全球四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)：GPS，北斗，Galileo，GLONASS

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS，Global Navigation Satellite System）能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為適當(dāng)裝備的用戶提供24h、三維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電定位系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星星座及其支持特定工作所需的增強(qiáng)系統(tǒng)2。目前，全球范圍內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的GNSS主要包括美國的GPS，中國的北斗，歐盟的Galilio和俄羅斯的GLONASS。

GPS：GPS是美國國防部發(fā)射并管理的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。目前，GPS是全球使用最廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供較為準(zhǔn)確的定位、測速和高精度的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。GPS系統(tǒng)由新舊衛(wèi)星共同組成，新一代衛(wèi)星GPSIII是對舊GPS衛(wèi)星的替換和升級，信號可靠性、準(zhǔn)確性均有所提升，且不具備選擇可用性（SA）功能（在全球范圍內(nèi)有意降低民用GPS精度）。目前，GPS III已成功發(fā)射SV01和SV02兩顆衛(wèi)星，剩余8顆衛(wèi)星計(jì)劃于2023年前發(fā)射完成。

Galileo： Galileo（伽利略）：是由歐盟通過歐洲空間局和歐洲導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)管理局建造，目標(biāo)是在水平和垂直方向提供精度1米以內(nèi)的定位服務(wù)，并在高緯度提供比其他系統(tǒng)更好的定位服務(wù)。Galileo計(jì)劃發(fā)射30顆衛(wèi)星，目前已發(fā)射28顆（包括2顆測試衛(wèi)星、2顆退役、2顆無法使用）。Galileo曾多次發(fā)生過短期服務(wù)中斷。

GLONASS：是由蘇聯(lián)（現(xiàn)由俄羅斯）研制建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可為提供全天候、高精度的三維位置、三維速度和時(shí)間信息。GLONASS于2011年年底實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，目前有24顆衛(wèi)星正常工作3。

衛(wèi)星導(dǎo)航一般需要至少4 顆衛(wèi)星。衛(wèi)星至用戶間的距離測量是基于衛(wèi)星信號的發(fā)射時(shí)間與到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間之差，稱為偽距。為了計(jì)算用戶的三維位置和接收機(jī)時(shí)鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4 顆衛(wèi)星的信號。

衛(wèi)星導(dǎo)航基本原理

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：地面段、空間段、用戶段。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)三大組成部分

? 地面段：由主控站、監(jiān)測站、時(shí)間同步/注入站等組成。主控站：導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)地面信息處理和運(yùn)行控制的中心，主要功能包括建立系統(tǒng)的時(shí)間和空間基準(zhǔn)、生成導(dǎo)航電文、監(jiān)測衛(wèi)星鐘等有效載荷并實(shí)現(xiàn)對其調(diào)整和控制、分析衛(wèi)星星座性能從而支持衛(wèi)星的軌道維持，導(dǎo)航系統(tǒng)一般有一個(gè)主控站即可滿足要求。注入站：地面無線電發(fā)射站，接收主控站送來的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星控制指令，在主控站的控制下，經(jīng)射頻鏈路上行發(fā)送給各導(dǎo)航衛(wèi)星。監(jiān)測站：導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中對衛(wèi)星實(shí)施監(jiān)測和采集數(shù)據(jù)的衛(wèi)星信號接收站，根據(jù)任務(wù)的不同可分為時(shí)間同步與軌道確定監(jiān)測站和完好性監(jiān)測站1。

? 空間段：全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)的空間衛(wèi)星星座一般由30 顆左右的導(dǎo)航衛(wèi)星組成，運(yùn)行地球靜止軌道、傾斜地球同步軌道、中圓地球軌道，依據(jù)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分布在3 個(gè)或6 個(gè)軌道平面上，相鄰軌道間的夾角相同。導(dǎo)航衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時(shí)間和位置信息的無線電信號，供導(dǎo)航信號接收機(jī)接收。

? 用戶段：包括芯片、模塊、天線等基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及終端產(chǎn)品、應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)等。其中，導(dǎo)航信號接收機(jī)是通過捕獲并跟蹤衛(wèi)星的運(yùn)行，測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息的終端產(chǎn)品。

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)具備高精度、全天候、高效率、多用途等主要優(yōu)勢，代表導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展方向。導(dǎo)航技術(shù)按獲得導(dǎo)航信息的技術(shù)不同可分為慣性導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航等。

? 慣性導(dǎo)航：以牛頓經(jīng)典力學(xué)原理為基礎(chǔ)，通過慣性測量獲得載體的加速度矢量信息，結(jié)合給定初始條件（初始位置、速度矢量等）和已知數(shù)據(jù)（重力、時(shí)間等）解算及提供導(dǎo)航參數(shù)的導(dǎo)航方式；

? 無線電導(dǎo)航：載體借助于無線電導(dǎo)航設(shè)備，確定自己在指定坐標(biāo)系中的位置，引導(dǎo)載體沿預(yù)定航線航行的技術(shù)手段。從導(dǎo)航臺的所在位置來判定導(dǎo)航的性質(zhì)，主要有陸基導(dǎo)航系統(tǒng)和星基導(dǎo)航系統(tǒng)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即為星基導(dǎo)航系統(tǒng)；

? 天文導(dǎo)航：以已知準(zhǔn)確空間位置的、不可毀滅的自然天體（月球、地球、太陽、其他行星和恒星等）為基準(zhǔn)，并通過光電或射電方式被動(dòng)探測天體位置，解算測量點(diǎn)經(jīng)度、緯度、航向和姿態(tài)等信息的技術(shù)手段，是傳統(tǒng)的自主導(dǎo)航技術(shù)。

美、中、俄、歐是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主導(dǎo)者

目前全球在軌導(dǎo)航衛(wèi)星138 顆，占衛(wèi)星總數(shù)7%。據(jù)UCS 和北斗網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，截至2019 年4月1 日，全球在軌衛(wèi)星總計(jì)2，062 顆，其中共有138 顆為導(dǎo)航衛(wèi)星，占比7%。

? 從國別來看：美國GPS/俄羅斯GLONASS/中國北斗導(dǎo)航/歐盟Galileo 在軌衛(wèi)星數(shù)量占比分別為23%/20%/29%/19%；

? 從軌道來看：中軌（MEO）占比78%、高軌（GEO）占比20%，其中僅有中國、印度、日本采用高軌衛(wèi)星，美國、俄羅斯、歐盟全部采用中軌衛(wèi)星。以中高軌部署導(dǎo)航星座，成本較為低廉，20~30 顆衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)全球信號覆蓋。

各大導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星制造商集中在少數(shù)廠商，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星均為中國空間技術(shù)研究院研制。

GNSS 設(shè)備零部件制造集中度高，Qualcomm 與Broadcom 合計(jì)占比40%；增值服務(wù)領(lǐng)先企業(yè)以互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭為主。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)步入全球時(shí)代

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)新時(shí)代正式開啟

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)按照“先有源、后無源”、“先區(qū)域、后全球”的發(fā)展思路，按照“三步走”的總體規(guī)劃分布實(shí)施。北斗三號組網(wǎng)結(jié)構(gòu)由3 顆靜止軌道衛(wèi)星（GEO）、3顆傾斜軌道衛(wèi)星（IGSO）、24 顆中軌道衛(wèi)星（MEO）組成，此外還包括5 顆試驗(yàn)衛(wèi)星；MEO 衛(wèi)星均勻分布在3 個(gè)軌道面。

? 北斗二號：2012 年正式向亞太地區(qū)提供服務(wù)。2007 年，北斗二號第一顆組網(wǎng)衛(wèi)星成功發(fā)射，目前已建成了由14 顆組網(wǎng)衛(wèi)星和32 個(gè)地面站天地協(xié)同組網(wǎng)運(yùn)行的北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

? 北斗三號：計(jì)劃于2020 年向全球用戶提供基本導(dǎo)航、短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)、國際搜救、精密單點(diǎn)定位服務(wù)。2017 年11 月5 日，北斗三號第一、二顆組網(wǎng)衛(wèi)星成功發(fā)射，開啟了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)的新時(shí)代。2018 年12 月27 日，北斗三號基本系統(tǒng)正式向“一帶一路”及全球提供基本導(dǎo)航服務(wù)。2019 年6 月25 日，第四十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星是北斗三號系統(tǒng)的第二十一顆組網(wǎng)衛(wèi)星、第二顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，未來北斗系統(tǒng)覆蓋能力和服務(wù)性能有望提升。

北斗三號原子鐘精度提高一個(gè)數(shù)量級。原子鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星的最關(guān)鍵載荷之一，是時(shí)頻分系統(tǒng)的心臟，決定導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航定位、測速及授時(shí)精度。目前主要有銫原子鐘、銣原子鐘、被動(dòng)型氫原子鐘三大類別。我國自主研制的銣原子鐘于2007 年首次上天服役，自主研制的氫原子鐘于2015 年9 月首次上天，2017 年11 月發(fā)射的北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星搭載了更高性能的銣原子鐘（天穩(wěn)定度E-14 量級）和氫原子鐘（天穩(wěn)定度E-15 量級）

信號體制兼容性大幅提升。由于導(dǎo)航信號頻譜資源有限，導(dǎo)航信號頻譜之間難免會由于頻譜重疊而產(chǎn)生信號干擾。因此，提升導(dǎo)航系統(tǒng)信號體制的兼容性對推廣系統(tǒng)應(yīng)用至關(guān)重要。北斗三號新增B1C 與B2a 信號，從而實(shí)現(xiàn)了與GPS 等系統(tǒng)的兼容。

北斗三代在L5/E5/B2 Band 以及L1/E1/B1 Band 實(shí)現(xiàn)與GPS 等系統(tǒng)的兼容

北斗加速應(yīng)用推廣進(jìn)程，市場開發(fā)潛力巨大

預(yù)計(jì)2020 年我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)4，000 億元

? 總體來看：2018 年我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)3，016 億元、YoY+18%，2012~2018 年CAGR 24%；其中，2012/2013/2015 年北斗導(dǎo)航占產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重分別為5%/10%/20%；根據(jù)《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，2020 年中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到4，000 億元，官方預(yù)計(jì)占全球市場1/5 份額；北斗系統(tǒng)對國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場的貢獻(xiàn)率達(dá)到60%，北斗市場有望達(dá)2，400 億元。

? 分產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看：2017 年終端集成和運(yùn)營服務(wù)持平，占比均為37%。終端集成YoY-5ppt，到2020 年其占比會持續(xù)下降；運(yùn)營服務(wù)增速最快、YoY+6ppt，官方預(yù)計(jì)2020 年其占比將提升至50%；系統(tǒng)集成2017 年占比15%，官方預(yù)計(jì)2020 年占比略有增加。

芯片與板卡是核心競爭力，產(chǎn)業(yè)格局正在起變化

基礎(chǔ)類產(chǎn)品：以技術(shù)與成本優(yōu)勢構(gòu)筑護(hù)城河

芯片及板卡是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵所在。芯片及板卡等基礎(chǔ)產(chǎn)品決定了導(dǎo)航產(chǎn)品的定位精度等技術(shù)性能指標(biāo)，相當(dāng)于電腦的CPU 與主板。北斗芯片與板卡的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用直接決定著終端的重量、體積、性能和成本，也決定下游應(yīng)用的推廣。

北斗芯片和OEM板主要產(chǎn)品

終端產(chǎn)品：以技術(shù)深度融合的智能化產(chǎn)品構(gòu)筑護(hù)城河

終端產(chǎn)品受制于基礎(chǔ)類產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展。此前，國產(chǎn)終端零部件成本較高，以至于北斗終端產(chǎn)品與GPS 終端產(chǎn)品相比不具備性價(jià)比優(yōu)勢，尤其在對價(jià)格敏感的消費(fèi)級領(lǐng)域，難以得到推廣應(yīng)用。隨著國產(chǎn)技術(shù)的不斷成熟，國產(chǎn)化替代、零部件成本下降是必然趨勢，北斗終端的民用及消費(fèi)級應(yīng)用將得到推廣。根據(jù)中位協(xié)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2013年，我國北斗終端保有量達(dá)130 萬臺、YoY+465%；2016 年帶衛(wèi)星導(dǎo)航功能的智能手機(jī)共計(jì)5.1 億臺，其中具有北斗功能的占比30%。

技術(shù)深度融合是終端產(chǎn)品的趨勢。隨著移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，GNSS 接收器、導(dǎo)航衛(wèi)星測繪儀器、消費(fèi)級領(lǐng)域的車載導(dǎo)航、智能手機(jī)等產(chǎn)品呈現(xiàn)智能化發(fā)展。將北斗導(dǎo)航技術(shù)與通信、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行深度融合，生產(chǎn)智能化終端產(chǎn)品的企業(yè)將會在未來終端市場更具競爭優(yōu)勢。

終端產(chǎn)品

系統(tǒng)集成與運(yùn)營：以資質(zhì)壁壘與規(guī)模效應(yīng)構(gòu)筑護(hù)城河

GSA 預(yù)測全球衛(wèi)星運(yùn)營服務(wù)將保持20%的增速。目前，我國從事基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)營服務(wù)的企業(yè)，必須取得“北斗系統(tǒng)運(yùn)營服務(wù)許可證”。國內(nèi)有19 家企業(yè)具有分理級服務(wù)正式許可證，有67 家企業(yè)具有試驗(yàn)服務(wù)資質(zhì)5。運(yùn)營服務(wù)具備規(guī)模效應(yīng)，新增用戶的邊際成本低。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)巨頭也積極開拓位置服務(wù)業(yè)務(wù)，衛(wèi)星運(yùn)營服務(wù)將保持快速增長。GSA 預(yù)測全球衛(wèi)星運(yùn)營服務(wù)將保持20%以上的增速，到2020 年衛(wèi)星運(yùn)營服務(wù)將占產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值50%。
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