窝移动通信和互联网之后的全球第三个IT经济新增长点。
北斗卫星是中国的全球卫星导航系统(简称GNSS)O全球卫星导航系统的关键作用是提供时间/空间基准和所有与位置相关的实时动态信息,业已成为国家重大的空间和信息化基础设施,也成为体现现代化大国地位和国家综合国力的重要标志。
2012年22月27日,我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统启动区域性正式服务,由16颗导航卫星组成的北斗系统将服务包括我国及周边地区在内的亚太大部分地区。
2013年,我国北斗卫星导航产业迈入正式应用的元年,既是机遇也是挑战,面对国际和国内、系统和产业的双重压力,如何形成真正有特色的、具有市场需求的北斗卫星导航应用,是亟待解决的问题。
北斗卫星导航与无线通信的结合,是当今以及未来信息技术发展的必然趋势。
随着北斗卫星导航系统“三步走”部署的实施,基于北斗卫星导航与无线通信的融合服务作为最具活力的北斗卫星导航应用的领域之一,目前在终端设备研制尤其在产业化推进方面,主要存在以下有待突破的问题:
■用户数量与价格的问题。
北斗终端用户数量的制约,形成了北斗芯片及终端价格与用户数量之间的产业僵持局而;
■终端的产品形态问题。
现有的无线通信终端产品多为国外无线通信制式如GSM>
CDMA、WCDMA、CDMA2000等,已经形成与GPS的融合服务大规模应用的方案,北斗应用面临市场进入的高门槛。
■室内定位问题。
无法有效解决终端在室内定位问题,无法实现室外/室内无缝覆盖定位衔接,使位置服务局限在室外卫星导航信号覆盖区域,影响了终端位置服务使用范围及效果。
■用户体验的问题。
导航终端功能单一,基于位置服务内容单调,用户体验度差、粘合度低。
■产业推进模式的问题。
北斗卫星导航产业目前局限于专用、部分行业类用户,产业规模广度和深度都呈现乏力态势,在产业推进模式上还有待寻找新的入口。
针对上述北斗产业化瓶颈,本项目研制单位北京东方联星科技有限公司和应用单位易程科技股份有限公司,在我国加速工业和信息化融合、实现行业信息化背景下,将结合行业对位置服务、多媒体通信、集群调度等手持终端广大市场需求,与无线通信技术相融合,有效解决终端室内外无缝定位,使北斗卫星导航应用扩展到行业信息化的新领域,开展“北斗多模行业手持终端与室内外无缝定位服务平台研制与产业化”工作,本项目将形成以下方面重要突破:
北斗终端实现技术的突破。
现有终端BD/GPS导航定位功能主要通过模块方案来实现,模块主要由射频芯片和SoC芯片构成,SoC芯片中封装了基带处理器、DSP处理器、电源管理和存储器等功能,增加了芯片内核尺寸(DieSiZe),需要付出高昂的IP核知识产权使用费,提高芯片的封装测试费用,这是当前BD/GPS导航模块成本居高不下的主要原因,也导致模块体积和功耗大,无法实现手持式终端小型化设计。
本项目研制方东方联星通过技术创新手段,改变现有的高集成度的SOC北斗双模芯片方案,开发基于HOSt-BaSe架构的北斗多模卫星导航芯片解决方案,芯片将采用国内导航芯片领先水平的的65纳米工艺,大幅度降低方案成本,简化硬件资源,将低成本的北斗多模卫星导航基带芯片与终端AP应用处理器相结合,导航芯片负责基带信号跟踪捕获处理,而定位解算以及相关的辅助处理均输出到终端AP应用处理器中进行,即HosbBase依靠主机的方式来完成,使北斗多模卫星导航方案的成本能够与GPS系统不相上下,使北斗手持式终端小型化成为现实,将有力提升北斗多模终端市场竞争力,为下一步北斗大规模应用创造有利条件。
室内外无缝定位实现技术的突破。
考虑到行业手持终端在室内定位等方而应用问题,本项目将采取WiFi室内定位与自主创新的北斗信号
发射装置BDID(BeiDOUIdentifiCatiOn)技术相结合方式,实现室外/室内
连续无缝定位。
目前作为无线局域网有效手段WiFi在室内应用已经非常普及,本项目把既有WiFi作为室内定位的主要技术手段,将减少室内定位网络建设开支,为了提高WiFi室内定位效果及实用性,本项目将开展WiFi导航电文、室内传播模型及精确定位算法研究及应用。
另外,在某些WiFi没有覆盖室内区域或者行业手持终端所应用的重点作业区域,将把成本更低、定位时间更快的BDID作为有效的补充手段。
BDlD装置采用简易伪卫星原理,在室内发射北斗卫星信号,使现有北斗导航设备在不改变任何硬件的前提下,进入室内后接收BDID信号,继续定位。
BDID产品的尺寸小:
与一张名片大小相仿;
功耗低:
小于IOmw;
定位时间快:
小于100ms;
定位精度高:
水平5米、高程2米;
成本低:
不超过Ioo元。
很容易嵌入相应的信号发送地点,并且只需接通电源即可工作,无需时间同步,安装简单,便于大规模布控和应用,可以作为解决北斗卫星导航室内覆盖的有效补充手段。
北斗卫星导航应用形式的突破。
本项目应用方易程科技股份有限
公司在铁道部•清华大学部校合作框架下成立,该公司作为中国领先的
交通智能客服系统和服务提供商,全力支持交通行业软硬件产品和物联网应用产品的研发、生产和系统集成项目的实施工作,推动中国交通信息化建设和产业化事业。
易程股份已完成了京沪、京津、武广、郑西等25条客运专线、
近300个车站的客运服务系统建设。
通过产、学、研、用合作研发,
突破关键核心技术,研制具备自主知识产权、具有大规模产业化推广价值的产品。
持续不断地为行业提供成熟的技术与装备,提升我国客运服务系统竞争力,形成一个满足中国铁路发展需求的重大技术装备产业链。
本项目所开发北斗多模行业手持终端及室内外无缝定位服务平台,将形成一个集位置服务、语音集群、综合视频指挥、数据信息交互为一体的无线指挥调度系统,实现铁路车站全局的统一调度和统一指挥,最终提升铁路车站运营的决策分析能力,信息汇总能力,快速反应能力,协同工作能力和现场控制能力。
通过应用方易程股份现有市场渠道,本项目可以快速在铁路领域形成规模应用,同时可以向机场、地铁、港口、高速公路等交通领域以及公安、城管、电力、油田等行业推广,提高行业信息化管理水平。
本项目研制的室内外无缝定位解决方案,不仅能满足行业终端使用需求,同时也可以做为旅服平台有效补充,借助智能手机WiFi功能,为广大旅客提供进岀站、登乘指引,商品导购和在途信息交流等服务。
(1)行业对位置服务通信调度需求现状
现代化的铁路客站是旅客感受铁路高速便捷、舒适的窗口,也是中国铁路现代化的重要标志。
我国己建成北京南站、天津站、武汉站、广州南站、上海虹桥站等现代化铁路客站,根据《中国中长期铁路网规划》和目前的高速铁路建设进度,到2012年,我国1.3万公里的高速铁路线上建成804座现代化客站,总而积达2400万平方米。
其中,特大型客站有51座,总面积达945万平方米。
形成适应客流环境、便于组织客运、利于城市发展的现代化铁路客站体系。
无论是在功能、布局、造型、关键技术上,还是在服务、设施上,与以往的客站相比,现代化客站都有很大的创新和突破,普遍做到了功能完善、换乘便捷,己成为现代化的城市综合交通枢纽。
现代化的高速铁路客站是旅客感受高速铁路便捷、舒适的窗口,这些新建的现代化高铁客站建筑面积大、构造复杂、客流量也很密集,运营安全的压力逐步增大。
如北京南站49.92万平方米,42万平方米。
主站房建筑面积31万平方米,建筑地上两层,地下三层。
年运量超过1.5亿人次。
客运运营调度系统直接关系着运营安全,甚至可以比喻它为客运运营网络的中枢神经系统。
急需建立一个基于室内外定位位置服务、集广域语音集群、综合视频指挥、数据信息交互为一体的多网合一型综合多媒体无线指挥调度平台,配置大量具有室内外导航定位功能、集群调度、宽带通信、视频交互等功能融为一体的行业手持终端,来构建铁路客运高效,快速的无线多媒体调度系统,实现全局的统一调度和统一指挥,最终提升铁路客运服务的决策分析能力、信息汇总能力、快速反应能力、协同工作能力和现场控制能力。
同样,随着大型机场、港口、长途客运站、地铁、交通枢纽及大型停车场等工程建设,结构复杂的综合型场馆日益增加,相关场馆均存在与铁路需求类似的室内外无缝定位需求。
此外,高速公路、物流配送、电力、油田、煤炭、城管、公安等行业及领域,也存在着对基于位置服务的融合通信调度终端和系统的广泛需求。
(2)卫星导航国外产业现状
目前国外卫星导航应用产业以GPS为主,具有代表性的企业包括:
主推测量仪器的有天宝公司、彳来卡公司、诺华达公司和佳瓦特公司等,主推导航设备和GPSOEM板的有Ublox.高明公司、麦哲伦公司、摩托罗拉公司、洛克韦尔公司和瑟孚科技公司等。
随着GPS系统的建成,国外导航芯片的发展从1994年开始,2002年开始产业化,2004年得到普及。
随着军用/民用导航产品对芯片小尺寸、低功耗的不断追求,以及硬件设计水平和芯片制造工艺的不断进步,目前,导航芯片发展方向是片上集成射频电路和基带电路、支持A・GPS、小体积、低功耗、高灵敏度、多系统集成等。
目前开发出自有品牌GPS核心芯片的厂商主要有SiRF、Garmin、u-blo×
>博通、摩托罗拉、索尼、富士通、NXP、Nennerix、uNav、TI等。
导航SoC芯片目前研发目标主要向着以下方向发展:
■小型化、高灵敏度、低功耗、低价位;
■多系统兼容以及与其它系统集成这两个方向发展。
在定位导航方面,GPS的使用对象主要是汽车、船舶和飞机等运动物体。
对于警察、消防及医疗等部门的紧急救援、追踪目标和个人旅游及野外探险的导引等,GPS都具有得天独厚的优势。
在日常生活中,
GPS还可用于人身受到攻击危险时的报警,特殊病人、少年儿童的监护与救助,生活中遇到各种困难时的求助等。
随着应用范围的扩展,GPS产品也逐渐成为全球无线通信终端市场一项重要的产品,推动GPS产品市场高度成长的主要因素是汽车导航系统和结合无线通信的GPS产品的普及化,特别是随着标配GPS功能的智能手机大规模应用,让导航产业进入蓬勃发展的时期。
目前己经推出整合无线通信与GPS解决方案的厂商有快速跟踪公司(SnaPTrack)>瑟孚科技、博通公司等。
成立于2995年的快速跟踪公司是美国通信大厂高通公司的子公司,自成立以来即以GPS应用于无线通信的技术为发展重点,目前快速跟踪公司与高通公司合作采用结合手机端与系统端的混合式解决方案作为无线定位服务之用,在手机端部分,由内建于手机中的高通公司MSM3300芯片组将GPS专用的LNA、SAW、LCFiIter以及GPSOne处理器等组件整合在一起,让手机得以具备接收卫星定位信号之功能,另一方面,则在系统端加装快速跟踪公司的MMASlC芯片组接收GPS信号,再由系统端发射定位信号至手机端,以解决多路信号衰减的问题。
目前与该公司有合作关系的公司包括摩托罗拉、日本NEC、日本电信电话移动通信网公司(NTTDOCOMO)和美国得州仪器公司等。
SIRF科技公司无线定位技术的解决方案与快速跟踪公司相似,也就是将其SiRFLOC架构装设在无线网络系统端,让无线基地台可以接收与传送卫星定位资料,另一方面则是将其SiRFStar芯片组嵌入手机的基频上,或是采用IP整合的方式将GPS接收机与手机芯片组整合为一。
目前瑟孚科技公司在无线通信领域主要的合作伙伴有日本电信电话移动通信网公司、爱立信、诺基亚和信号软件公司等。
博通公司自07年收购GlObalLOCate后,结合自身在无线领域的技术成就,通过集成功能与其它无线为用户提供完整的手机导航及定位解决方案,同时根据资料显示,全球知名智能手机品牌厂商都在使用博通公司提供的定位芯片产品,像苹果、诺基亚Symbian智能手机等。
像摩托罗拉与中国移动联合推岀的TD手机MT720、MT720中等都使用了博通公司提供的产品。
根据估计,目前世界上有超过IOo家的公司正在研制各种各样的GPS用户接收机。
大批量的OEM板接收机的价格从1995年标准定位服务接收机的每片150美元降低到20□年的4美元左右。
随着接收机价格的下降,GPS市场将会像PC机市场那样呈指数增长的趋势。
目前,GPS定位终端的市场呈现两种趋势:
一是硬件价格以每年30%的速度持续下降;
二是用户的各类应用软件不断增加。
这也是为什么消费类GPS产品的价格下降得如此之快而功能众多的商用和专用GPS设备仍保持在相当高的水平上的原因。
特别是在商用GPS市场中,各种各样的软件快速发展,数量不断增加,这些都是GPS产品产量激增的根本动力。
市场研究公司ABl最近的研究显示,201.3年全球GPS市场将达2400亿美元,而其中所有的核心部件都需要GPS卫星导航终端。
另外,GPS市场增长也将带动相关芯片的发展,用于GPS的芯片将会在最近几年保持强劲增长,并且承受的价格压力将会比其他半导体产品更加温和。
(3)卫星导航国内产业现状
我国卫星导航与位置服务产业按产业上中下游基本可分为:
上游是导航与卫星制造、芯片、OEM板卡、模块、天线等;
中游是终端集成、系统集成;
下游是销售、运营、服务。
目前,国内企业主要集中于贸易环节,占下游份额的七成,主要是代理销售国外的高精度接收机产品、模块、OEiVl板。
据统计,截至20□年年底,我国北斗一代终端社会持有量为10万余套,参与北斗研发或销售的企业不过100∙200家,从芯片到OEM板,真正掌握核心技术、具备量产条件的企业很少,而GPS导航终端20□年的总销售量突破4500万台,产值接近700亿元,参与企业超过6800家。
在北斗导航终端实现方面,目前BD/GPS导航定位功能主要通过模块方案来实现,终端的主板上的AP应用处理器通过串口接口完成与BD/GPS模块数据交换,终端AP应用处理器直接利用BD/GPS模块输出的经纬度、速度等信息。
BD/GPS模块主要由射频芯片和SoC芯片构成,SoC芯片中封装了基带处理器、DSP处理器、电源管理和存储器等功能,增加了芯片内核尺寸(DieSiZe),需要付出高昂的IP核知识产权使用费,提高芯片的封装测试费用,这是当前BD/GPS导航模块成本居高不下的主要原因,见下附框图。
图不1:
现冇SOC芯片终端导肌定位方案
从上述方案不难发现,除了导航SOC芯片内的处理器之外,终端主板上也有一个处理器,另外,SOC芯片内封装的内存SDRAM、FLASH及电源管理等与终端主板上的存储芯片、电源管理芯片形成重复配置。
由于上述问题,目前BD/GPS模块主要应用于能外接电源、对成本不太敏感的终端产品方面,这也使现阶段北斗较大规模的应用主要集中在交通部“两客一危”重点营运车辆监控、“车联网”车载导航仪等领域,很难拓展到应用范围更广、数量更大的手持终端产品上,使北斗行业应用效果受到影响。
(4)室内外无缝覆盖定位技术发展现状
作为重要定位手段,GPS(GIObalPOSitiOningSyStem)>北斗等卫星导航定位系统在地下、城市峡谷和室内等复杂环境中因为信号的衰减、干扰和遮挡等,接收机定位精度很差甚至无法定位,而此类环境恰好是被定位对象的主要活动区域。
无缝定位技术就是指在人类活动的地上、地下空间和外层空间范围内,能够联合采用不同定位技术以达到对各种定位应用的无缝覆盖,同时保证各种场景下定位技术、定位算法、定位精度和覆盖范围的平滑过渡和无缝连接。
常用的无线定位技术有TOA(到达时间)、TDOA(到达时间差)、
AOA(到达角度)、SSR(信号强度测距)、NFER(½
场电磁测距)。
广泛使用的GNSS因为卫星时间同步采用的是高精度的原子钟,所以基于GNSS的方法一般都是TOA技术。
然而一般的无线通信系统由于基站数量多,时间同步精度受限,所以现有的基于无线通信的定位服务一般采用TDOA技术,当然在某些特定场合下也使用AOA技术;
现有的短距离无线通信技术一般采用SSR技术。
多种技术的联合使用使得测距的功能上有更多的自由度,并且增强了定位的精度、可靠性和安全性。
基于定位传感器的室内外定位技术主要有移动通信网络定位系统(如gpSOne)、GPS(HSGPS>AGPS)和IndOOrGPS(伪卫星、转发器)、WLAN定位系统(如RADAR、EkahaU)、电视信号定位系统(如ROSUm)、超宽带定位系统(如UbiSense)>超声波传感器定位系统(如ACtiVeBat、CriCket)、红外传感器定位系统(如ACtiVeBadge)、嵌入式压力传感器定位系统(⅛ΠSmartF
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