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一文读透北斗导航技术,终结美国卡脖子?

时间:2019-06-11 阅读:
目前,我国卫星导航与位置服务领域企事业单位数量保持在14000家左右,从业人员数量超过50万。在用户段方面,北斗系统产业链又包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等。

北斗导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统,打破了美国GPS系统垄断的局面,增强了我国在国际卫星导航领域的话语权和主动权。

申万宏源的北斗导航系统报告中,介绍了全球四大卫星导航系统及北斗导航系统产业链情况,并梳理出我国北斗导航产业链公司及科研院所。

小编整理该报告后,将其干货呈现给大家:

一、全球四大卫星导航系统:美、俄、欧、中

全球卫星导航系统(GNSS),是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。

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其中,全球卫星导航系统主要包括空间段、地面段及用户段三部分:

  1. 空间段:主要由导航卫星组成;
  2. 地面段:由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统)、地面天线(在主控站的控制下,向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成;
  3. 用户段:主要由接收机和卫星天线等组成。

我国北斗系统在2000年开始启动,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统,也使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家,北斗系统打破了美国GPS系统垄断的局面,增强了我国在国际卫星导航领域的话语权和主动权。

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目前,比较完善的全球卫星导航系统已有四大系统,仅GPS及GLONASS完成全球组网,四大系统内呈现出多方竞争的局面:

  1. 美国GPS:1994年完成全球组网,高达98%的全球覆盖率。
  2. 俄罗斯GLONASS:前苏联于1995年完成组网,2010年正常运行。
  3. 欧盟Galileo:欧盟于1999年初正式推出伽利略计划,现已基本实现全球信号覆盖。
  4. 中国北斗:国内北斗系统建设“三步走”,预计2020年完成全球组网。

由于北斗系统具有短报文通信、高精度定位等功能,在全球四大卫星导航系统中后来者居上。

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一是短报文通信:北斗卫星导航系统采用卫星无线电测定(RDSS)与卫星无线电导航(RNSS)集成体制,既能像GPS、GLONASS、GALILEO系统一样,为用户提供卫星无线电导航服务,又具有位置报告及短报文通信功能,短报文通信是北斗系统特有的功能。

短报文是指卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够通过卫星信号进行双向的信息传递,而GPS只能单向传递。短报文意味着信息传递的效率更高,比如在普通移动通讯信号不能覆盖的情况下,北斗终端就可以通过短报文进行紧急通讯。

二是高精度定位:北斗系统提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。北斗系统能够通过多频信号组合使用等方式,在形式上做到兼容、互操作其他导航系统,以提高服务精度。

同时,北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其低纬度地区性能特点更为明显。2018年12月27日,北斗系统提供全球服务,全球定位精度达3.6米,亚太区域定位精度达2.6米。

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2012年年底,“北斗二号”系统(16颗卫星),建设完成,向亚太地区提供服务。

2020年底,我国将全面完成北斗三号系统建设。“北斗三号”计划发射35颗卫星实现全球组网,截止2019年5月17日,“北斗三号”计划已累计发射22颗卫星,仍有13颗卫星尚待发布。而随着北斗三号卫星的发射,上游产品配套需求及下游场景应用领域将进一步得到拓展,从而带来行业整体需求持续扩大,北斗产业迎来布局良机。

二、北斗军用系统达先进水平,民用市场爆发在即

在军用领域,北斗是军队信息化建设的基础,预计2025年市场规模或超250亿。北斗系统的优良性能可以助力军队优化作战行动流程,联接作战力量、指控系统和作战平台,实现作战指令分秒级下达,加速军队指挥控制方式向“一体化”和“扁平化”方向发展。

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北斗三代建成后,国内军用北斗系统将达世界先进水平,兼具独立性、全球性及攻击性。随着我国国防经费总量持续增加,未来有望向装备信息化倾斜,对标美国军用GPS投入军费占比,预计2025年我国军用北斗导航市场规模有望超250亿元。

而在民用方面,北斗系统主要有行业市场、大众市场及特殊市场三大应用市场。

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1)行业市场:主要包括交通运输、电力应用及农业等行业,目前行业市场处于规模化应用发展期,未来增长速度有望加快;

目前,北斗导航的位置、导航及授时功能已经成功应用于车船监管、电力、农业等市场。当前,很多北斗行业细分市场目前仍处于起步阶段,主要成长动力来自国家政策及重点示范项目的推动,但随着交通运输、精准农业、市政管理、安全监测、电力等细分领域的稳定增长,更多市场机会将不断涌现,市场未来潜力巨大。

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目前我国已建成全球最大的营运车辆动态监管系统,已有超过617万辆道路营运车辆,3.56万辆邮政和快递车辆,36个中心城市8万辆公交车,370艘交通运输公务船舶、近6万渔船、3230座内河导航设施,2960座海上导航设施安装使用或兼容北斗系统。

2)大众市场:主要包括智能网联汽车、智慧城市及可穿戴设备等市场,大众市场处于标配化应用启动期,未来增长潜力巨大;

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在智能网联汽车行业,北斗系统主要应用于:自动驾驶、智能座舱、车路协同等方面,北斗系统的高精度定位是智能网联汽车感知的关键基础技术。

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据《2018中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示,2017年我国北斗车联网的市场渗透率为7.1%,北斗在未来无人驾驶预计将达到50%的渗透率,若假设北斗车联网的市场渗透率仍达到7%,预计2021年我国北斗车联网产值将超过100亿元。

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与此同时,在智慧城市行业,北斗系统主要应用于智慧交通、智慧养老、城镇供热、供水排水等方面,国家北斗服务网已经为全国超300座城市的各种行业应用提供北斗服务。

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而在可穿戴市场方面,目前,小米、华为等市场主导企业的产品也已全面支持北斗系统,并于2018年上市了中国首创的“北斗芯”智能腕式手机。2021年中国穿戴式设备产值有望超500亿美元。

3)特殊市场:主要包括公安、防灾减灾等市场,特殊市场处于维持稳定增长期,仍是北斗行业需求扩张的重要领域之一。

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特殊市场涉及军用、警用、防灾减灾、应急救援、公共安全等,是国产替代最关键的领域,也是北斗应用最快、最稳定的市场之一。目前三级北斗公安应用体系已建成,2020年北斗警务车载终端的配备率预计达100%。

三、北斗产业链:三段组成,用户段市场化特征明显

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三大部分组成,导航用户段又可以细分为上中下游产业:

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  1. 上游基础部件是产业自主可控的关键环节,基础部件作为自主可控最关键的部分,主要由基带芯片、射频芯片、板卡、天线等构成;
  2. 中游主要包括终端集成和系统集成,是产业发展的重点;
  3. 下游的解决方案和运维服务提供众多行业应用。

卫星导航产业链中的中间段及地面段两个环节,是国家核心基础设施,主要由国家投资完成,而导航用户段产业链环节,主要通过市场运作来满足社会需求。

目前,我国卫星导航与位置服务领域企事业单位数量保持在14000家左右,从业人员数量超过50万。截至2018年底,业内相关上市公司(含新三板)总数为51家,上市公司涉及卫星导航与位置服务的相关产值约占全国总产值的10.74%。

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空间段由由航天科技集团下属单位主抓,地面段的研制生产以中电科集团等为主导,用户段的产品及系统市场化特征较为明显,参与主体众多,包括军工集团下属公司、地方国企参军公司及较多民参军企业。

在用户段方面,北斗系统产业链又包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等。

用户段又可以细分为上中下游产业:

  1. 上游基础部件是产业自主可控的关键环节,基础部件作为自主可控最关键的部分,主要由基带芯片、射频芯片、板卡、天线等构成;
  2. 中游主要包括终端集成和系统集成,是产业发展的重点;
  3. 下游的解决方案和运维服务提供众多行业应用。

产业链上游的芯片、天线、GIS、板卡、地图、模拟源等已实现全面配套,国内自主研发的北斗芯片等基础产品,已进入规模应用阶段。

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据中国卫星导航定位协会统计,2018年国产北斗双频SOC芯片及国产五模四合一北斗三代芯片的推出,标志着我国已经迈入导航芯片技术先进国家的行列;国产北斗兼容型芯片及模块销量已突破7000万片,性能价格比肩国际水平,国产高精度板卡和天线销量也分别占国内市场的30%和90%。

中游的手持型、车载型、船载型、指挥型等各类应用终端已经广泛使用在各个行业,品类已初具规模。

终端产品种类较多,可分为专业和大众两大领域。专业领域包括高精度测量、GIS数据采集、车辆调度终端等,大众消费领域主要有便携式自动导航系统(PND)、车载导航设备等。

在便携式或专用导航终端领域,民用市场竞争激烈、品牌众多,市场份额相对分散,军用市场进入壁垒相对较高,国内企业具有优势。

下游的运营服务和系统集成业已在各领域进行了探索应用。

下游是基于运营维护服务的各种应用领域。运营维护服务是通过对卫星信号的处理、转化,为终端用户提供综合服务,如实时路况信息、定位、导航及通信等。

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2018年产业链各环节产值较2017年均有明显提升,其中下游产值增长最快。而2018年产业链中游产值在总产值中占比最大、下游其次、上游最小。

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综合啊来看,对于我国而言,建设自主的卫星导航系统在国家安全、经济效益、技术储备等方面有重要的战略意义。

随着2020年前后,“北斗三号”计划发射35颗卫星实现全球组网,北斗导航系统将实现全球覆盖、向全球提供服务,其上游产品配套需求及下游场景应用领域将进一步得到拓展,北斗产业将迎来发展新机遇。

(本文内容及图表来源自申万宏源研究报告;智东西整理)

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