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GPS具备先发优势,芯片仍有较大发展空间

一、GPS芯片直接影响GPS产品差异

全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)是一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统,它在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度及精确的时间信息。GPS自问世以来,就以其高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活吸引了众多用户。GPS不仅是汽车的守护神,同时也是物流行业管理的智多星。随着物流业的快速发展,GPS有着举足轻重的作用,成为继汽车市场后的第二大主要消费群体。GPS是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。

GPS芯片一种用于定位的特殊科技芯片。是GPS系统的关键部分之一,决定着接受终端的实际使用性能表现如何,GPS芯片的优劣在很大程度上决定了不同GPS产品的性能差异,可以说GPS核心芯片直接关系到GPS产品的技术指标和未来发展走向。

GPS芯片展示图

GPS芯片一种用于定位的特殊科技芯片。是GPS系统的关键部分之一,决定着接受终端的实际使用性能表现如何,GPS芯片的优劣在很大程度上决定了不同GPS产品的性能差异,可以说GPS核心芯片直接关系到GPS产品的技术指标和未来发展走向。

资料来源:观研天下数据中心整理

据观研报告网发布的《中国GPS行业发展现状研究与投资前景分析报告(2022-2029年)》显示,GPS芯片作为GPS系统的关键部分之一,核心芯片的优劣在很大程度上决定了GPS产品的性能差异,近年来,随着GPS产品的应用,GPS芯片产业呈现出一种蓬勃发展的局面。当下设计生产GPS芯片的厂家已超过10家,其中包括美国SiRF(瑟孚)、Garmin(高明)、摩托罗拉、索尼、富士通、飞利浦、Nemerix、uNav、uBlox等。

目前国内在售便携式GPS产品采用的芯片主要厂商包括有SiRF、Telechips、MEDIATEK、MStar四个,搭配这些厂商的芯片所开发的GPS方案根据配置也非常丰富。GPS设备厂商会选择其中一种或者多种方案推出其终端产品,即同品牌厂商也会根据不同情况,选择不同的芯片,以推出不同档次和不同功能的产品。

主要的GPS芯片种类

名称

产品介绍

SiRFstarIIe

a.LP:产品低功率,灵敏度:-145dBm,在定位后依然耗电,HOLUXGM-210

b.XtracV1:高灵敏度,灵敏度高于starIIe/LP,硬件一样。如HOLUX270U

c.XtracV2:纠正了V1版本的缺点,信号贴近现实,如HAICOM303SHOLUX231MINIGPS

SiRFstarIII

灵敏度:-159dBm(实测约为-154dBm),虽然内建correlator220000,未必更耗电,因为制程从0.18u改成0.13u。如HOLUX236HAICOM新款的蓝牙GPS、环天338、丽台9553

SonysinglechipsolutionCXD2951

SONY第三代芯片,灵敏度:-152dBm

NemerixNJ1006(RF)+NJ1030(Baseband)

灵敏度:-147dBm,产品耗电量低,采用此芯片的GOPASSGPT-700850AMH的锂电池都有20个小时的表现。

RFMD

MicroDevices(RFMD)是业界首个高集成度蓝牙/GPS解决方案——RF8900,该设计将蓝牙通信和GPS技术集成在一个完整的系统中。据称该产品与同类产品相比可减少20%的尺寸,并使成本降低25%,据传RIKALINE6033将采用这个芯片。

Evermore

中国台湾生产,性价比高,采用此芯片的HAICOM303E,性能表现优于HOLUX270U

资料来源:观研天下数据中心整理

二、基础设施完善,产业链分工明确

2020年,SpaceX公司使用猎鹰九号(Falcon9)火箭分别成功发射了一颗由洛克希德•马丁公司研发的GPSⅢ卫星,它们将取代目前已经老旧的GPS卫星,确保美国保有31颗可用GPS卫星。这两次发射的卫星编号分别为GPSⅢSV03和GPSⅢSV04,是美国GPSⅢ计划中的第三、四颗。随着GPS卫星星座现代化的继续,GPSⅢSV04到位后,轨道上的四颗GPSⅢ卫星将占GPS星座31颗卫星的12%左右。下一颗卫星GPSⅢSV05已经完成,据悉,新型GPSⅢ型卫星比此前卫星有明显改进,提供的精度是此前卫星的3倍,抗干扰能力是此前卫星的8倍。

目前,美国GPS卫星已经发射了72颗,基于空间卫星导航系统及各类增强系统等基础设施,GPS高精度卫星导航定位产业已形成了分工明确、层次清晰完整的产业链结构。GPS高精度卫星导航定位终端厂商集成核心主板、射频天线、通讯模块、数据链模块、蓝牙模块、Wifi模块、惯导模块、外观设计、结构设计、核心软件等形成高技术终端产品。解决方案提供商围绕客户的定制需求,结合终端产品,并开发集成应用软件、算法软件等,向用户提供完整的解决方案。行业发展初期,系统的运营往往都由用户自主完成,随着专业化分工的不断深入,用户已开始将服务外包给第三方,系统集成商向服务提供商延伸或形成独立的服务提供商将成为未来的趋势。GPS高精度卫星导航定位应用产业链结构如下图所示:

GPS卫星导航高精度应用产业链

目前,美国GPS卫星已经发射了72颗,基于空间卫星导航系统及各类增强系统等基础设施,GPS高精度卫星导航定位产业已形成了分工明确、层次清晰完整的产业链结构。GPS高精度卫星导航定位终端厂商集成核心主板、射频天线、通讯模块、数据链模块、蓝牙模块、Wifi模块、惯导模块、外观设计、结构设计、核心软件等形成高技术终端产品。解决方案提供商围绕客户的定制需求,结合终端产品,并开发集成应用软件、算法软件等,向用户提供完整的解决方案。行业发展初期,系统的运营往往都由用户自主完成,随着专业化分工的不断深入,用户已开始将服务外包给第三方,系统集成商向服务提供商延伸或形成独立的服务提供商将成为未来的趋势。GPS高精度卫星导航定位应用产业链结构如下图所示:

资料来源:观研天下数据中心整理

三、GPS已服务全球,具备竞争优势

目前,世界上成熟的全球卫星导航系统主要有美国的全球定位系统(GPS)、中国的北斗系统(BDS)、欧洲的伽利略卫星导航系统(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)

对比其他卫星导航系统,GPS依然具有较大优势。目前对GPS最大的威胁是来自中国的北斗系统(BDS),BDS自2020年7月31日北斗三号正式开通以来,BDS基本导航服务可向全球提供精度优于5米的定位服务,最高精度定位动态可达到分米级,静态可达到厘米级。另外,GLONASS虽已服役全球,但性能相比BDS和GPS稍逊,且GLONASS轨道倾角较大,导致其在低纬度地区性能较差。Galileo的观测量质量较好,但星载钟稳定性稍差,导致系统可靠性较差。

目前,BDS已经服务全球,性能与GPS旗鼓相当,但是,总体来看,由于GPS开发时间早,在技术上相对成熟,定位准确,全球覆盖,用户容量无限。产品具备一定的优势。我国的BDS虽然跟GPS属于竞争关系,但由于两种定位系统都拥有自身的优势和劣势,因此,在实际应用当中,更多是处于互补关系。比如,在2020年中美合作完成北斗星基增强系统PRN编号十年延续申请,并就签署北斗B2a和GPSL5信号互操作联合声明达成共识。另外,我国在北京、上海、西安三地数据中心分别建设了3个以北斗信号为主、GPS信号为辅的一级时间源节点,电网系统下属各单位近百万台信息设备实现北斗授时。

全球卫星导航系统性能对比

北斗系统(BDS

GPS

格洛纳斯(GLONASS

伽利略(GALILEO

所属国家/地区

中国

美国

俄罗斯

欧盟

已发射卫星(颗)

59

72

--

30

在轨卫星(颗)

51

34

27

26

功能

定位导航授时、短报文通信、国际搜救、地基增强、精密单点定位

导航、测量、授时

定位、导航、测速、授时

定位、导航、

授时、搜救

定位精度(米)

10(全球)

5(亚太地区)

10

10

3

测速精度(米/秒)

0.2(全球)

0.1(亚太地区)

0.2

0.2

0.2

授时精度(纳米)

20(全球)

10(亚太地区)

20

20

20

优势特色

具有短报文通信功能,自足性好,抗毁性强

技术成熟、性能稳定,军用精度最强

抗干扰能力强,定位精度高,高纬度地区使用更佳

多国参与建设,非军方控制,民用精度最强

资料来源:观研天下数据中心整理

三、自动驾驶有望为GPS芯片打开新增长空间

近年来,随着汽车智能化的快速发展,全球自动驾驶市场有望迎来高速增长期。根据IDC,全球具备自动驾驶乘用车的出货量有望从2020年的27735千辆增长到2024年的54247千辆。

近年来,随着汽车智能化的快速发展,全球自动驾驶市场有望迎来高速增长期。根据IDC,全球具备自动驾驶乘用车的出货量有望从2020年的27735千辆增长到2024年的54247千辆。

数据来源:IDC,观研天下数据中心整理

而在自动驾驶汽车当中,行车定位是最核心的技术之一,上世纪80年代,汽车的导航功能就是通过单GPS星座定位的方式来实现的,但由于可见卫星少,定位精度在50米左右。目前,全球定位系统(GPS)是当前行车定位不可或缺的技术,在无人驾驶定位中也担负起相当重要的职责。GPS高精度定位作为自动驾驶汽车的核心组成部分之一,旨在任何场景提供分米乃至厘米级精度的位置信息,使汽车具备全局车道级定位能力,是自动驾驶功能实现和安全的基础。

从芯片产业来看,由于自动驾驶汽车涉及到传感器环境感知、高精地图/GPS精准定位、V2X信息通信、多种数据融合、决策与规划算法运算、运算结果的电子控制与执行等过程,此过程需要一个强劲的计算平台统一实时分析、处理海量的数据与进行复杂的逻辑运算,对计算能力的要求非常高。因此,自动驾驶等级每增加一级,所需要的芯片算力就会呈现十数倍的上升,L2级自动驾驶的算力需求仅要求2-2.5TOPS,但是L3级自动驾驶算力需求就需要20-30TOPS,到L4级需要200TOPS以上,L5级别算力需求则超过2000TOPS。可见,硬件架构升级驱动芯片需求呈现指数级提升趋势,未来随着自动驾驶汽车的技术升级,与之相匹配的GPS芯片也将随着自动驾驶渗透率快速提升,预计GPS芯片在汽车的市场规模超过手机芯片的规模。随着智能化对算力需求的指数级增长,GPS芯片的功能逐步成为智能汽车标配。

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