获奖项目介绍: 独辟蹊径,巧攀高精度之峰
2014/01/15 09:07
— 记荣获特等奖的上海司南卫星导航技术有限公司《基于BDS/GPS的双模四频高精度GNSS接收机的研制及应用》项目

在康定情歌的家乡,四川省康定县的大渡河上游,高耸着一座水电站大坝—长河坝。大坝两侧山峰陡峭,在几近垂直的崖壁上密布着几十个观测站。这些观测站组成的高精度卫星定位网日夜监测着山体滑坡区的变形过程,为大坝的安全运行筑起安全屏障。别以为这是普通的GPS监测系统,GPS卫星在这里几乎无用武之地,抬头一线天的自然环境把GPS高质量的信号挡在了峡谷之外,唯有我们的北斗卫星高挂在天顶。这个山体滑坡区自动化变形监测系统的核心设备就是上海司南卫星导航技术有限公司研制的北斗/GPS四频高精度GNSS接收机。它融合北斗和GPS两种高精度定位信号,解决了高山峡谷地带接收不到GPS有效信号的问题,将山坡滑动的检测精度提高到2.5毫米!这个定位精度与世界最先进的GNSS接收机旗鼓相当。
在河南郑州市某驾校的场地上,正在紧张进行着考试。一位学员缓缓倒车入库,考场监控室的大屏幕上,该辆考车的数字化图形在电子地图上同步移动着。突然屏幕亮起警示:车轮压线!只见屏幕上考车的右后轮轮廓线刚刚碰到了地图的车库标线。这个驾校的高精度定位定向考试系统采用的车载导航定位终端也是北斗/GPS四频高精度GNSS接收机,其动态定位精度达到1厘米。
2012年之前,我国的高精度定位OEM板卡市场全部被国外企业垄断。仅仅用了一年多的时间,以上海司南卫星导航技术有限公司为代表的国内企业相继研发成功北斗高精度定位OEM板卡产品,快速生产出自主知识产权的高精度北斗定位接收机,一举打破国外垄断,目前已占据1/4的市场份额。上海司南已经累计生产2000余台北斗/GPS四频高精度GNSS接收机,1万块高精度定位OEM板卡投放市场。
现在,上海司南的高精度定位产品已广泛应用于RTK测量、驾考驾培、机载导航、海事、集装吊装、北斗定向、大坝监测、高精度授时、精细农业、南极科考、矿山机械控制等行业。产品的静态平面精度达到(2.5+D×10-6)mm,实时动态平面精度达到(10+D×10-6)mm精度(D为两台接收机之间的距离),在20km基线上平均动态初始化时间短于10秒,且可靠性高达99.9%。这些关键指标均表示产品已经达到国际最高水平。而成本仅是国外同类产品的40%。
自2009年开始立项,仅仅用了3年的时间,投入资金仅500万元,上海司南就实现了产值2400万元,利税600万元的业绩,突破了我国在高端定位技术领域研发和产业化的零记录。以王永泉博士为核心的研发团队基本由80后年轻人组成,之所以取得如此骄人的成绩,与他们选择了一条独具特色的技术路线分不开的。在大多数人眼里,如今的微电子技术应用应走超大规模集成电路的设计路线。而王永泉团队却选择了分立元件电路的设计思路。这貌似落伍的技术路线恰恰被证明是一条事半功倍的捷径。集成电路的研发周期长,投入成本高。而分立元件电路技术相对成熟,可以用短周期方式完成多种技术方案的样片设计和测试验证,以较短的时间和较少的费用实现产品定型和投产。这种独特的产品研发思路相对于产品本身的技术成果可能更具创新意义。
以自主研发的高精度定位OEM板卡为核心技术的双模四频高精度GNSS接收机具有三项突出的技术成果:一是独创的“基于3比特量化和DSP的L2半无码跟踪方法”可实现对加密码L2的跟踪,使接收机的伪距精度达到10cm,载波相位精度达到了1mm,这些指标与国外同类产品相同。二是巧妙地利用了FPGA内置的DSP模块的功能来实现基带算法,有效降低了基带电路的复杂度,提高了基带电路的性能,弥补了常规采用FPGA方案成本过高、功耗过大、性能不能得到保证的缺陷。三是与众不同的接收机频率方案,该方案采用三本振的射频电路和25 MHz参考频率,以及近零中频状态下的系统环境。
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