北斗三号组网完成!四大黑科技吊打GPS,七个行业受益


7月31日上午,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。总书记出席并正式宣布北斗三号组网完成,仪式后总书记还参观了北斗系统建设成果展示。

总书记强调,北斗26年来,参与北斗系统研制建设的全体人员迎难而上、敢打硬仗、接续奋斗,发扬“两弹一星”精神,培育了新时代北斗精神,要传承好、弘扬好。并指出:“中国愿同各国共享北斗系统建设发展成果,共促全球卫星导航事业蓬勃发展。”

▲仪式现场讲话台

▲北斗三号三种卫星模型

北斗卫星导航系统经历了北斗一号系统、北斗二号系统、北斗三号系统三个阶段。目前,最早的北斗一号系统已经放弃使用,正在使用的有北斗二号系统和三号系统。北斗二号系统已向亚太区用户提供稳定服务超过 5 年,在轨运行情况良好。 2017 年至今,我国完成超高密度的北斗三号发射任务,创造了北斗组网发射历史上高密度的新纪录。随着“北斗”地基增强系统提供服务,未来可提供米级、亚米级、分米级,甚至厘米级的服务。

本期的智能内参,我们推荐中国信通院、长江证券关于北斗系统的两份报告,揭秘北斗系统的“黑科技”。

本期内参来源:中国信通院 长江证券

原标题:

北斗技术与产业发展白皮书 》《 北斗大国重器,自主可控典范

作者: 于海宁 等

一、北斗三号正式收官,四大黑科技上线

北斗卫星导航系统( BDS, BeiDou Navigation Satellite System)是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航、授时和短报文通信服务的国家重要空间基础设施。北斗与美国的 GPS、俄罗斯的 GLONASS、欧盟的 Galileo 构成全球四大卫星导航系统。

6月23日9时43分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星,暨北斗三号最后一颗全球组网卫星。至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。

我国北斗卫星导航系统实施明确的“三步走”建设规划:第一步是试验系统阶段,2000 年发射 2 颗地球静止轨道卫星并投入运营,建成“北斗 1 号”系统;第二步是区域系统建设阶段,2012 年“北斗 2号”卫星发射数量达到 14 个,建成覆盖亚太的北斗区域系统;第三步为“北斗 3 号”全球组网,完成 30 颗卫星发射组网,全面建成北斗三号系统。2020 年 6 月 23 日,北
斗三号发射最后 1 颗地球静止轨道卫星,系统全面建成,计划到 2035 年将建成以北斗为核心的综合定位导航授时(PNT)体系。北斗实现全球覆盖,对于军用市场和民用市场都是从 0 到 1 的突破,将推动北斗全球的标配化 。

▲2020 年 6 月,北斗全球系统全面建设完成

在轨卫星数量位列四大导航卫星之首,保障性能优势。继 2018 年、2019 年高密度发射之后,北斗在轨卫星数量跃居四大卫星导航之首。根据格洛纳斯卫星系统官网数据统计,截至 2020 年 6 月 15 日,北斗导航系统卫星数量达 48 颗(包括北二的卫星),而美国的 GPS 卫星数量为 32 颗。与此同时,GALILEO 和 GLONASS 的在轨卫星均不到 30颗。从格洛纳斯监测数据可以看出,北斗系统除了大西洋与太平洋等局部区域卫星覆盖的数量较少,为 6 颗左右以外,其余地区均实现了较深度的覆盖。

尤其在亚太区域,可见卫星的数量大于16颗。虽然为了保持美国的军事优势,美国推出了GPS第三代计划。但其研制和发射的过程进展并不顺利,截至目前,GPS III 仅发射了 2 颗卫星,第三颗卫星预计将于 6 月 30 日发射,进度大幅低于预期。按照美国计划,预计在未来 20 年发射 30 多颗军民两用的第三代 GPS 卫星,每年平均发射 1-2 颗。北斗在轨卫星数量的优势在未来几年内有望持续。

▲北斗卫星导航系统卫星数量情况(颜色越浅越佳)

▲ GPS 导航系统卫星数量情况

▲ 格洛纳斯(GLONASS)卫星数量情况

▲ 伽利略(GALILEO)卫星数量情况

相较于 GPS,北斗系统各项性能优越,全球组网后性能有望全面超越。在 95%的置信度下,北斗导航系统定位精度为水平 10 米、高程 10 米(GPS:水平 9 米、高程 15 米),测速精度为 0.2 米/秒(0.006 米/秒),授时精度为 20 纳秒(GPS:40 纳秒)。实测结果表明,北斗系统服务能力全面达到并优于上述指标。综合来看北斗导航系统性能不逊于,甚至部分指标优于美国 GPS。尤其是在“一带一路”沿线国家和地区,北斗导航的定位精度达到水平 5 米、高程 5 米,较 GPS 存在明显优势。

▲北斗与 GPS 全球服务性能指标

特色服务能力逐渐形成,提供多元化服务。北斗三号系统建立了高精度时间和空间基准,增加了星间链路运行管理设施,北斗已初步形成星基增强、精密定位、短报文通信、国际搜救服务能力、已提供地基增强完全服务能力,构成了集多种服务能力于一体的北斗特色应用服务体系。

计划到 2020 年,全球范围内,北斗提供定位导航授时(RNSS)、全球短报文通信(GSMC)和国际搜救(SAR)三种服务,在中国及周边地区,提供星基增强(SBAS)、地基增强(GAS)、精密单点定位(PPP)和区域短报文通信(RSMC 四种服务。其中,2018 年底全球定位导航授时已向全球开通,2019 年底全球短报文通信、国际搜救和地基增强服务已具备能力,2020 年星基增强、精密单点定位和区域短报文通信服务将形成能力。届时,北斗将为用户提供精度更高、性能更优、功能更强的多元化服务,竞争优势进一步提升。

▲2020 年北斗系统计划提供的服务类型

二、军民两用,真正实现自主可控

卫星导航在国防安全、经济建设、社会生活中具有不可或缺性,北斗系统已经演变成为重大的国家战略和国家行为。由于 GPS 的建设早于北斗 20 余年,已渗透入我们生活的方方面面。然而对 GPS 产生过度依赖,一旦 GPS 停止对国内的服务,将会造成灾难性的后果。例如在军用层面,GPS 有两段频率,一段频率使用 C/A 码作为民用,另一段使用 P 码专属军用。民用码的定位精度远小于军用码,且军用码仅提供给美军和授权机构使用。

如果仅依赖美国的 GPS,一旦战争爆发,出现 GPS 信号被干扰或者关闭,所有的导航手段将全部失效,造成所有的武器和士兵的“失明”。2018 年 4 月,美国介入叙利亚冲突,美军通过关闭叙利亚地区 GPS 民用信号影响使用 GPS 信号制导的武器和定位装置。另外在民用层面,上至航空航天,下至工业、农业、渔业和日常生活等也都依赖于卫星。此外接收信号所需要的 GPS 芯片、GPS 设备的生产商、GPS 导航软件等等,均需缴纳 GPS 专利费用。基于以上考量,无论从国家安全或者经济角度,拥有自主独立的卫星导航定位系统为重中之重。

▲叙利亚地区测量 GPS 信号

▲切断民用 GPS 信号后存在明显中断

北斗全球组网,打开海外市场。叙利亚战争中切断 GPS 信号的做法向全世界 GPS 用户敲响警钟,尤其是军事武器装备市场。受限于自身技术实力和投入负担,自建导航系统对大多数国家无法实现,当前全球仅有 4 个全球定位导航系统,其中格洛纳斯和伽利略的性能较北斗存在明显的落后。

以格洛纳斯为例,由于卫星数量较少,格洛纳斯系统在许多部分区域均未能实现较为深度的覆盖,格洛纳斯加北斗后,可实现全球基本上所有地区 16 颗星以上的覆盖。我们认为北斗实现全球覆盖后,为摆脱单一依赖 GPS 以及提升性能,双模或者多模的形式或将成为主流,北斗龙头厂商有望受益。

▲格洛纳斯(GLONASS)卫星数量情况

▲格洛纳斯+北斗卫星数量情况

国内卫星导航与位置服务产业产值保持高速增长,但占全球市场份额依然较低,海外市场空间巨大。近年来我国卫星导航与位置服务产业稳定、较快速的增长。2019 年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达 3450 亿元,较 2018 年增长 14.4%,其中,与卫星导航技术研发和应用直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等核心产值同比增长 9.1%,为 1166 亿元,在总产值中占比为 33.8%。

北斗应用对核心产值的贡献率超过 80%。随着“北斗+”和“+北斗”应用的推进,由卫星导航衍生带动的关联产值继续保持较高速度增长,达到了 2284 亿元,同比增长 17.3%。但国内 GNSS 产业占全球市场份额依然相对较低,根据欧盟发布的《全球导航卫星系统市场报告》测算,2017 年国内 GNSS 市场份额为 10%,虽然比 2012 年增长 3pct,但依然远低于美国(28%)、欧洲(27%)和日本(20%)。根据欧洲全球卫星导航系统管理局(GSA)的估计,全球年产值将从 2019 年的 1507 亿欧元提升至 2029 年的 3244亿欧元,CAGR 为 7.97%。

▲我国卫星导航与位置服务产业产值快速增长

▲2017 年全球 GNSS 产业市场份额分布情况

三、产业链快速发展,七大下游产业受益

作为国家重大信息基础设施,北斗系统 2012 年底正式提供区域服务以来,系统连续稳定运行,性能指标稳中有升。随着中国北斗卫星导航系统建设步入快车道,相关关键技术全面突破,北斗卫星导航定位在应用方面更是遍地开花,除交通、海事、电力、民政、气象、渔业等传统行业外,北斗应用也走向普通民众生活,共享单车,双频北斗高精度智能手机等落地产品日益丰富。 我国已形成包括基础产品、应用终端、运行服务等较为完整的北斗产业体系,正在从行业应用拓展到大众应用,呈现快速发展局面。

中国的 GNSS 产业发展迅速,占全球市场的 11%。欧洲与日本由于工业体系发达, 其 GNSS 产业发展在某些细分领域有一定的技术优势;俄罗斯导航卫星起步早,但其对卫星的产业发展才刚刚开始重视。

▲ 全球 GNSS 产业市场份额分布

据 2018 年发布的《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》,中国 GNSS 产业占全球市场份额的 11%, 北斗卫星导航系统及其兼容产品在国民经济重要行业和关键领域得到广泛应用,在大众消费市场逐步推广普及,对国内卫星导航应用市场的重要应用领域贡献率达到80%以上,在全球市场具备较强的国际竞争力。

北斗的基础类产品主要包括芯片、板卡、天线、接收机和导航电子地图等,是北斗应用产业链的基础和核心,北斗应用产业的发展离不开基础产品的支持,北斗应用产业的发展将首先带动基础产业的发展。北斗导航的基础类产品有较高的技术要求、进入壁垒高,拥有基础产品研发实力的企业具有较强的竞争力。 总体来说,北斗系统的上线,以下七个产业获益最大:

1、 智慧城市

北斗导航技术与地基增强技术、 5G 等多种技术融合,可以极大地扩展导航的范围,有效提升时空信息的精确度,为用户提供稳定可靠的服务。 随着北斗三号系统性能的持续提升,北斗作为物联网的一个重要组成部分,主要在感知、 网络两个层面体现 GPS 所不具备的优势。在感知层方面, 北斗的定位、 授时功能可完成精准时间信息和位置信息感知;在网络层面,北斗短报文通信功能可实现感知信息和控制信息的全天候、全天时、无缝传递。

随着北斗、物联网、移动互联网、云计算、边缘计算、人工智能、机理模型、数字孪生等新技术群落的爆发性和融合性发展,数据的沉淀、算力的提升、算法的革新、网络设施的完善以及应用场景的持续丰富,相关行业标准、法律法规的不断健全,以及政府政策以及顶层规划的不断推进,再加上行业联盟、协会以及高校、科研院所的多元参与,“北斗+数据”应用作为创新驱动发展的新动能,将会加速推动经济转型升级、提升政府治理能力、服务民生社会事业。

可以说,拥抱“北斗+数据”融合创新,是保障我国实现科技跨越发展、产业优化升级、生产力整体跃升的必然选择,更是推进创新和社会价值完美融合、构建“智慧城市”新格局的最佳途径之一