CC BY
110
Перспективы коммерческого использования ГЛОНАСС-GPS приемников: взгляд разработчика
РАССМАТРИВАЮТСЯ СПЕЦИФИКА РЫНКА НАП С ПОДДЕРЖКОЙ ГНСС ГЛОНАСС В РФ И КЛЮЧЕВЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ mОНАССGPS ПРИЕМНИКОВ, OEM-МОДУЛЕЙ И НАВИГАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ РОССИЙСКОЙ РАЗРАБОТКИ И ПРОИЗВОДСТВА, НА ОСНОВЕ НАКОПЛЕННОГО SPIRT TELECOM 10-ЛЕТНЕГО ОПЫТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОДВИЖЕНИЯ НА МИРОВОМ РЫНКЕ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ И СВЯЗНЫХ КОМПЛЕКСОВ, Д АЮТСЯ РЕКОМЕНДАЦИИ О ВОЗМОЖНЫХ ПУТЯХ ЗАВОЕВАНИЯ РОССИЙСКИМИ КОМПАНИЯМИ ОТЕЧЕСТВЕННОГО РЫНКА ГЛОНАСС-АППАРАТУРЫ ДЛЯ МАССОВОГО
Свириденко ВА.,
Вице-президент по технологиям SPIRIT Telecom, д.т.н., профессор, [email protected]
В последние полтора-два года правительство России уделяет самое пристальное внимание вопросам восстановления и развития отечественной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС, а также проблемам ее коммерциализации — созданию условий для формирования в стране массового рынка ГЛОНАСС-услуг на базе широкого использования навигационной аппаратуры потребителей (НАП) как государственными структурами, так и, главным образом, корпоративными и частными пользователями.
Как известно, восстановление космического и наземного сегментов системы ГЛОНАСС финансируется из бюджета государства и идет по ранее разработанному графику, определенному соответствующими правительственными постановлениями. Это позволяет постепенно расширять российский рынок ГЛОНАСС-аппаратуры, но не дает возможность контролировать наиболее важную и автономную со-ставляюшую этого рынка — коммерческую, где
ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ.
доминируют НАП с поддержкой сигнала американской навигационной системы NAVSTAR (GPS). Отвоевать российский сегмент этого рынка — сложная задача, для решения которой необходимо наладить массовое промышленное производство соответствующей аппаратуры (программно-аппаратных комплексов) с поддержкой ГЛОНАСС, конкурентной оборудованию на базе GPS. Это означает, что аппаратура с поддержкой ГЛОНАСС должна быть не хуже НАП с поддержкой GPS по целому ряду показателей: техническим характеристикам, инженерным решениям, дизайну, массо-габаритным параметрам, энергопотреблению, цене и тд Важным преимуществом ГЛОНАСС-GPS приемников может и должна стать их двухсис-темность, т.е. возможность одновременного приема сигналов обеих глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) — российской ГЛОНАСС и американской GPS. Много-системность обеспечит такой навигационной аппаратуре большую надежность при работе в любых условиях, в частности, благодаря приему данных от большего числа спутников, а также устранению зависимости от сигналов GPS в критических ситуациях. Однако для завоевания существенной доли коммерческого рынка не достаточно только наладить выпуск конкурентной ГЛОНАСС-аппаратуры. Придется приложить немалые усилия для изменения менталитета российского покупателя, привыкшего к тому, что зарубежные навигационные устройства по целому ряду показателей лучше, чем отечественная аппаратура. Потребителю придется наглядно доказать, что отечественные НАП действительно отвечают требованиям рынка и не уступают GPS-гаджетам по качеству. Придется также убедить массового пользователя в надежности радиопокрытия системы ГЛОНАСС, как минимум, на территории России, а затем и
в глобальном масштабе. Помимо непрерывного совершенствования самой ГНСС ГЛОНАСС, для этого потребуется большая пропагандистская работа по информированию российской и мировой общественности и широкому освещению в СМИ достоинств российской навигационной системы и преимуществ использования сигналов двух систем, а в недалеком будущем — и трех систем, имея в виду европейскую ГНСС Galileo.
Насколько реально для России в ближайшие годы обеспечить разработку и производство собственной конкурентной по качеству и относительно недорогой навигационной аппаратуры для массового потребительского рынка?*
Начнем с технических характеристик НАП, хотя это и не главный критерий, который принимает во внимание рядовой пользователь навигационного устройства. Тем не менее, именно технические характеристики определяют качество такого прибора и достигнутый инженерный уровень, который убеждает потребителей в технологическом совершенстве навигационной аппаратуры и ее надежности. Хотя навигатор способен решать только узкую навигационную задачу (позиционирование на плоскости или в пространстве с определенной точностью, оценка скорости объекта с НАП, временная координата, среднее время выдачи данных в разных режимах при заданных параметрах энергопотребления, стабильности выдачи навигационных данных в сложных условиях, а также массы и размера), он может быть базовым компонентом навигационно-информационной системы, суть которой составляют навигационные данные и решения на их основе. В такой системе важную роль играет и телекоммуникационная функция, отвечающая за передачу навигационных данных в удаленный центр мониторинга и принятия решений.
Информация представлена на основе анализа формирующегося рынка НАП в Российской федерации и более чем 10-летнего опыта в области проектирования и успешной реализации продвинутых навигационных и связных комплексов, накопленного в компании SPIRIT Telecom.
В настоящее время в России на коммерческом рынке НАП с поддержкой ГЛОНАСС сложилась парадоксальная ситуация: при относительно большом первоначальном интересе и спросе на ГЛОНАСС/ОРБ-приемники и программно-аппаратные модули (ОЕМ-модули) собственно предложений немного (как и российских фирм-разработчиков коммерческих навигационных приемников, антенн для них и НАП в целом). Основное отличие таких предложений — в ценовых позициях и способности разработчика осуществить своими силами или с помощью партнеров (контрактных производителей электронной аппаратуры) выпуск ОЕМ-модулей для НАП в нужных масштабах в заданные сроки. При этом собственно технические характеристики приемников/модулей часто отступают на второй план. Тем не менее, покупатели таких модулей могут отвергать их в силу нестабильности работы в реальных условиях (например, для целей мониторинга транспортных средств) и/или относительно высокой стоимости, если в ценовом вопросе они ориентируются на стоимость ЭРБ-приемников зарубежных фирм.
Такая ситуация, на наш взгляд, возникла в силу следующих причин:
— неразвитости рынка НАП с поддержкой ГЛОНАСС (его объемы пока незначительны);
— неготовности к работе на коммерческом рынке российских разработчиков навигационных модулей и НАП;
— недоверия компаний-производителей и интеграторов навигационно-связного оборудования к навигационным решениям отечественных компаний-разработчиков;
— естественного желания последних скорее отвоевать свою нишу на рынке даже с несовершенными навигационными модулями и оборудованием, что негативно сказывается на имидже этих компаний;
— отсутствия возможности для объективной оценки технических характеристик приемников российского производства независимыми сертификационными центрами, оснащенными необходимым тестовым оборудованием;
— финансового и экономического кризиса, который существенно снизил первоначальные весьма оптимистические оценки рынка госзаказа, сделанные аналитиками в первом полугодии 2008 г.
Среди негативных факторов стоит отдельно отметить сложность участия в тендерах на поставку оборудования в рамках госзаказа (из-за их закрытости и непрозрачности) для частных компаний-разработчиков. Есть и другие причины — дороговизна комплектующих НАП на российском рынке, из-за высоких таможенных пошлин, ограниченное предложение многосистемных антенн и тд.
Решению этих и других вопросов, тормозящих развитие коммерческого рынка электронной ГЛОНАСС-аппаратуры в России, призва-
ны содействовать недавно образованная Ассоциация "ГЛОНАСС/ГНСС-Форум", в которую входят ведущие разработчики, производители навигационного оборудования и крупные компании-интеграторы, а также Ассоциация российских производителей электронной аппаратуры и приборов (АПЭАП), объединяющая разработчиков и производителей электронного оборудования и встроенных систем (SPIRIT Telecom является членом обеих ассоциаций), однако их влияние, хотя и заметное, пока не является определяющим.
Качественный навигационный приемник, являющийся основой НАП, может быть использован в аппаратуре как гражданского применения (именно на этом делается акцент в настоящей статье), так и в навигационном оборудовании для специальных, в том числе военных приложений. Для разработки такого приемника надо, прежде всего, иметь технически совершенное решение НАП в целом и использовать для этих целей индустриальные компоненты (в некоторых специальных случаях — компоненты в милитари- и даже радиационностойком исполнении). Для такой разработки необходимы глубокие знания в проектировании радиотехнических систем и практический опыт их реализации. Только качественные системные навигационно-телекоммуникационные решения, которые можно использовать как для коммерческих, так и для специальных приложений, будут конкурентными на массовом потребительском рынке.
Сегодня навигационные приемники и ОЕМ-модули, разработанные российскими компаниями и претендующие на завоевание отечественного рынка — это, как правило, двухсистемные (ГЛОНАСС+GPS) одночастотные приемники (L1) с относительно невысокой по современным инженерным понятиям чувствительностью. Они практически не используют алгоритмические ухищрения, обеспечивающие работу в условиях многолучевого распространения сигналов навигационных спутников, что характерно для городской среды ("городские каньоны и колодцы", проезды под эстакадами и в туннелях) и сложного ландшафта (в горах и глубоких оврагах, в лесистой местности). Это приводит к пропускам спутниковых сигналов в затененных условиях и возможным большим ошибкам в определении позиции.
Поддержка дифференциального режима и SBAS, которые повышают точность позиционирования, опциональны для представленных на рынке навигационных модулей отечественного производства, так как в полной мере такая поддержка для ГЛОНАСС еще не реализована на системном уровне и находится только в начальной стадии развития. До сих пор не было проведено полноценного экспертного исследования качества функционирования приемников от различных российских производителей (если не считать инициативу ИД "Электроника" по сравнительному независимому тестированию
таких приемников, на первом этапе которого в ИПУ РАН в рамках конференции "Встраиваемые системы" в декабре 2008 г. проводилась оценка качества навигационного решения в статических условиях работы приемника на открытой местности по живым сигналам спутников).
Отсюда первый вывод — необходимо разработать, реализовать и вывести на рынок системное решение ГЛОНАСС/GPS-приемника, который по своим характеристикам не уступает лучшим GPS-приемникам западных фирм. По нашему мнению, наиболее просто и быстро это можно сделать на базе использования универсальных микросхем (FPGA-чипа и/или микропроцессора) в цифровой части приемника и "программного" (software) подхода. Именно такое качественное системное решение с поддержкой ГЛОНАСС, сравнимое по техническим характеристикам с лучшими решениями в мире, станет первым шагом к успеху в конкурентной борьбе на коммерческом рынке.
Следующий важный коммерческий фактор
— массо-габаритные параметры и энергопотребление. Для "ручных" НАП этот фактор — ключевой, но для других приложений (например, для автомобильных навигаторов и трекеров) он не очень существенен. И здесь может быть только один подход: одночиповое решение приемника типа "система на кристалле" ("СнаК", SoC) или, как промежуточный этап, — двух- или трех-чиповый приемник с энергопотреблением не более 200 мВт. Здесь может быть движение в двух направлениях: переход на новую структуру навигационных сигналов (от FDMA для ГЛОНАСС к CDMA) для снижения сложности цифровой обработки сигнала в приемнике с поддержкой ГЛОНАСС и проектирование чипов по технологии 90 нм и менее. При этом качество системного решения для трансформации его в чип является определяющим, так как если специализированный чип (ASIC) будет спроектирован на основе современных технологий, но "зашитое" в него решение несовершенно, то о конкурентных преимуществах, основанных только на продвинутой микроэлектронике, можно забыть. Разумеется, дизайн навигационного ASIC и его производство должны отвечать требованиям современных технологий. Это означает, что задачу надо решать только в комплексе — трансформируя в чип только современное системное решение и разрабатывая дизайн чипа в соответствии с проектными нормами не более 90 нм.
Тесно связан с этим фактором и ценовой показатель: решение на базе ASIC — более дешевое, чем решение на базе универсальных чипов, если ASC будут выпускаться сотнями тысяч или миллионными тиражами. Именно такие объемы характерны для производства GPS-приемников на базе "СнаК" (SoC). Однако в ближайшие полтора-два года ASIC-реализация навигационного приемника с поддержкой
ГЛОНАСС малореальна уже потому, что рынок соответствующей НАП относительно мал, а в условиях кризиса наладить проектирование и выпуск навигационных ASIC без государственной поддержки проблематично. Поэтому в ближайшее время с большой вероятностью основными будут "смешанные решения" — использование специализированных ГЛОНАСС+GPS чипов (RFIC) в радиочастотной части приемника и универсальных микросхем (за исключением, возможно, ASIC-коррелятора) в его цифровой части (см. рисунок).
Это означает, что по цене, энергопотреблению и массо-габаритным параметрам российские приемники и ОЕМ-модули с поддержкой ГЛОНАСС будут уступать GPS-приемникам и модулям. В этой ситуации важно обеспечить конкурентоспособность по другим техническим характеристикам, определяющим точность и стабильность работы прибора в разных условиях, поскольку подход "дороже и хуже, чем GPS" дискредитирует разработчиков и производителей ГЛОНАСС-аппаратуры. Кроме того, можно предположить, что развитие системы ГЛОНАСС и рынка НАП в России приведет к конкуренции со стороны западных производителей навигационных микросхем, способных быстро наладить выпуск качественных многосистемных чипов и модулей и поставлять их на российский и мировой рынки. Не стоит сбрасывать со счетов и китайских производителей сверхбольших интегральных схем (СБИС), хотя из-за отсутствия опыта в этой области им будет сложно самостоятельно получить для СБИС качественное системное навигационное решение.
Разумеется, для коммерческого рынка необходима также интеграция навигации с цифровыми картами, телекомом и мультимедиа, а также качественное конструкторское решение НАП. Однако, это — особая тема, которая требует отдельного освещения.
Напомним, что американская GPS продолжает развиваться и в ближайшие годы должна вступить в действие еще одна ГНСС — европейская навигационная система Galileo. Можно ожидать, что уже через 3-4 года на коммерческом рынке НАП появятся гаджеты с поддержкой обеих систем — GPS и Galileo, которые неизбежно начнут вытеснять односистемные GPS-приемники. На подходе и китайская ГНСС Beidou Navigation System (BNS), которая может быть полностью развернута к 2015 г. В этот относительно короткий срок у России есть шанс мощно и конструктивно сыграть на зарождающемся рынке многосистемных навигационных устройств. Для успеха необходимы поддержка со стороны высшего руководства страны, что имеет место, а также разработка и реализация на правительственном уровне целого комплекса мер по системной поддержке российского инновационного бизнеса, занятого в сфере разработки и производства навигационного
OEM-модуль DuoStar-2000,реализованнный на базе RFIC и универсальных микросхем
оборудования и аппаратуры ГЛОНАСС.
В частности, для облегчения работы российских производителей аппаратуры, алгоритмического и программного обеспечения для спутниковой навигации, а также для стимулирования широкого практического интереса к ГНСС ГЛОНАСС не только в России, но и в мире, на наш взгляд, необходимо:
1. Не отступать от принятого графика развертывания космического сегмента ГНСС ГЛОНАСС, обеспечив работоспособность полной группировки спутников, и начать вводить систему дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ).
2. Следить за неукоснительным соблюдением государственными предприятиями и организациями постановления правительства РФ, предписывающее оснащать находящиеся на их балансе транспортные средства аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS.
3. Организовать проведение государственных тендеров на поставку программно-аппаратных OEM-модулей для НАП с привлечением исключительно отечественных производителей, обеспечив равные условия участия в них госпредприятий и частных компаний-разработчиков.
4. В целях удешевления себестоимости готовых приемников (OEM-модулей) необходимо снизить пошлины на импорт радиоэлектронных комплектующих для НАП, не производимых в РФ (программируемые логические интегральные микросхемы (ПЛИС), сигнальные процессоры, радиочастотные чипы и др.).
5. Для стимулирования российских разработок программного обеспечения (ПО) необходимо ввести режим льготного налогообложения (льготного кредитования) для отечественных софтверных компаний, разрабатывающих алгоритмы и ПО для спутниковой навигации, а также снизить налоги (НДС и пр.) на лицензи-
рование дизайна и продажи НАП.
6. Отменить или снизить ввозные пошлины на оборудование для тестирования НАП (симуляторы навигационных сигналов и др.), обеспечить предоставление целевых беспроцентных кредитов на покупку дорогостоящей измерительной аппаратуры. для стимуляции разработок отечественных навигационных решений.
7. Обеспечить господдержку в виде налоговых льгот или прямого финансирования ком-паний-разработчиков при патентовании ими оригинальных решений, закладываемых в НАП. Патентование — дорогостоящий процесс, однако совершенно необходимый при организации массового производства во избежание судебных исков от зарубежных компа-ний-конкурентов, которые всегда стремятся обеспечить себе максимальную патентную защищенность.
8. Обеспечить господдержку разработкам под заказ комплектующих для НАП (в частности, ПАВ-фильтров и нестандартных высокостабильных генераторов для массового рынка НАП).
9. Для обеспечения конкурентного преимущества в производстве навигационной аппаратуры ГЛОНАСС гражданского назначения даты соответствующее поручение Минобороны и другим ответственным ведомствам рассмотреть вопрос рассекречивания и снятия законодательных запретов на использование ВТ-кода (кода высокой точности) ГЛОНАСС, что позволит значительно улучшить точностные характеристики навигационных приемников российского производства, работающих в системе ГЛОНАСС.
Несомненно, рынок НАП будет развиваться в России вместе с совершенствованием ГНСС ГЛОНАСС и развитием микроэлектроники, однако скорость его роста будет зависеть от способности государства и бизнеса активизировать переход от сырьевой зависимости к инновационной экономике, основанной на знаниях. Чтобы осуществить такой переход максимально быстро и успеть занять лидирующие позиции на отечественном рынке ГЛОНАСС-аппаратуры, государству следует позаботиться об улучшении системы подготовки ученых и инженеров в вузах, повышении престижа инженерной профессии, а также о создании в России особой среды для творческих людей и хайтек-бизнеса, которая способствовала бы сокращению утечки мозгов и привлечению в Россию в условиях мирового финансового кризиса дополнительных научных и инженерных кадров.
Литература
1. А.В.Свириденко, АВ.Никаццров. Нанотехнологии в микроэлектронике и производство навигаци-онно-связньх систем: от концепции до системных выводов. —Труды Международного форума по нанотехнологиям «Руснанотех-08», 2008. — Т.1. — С 66-67.
2. l-.ru; wWW.spnMelecom.ru (дата обращения — март 2009 г.).
