作者 | 俞岳
编辑 | 晓寒
自动驾驶正加速在汽车行业普及，高等级自动驾驶的量产早已箭在弦上。
在硬件层面，让车辆知道“我”在哪、“我”要去哪的高精定位模块已经成为量产自动驾驶的核心传感器之一。拥有适应各种场景的精准、稳定的定位能力，才能实现安全、好用的自动驾驶。不过，多年以来汽车行业高精度定位模块存在着成本过高、集成度低、合规模块和芯片少等多种问题，制约着自动驾驶的量产、研发进程，影响着智能汽车和自动驾驶的研发、量产进程。随着国内高精度定位行业的快速崛起，这一现象有望很快得到解决。近日，中国国际电视台（CGTN）的一条新闻引起行业关注，位于长沙的北云科技在节目中亮相了贴片式组合导航模块M1，在不输万元级组合导航整机性能的同时，具备非常高的集成度，30*40mm的大小可以整合进自动驾驶计算域控制器等设备中。在高精度定位行业，算是一款越级产品。
▲CGTN采访北云科技
据了解，M1组合导航模块之所以能够实现高性能与高集成度的统一，原因共有两个，其一是M1基于北云科技自研的RTK SOC芯片开发，集成了基带、射频等功能，尺寸为17*17mm。其二是深耦合组合导航算法的加持，可以降低对IMU等级的要求，在较低成本下，实现万元级组合导航产品的性能表现。
而目前高精度组合导航市场中，大多以整机形态为主，高性能的贴片式组合导航模块的出现，为智能汽车提供了一个全新的选择。与此同时，由于组合导航模块成本的不断下探，将加速智能汽车的普及和高等级自动驾驶技术的量产进程。
贴片式组合导航亮相 性能比肩海外大厂
在自动驾驶应用中，组合导航高精度定位系统能够实现厘米级定位精度。当车辆在城市峡谷、隧道、高架立交及浓雾雨雪沙尘天气和堵车、霓虹灯夜市、车道线磨损、开阔无特征点等路段时，激光雷达和摄像头的感知会受到明显影响。在这样的恶劣场景下，组合导航高精度定位系统就能够充分发挥自身的优势，帮助车辆实现更稳定的自动驾驶表现。
北云科技近期推出的M1高精度组合导航模块，在性能上能够比肩海外大厂的万元级产品。同时，通过自研芯片、深耦合算法、贴片式封装设计以及优秀的成本控制，成为智能汽车前装量产应用的更好选择。其中，最值得关注的是M1采用了贴片式封装。得益于北云科技自研RTK芯片的批产应用，M1组合导航模块在集成度上实现了新跨越，做到30mm*40mm的超小尺寸，和小型手表表盘的大小相仿。
图1.北云M1高精度组合导航模块
据介绍，这种高集成度的贴片式产品设计具有两大优势，其一是可靠性更高，其二是节约车内线束。
M1可以直接提供给Tier 1和主机厂，更小的体积和贴片式方案，意味着集成组合导航的整个自动驾驶解决方案将拥有更高的集成度，可以减少外部通信带来的延迟和不稳定性。同时，这种集成方案将减少线束的使用。此前整机形态的组合导航，需要电源、信号等多种线束接入使用。而当前汽车行业正在从ECU分布式架构，逐渐转向域控制器架构，未来还将形成整车中央计算架构，减少线束是生产过程的大趋势。此前有媒体报道称，特斯拉首款车型Model S拥有长达3公里的线束，而最新量产的Model Y车型，整车线束仅有大约100米。线束用量的大幅减少，不但减少整车重量，还大幅降低了自动化生产中人工的参与和后期维护难度。M1不但在体积上做到了超小尺寸，同时在北云科技自研RTK芯片和深耦合算法的加持下， M1在定位性能上也拥有卓越的表现。
在定位精度上，M1经过RTK解算的水平定位精度能够达到0.8cm+1ppm（定位精度为8mm，离基站距离每公里带来的偏差不超过1mm）。在隧道、地下停车场等GNSS信号完全中断的场景中，M1的组合定位精度可以达到行驶里程的0.1%（RMS）。同时M1在成本上也实现了非常好的控制。
北云科技在卫星导航领域拥有深厚的技术积累，凭借着在驾考车载领域数年上十万量级的大规模应用验证，拥有大量数据优化算法。从自研的Alita基带芯片、Ripley射频芯片迭代到M1采用的RTK SOC芯片Elsa，集成度不断提高，算法性能不断提升，在制造成本上也成倍降低。在芯片设计方案中，北云还集成了深耦合组合导航算法，无需额外算力进行组合导航解算，减少了计算单元的使用，进一步节省了成本。
此外，针对高精度组合导航模块中成本占用较高的IMU部分，北云通过深耦合组合导航算法，在降低IMU等级的情况下，可实现高成本IMU的同等性能。此外，北云还将采用自研IMU的方式，进一步大幅降低IMU模块的成本。总结来看，北云通过RTK芯片、深耦合组合导航算法和IMU的自研，不断提高产品的集成度，既实现了产品的高性能，还对成本实现了非常好的控制。当前在自动驾驶赛道上，无论是整车厂还是自动驾驶公司，北云M1组合导航模块的出现恰到及时。深耦合技术是核心 已自研三颗高精度定位芯片
在产品层面，北云高精度组合导航模块M1具备高集成度、高性能以及低成本这三大优势。而在技术层面，北云高精度组合导航模块M1采用了深耦合技术，实现了更高的稳定性表现。
深耦合技术就是利用IMU原始数据辅助GNSS芯片对卫星信号捕获跟踪，提高观测量精度和连续性，减少观测量中断和跳变，从而有效提高组合导航精度和可靠性，还可有效抑制信号干扰和欺骗。在城市峡谷、立交高架等恶劣环境下，定位精度及稳定性可提升4-5倍，显著优于松耦合算法。实际测试发现，使用深耦合技术的北云组合导航系统，能够相比原始观测量精度提升2～5倍。
图2.深耦合与非深耦合技术对比
从GNSS跟踪环路多普勒测量结果可以看到，北云科技的组合导航系统由于采用了深耦合技术，多普勒表现和实际情况基本重合，而使用非深耦合算法的设备，定位表现时好时坏，不太稳定。另一个高架环岛环境下，深耦合定位相比松耦合定位，误差能够减小4～5倍。
图3.高架环岛实测北云深耦合方案
北云科技在长沙街头对比测试了自研产品和其他松耦合产品。测试路段长度接近1.6公里，总共用时9分钟。测试发现，松耦合产品水平偏差RMS达到3.7米，竖直偏差RMS也达到了1.8米。而使用深耦合技术的产品水平偏差RMS仅有0.7米，竖直偏差RMS仅0.3米。同时，松耦合产品的水平定位偏差峰值达到13.9米，竖直定位偏差峰值达到了3.8米。而深耦合技术的北云组合导航系统水平偏差峰值为1.7米，竖直偏差峰值为0.6米。也就是说，在高架桥这样的复杂环境下，松耦合技术的组合导航产品几乎已经不能用，但使用深耦合技术的产品依然表现稳定。另一个测试场景为没有卫星信号的地下停车场场景。搭载北云组合导航系统的车辆同样拥有非常高的可用性，水平RMS误差仅有0.126%，水平峰值误差也仅有0.196%。
图4.无信号停车场场景实测
在可见的未来，城市道路点对点L2级自动驾驶就是重点发展方向之一。保证各种场景下的稳定定位，就是实现这项功能的重要前提，尤其是在城市峡谷、高架桥、停车场这样的干扰环境下，能有高稳定性的表现，正是自动驾驶行业亟待解决的问题。然而，深耦合的研发并非简单。深耦合算法的实现，需要RTK芯片基带功能的参与，是否拥有RTK芯片的自研能力，对能否实现深耦合算法至关重要。当前市面上罕有国内产品走深耦合路线，原因就是技术壁垒较高，需要掌握RTK芯片的研发能力。
图5.北云科技自研基带芯片、射频芯片、SOC芯片
谈到为什么要自研RTK芯片，北云的工程师给出了三个原因。其一是能够降低组合导航模块的成本；其二是能够根据北云算法团队的需求实现更高程度的定制化，在性能、功耗、体积、架构、产品设计方面做到更好；其三，作为高精度定位核心部件制造商，掌握自研芯片是走向更高发展平台的重要基石。
北云科技的工程师介绍说：“行业内单独出售多频高精度定位芯片的厂商屈指可数，而单独出售专用基带芯片的国内厂商几乎没有。如果用通用FPGA芯片与ARM芯片，固然可以实现基带信号处理与RTK解算，但是有诸多问题。首先是FPGA并非专用芯片，因此计算效率不高，其次功耗、体积、成本都成为了不可控因素。”
从自研核心芯片，到部署深耦合技术，北云将硬件技术、软件技术、算法技术相结合，从而实现顶级性能水准。在国内市场中，北云M1组合导航模块的出现，可以说是弥补了行业的一大空白。
符合车规标准 合作车型已上路
在产品、技术实现重大突破后，北云M1也正加速量产步伐。
光在全国30余个省市400多个城市的上千个驾考场地中，每天就有数万台北云产品在全天候持续运行。这些车辆已经累积了数千万公里的运行里程，为北云科技提供了大量实测数据训练优化稳定算法，保证了M1量产的性能和稳定性。在产品上车前，最关键的一步就是车规级认证。当前北云科技已经通过了IATF 16949认证，同时产品设计满足ISO 26262、ASPICE、AEC-Q等车规与安全认证要求。同时，北云科技此前的高精度组合导航整机X1、X2凭借着在客户方组织的国内外主流组合导航产品比测中的突出性能表现，已经应用于多个L4级自动驾驶车型，许多城市的Robotaxi上已运行着北云的产品。
图6.从整机到贴片式模块，体积不断缩小，集成度、性能、稳定性不断提高
在自动驾驶行业内，自动驾驶行业的头部玩家之一长沙智能驾驶研究院（希迪智驾）就率先采用了北云科技的产品。据介绍，目前希迪智驾的矿区无人卡车、无人物流车以及无人清扫车已使用了北云科技的产品。在谈到为什么要选用北云科技的产品时，希迪智驾表示有三大原因。其一，在2019年引入北云组合导航产品的时候，北云能够根据公司的需求，给予定制化的服务，甚至还能针对性改进产品的算法。其二，北云的高精度组合导航相比海外相同性能的产品，价格大幅降低。第三，同时北云的产品在定位精度、稳定性表现上都达到了领先水平。并且，正因为组合导航产品价格的大幅降低，希迪智驾的规模量产进程正加速推进。据介绍，此前希迪智驾采用海外大厂的组合导航方案，仅组合导航模块的成本就占整个自动驾驶方案的20%左右。如果不控制组合导航的成本，规模量产会非常困难。而如今，采用北云科技的X1组合导航模块之后，其成本占整个自动驾驶方案的成本降到了10%以下，加速希迪智驾的量产进程。对于集成度更高的M1组合导航模块来说，能够直接集成进入自动驾驶域控制器，自动驾驶公司能够更好地控制成本。
希迪智驾的工程师对北云产品的性能表现同样赞不绝口。希迪智驾的研发人员表示，在开阔路段下，北云产品的表现与市面上顶级产品相比基本没有差别。特别是在干扰条件下，北云产品重新捕获卫星的时间比较短，输出的定位数据非常平滑，符合真实的行驶轨迹。当前，北云科技团队中大部分为研发人员。在希迪智驾眼中，北云科技是一家年轻化的技术型公司。双方在合作过程中，北云科技能够第一时间给予积极反馈，最终能够解决问题，整个团队的拼劲很足。据北云科技透露，公司已在高精度定位芯片上累计投资入了数亿元资金，目前其采用行业内顶级工艺制程的新一代RTK+组合导航芯片即将面世，这款预命名为Alice的芯片推出后，M1组合导航模块的集成度将进一步大幅提高，体积将更小、成本更低。北云持续、成熟和领先的技术路线，使得它能够紧密配合和推进智能汽车的量产迭代进程。
未来，智能汽车将成为出行的核心，当前中、美、欧三大汽车市场都在积极研发自动驾驶技术，抢占市场先机。在智能汽车产业中，正是需要更多像北云科技这样的技术型企业，攻克量产自动驾驶背后的一个个核心技术，从而推动整个自动驾驶行业不断前进北云科技在汽车领域的奋力前行，是中国芯片行业的一个缩影。当前汽车芯片的国产化率不到5%，未来有很大的增长空间。中国新能源汽车、智能驾驶已经走在全球前列，相信以北云科技为代表的国产汽车芯片公司，能够在智能汽车快速演进的时代浪潮中迅猛发展，成长为享誉国际的知名企业。
