中国北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS)由中国自行研制。自20世纪后期开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成了“三步走”发展战略:
(1)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,建成北斗一号系统,向中国提供服务;
(2)区域系统建设阶段:2012年北斗二号卫星发射数量达14个,建成覆盖亚太地区的北斗区域系统;
(3)北斗三号全球组网:到2020年将完成35颗北斗三号卫星的组网,向全球提供相关服务。
北斗三号将增加性能更优的现代化公开信号B1C和B2a,按照国际标准提供星基增强服务(SRAS)及搜索救援服务(SAR)。完成北斗地基增强系统建设,为国内用户提供实时分米级/厘米级、事后毫米级服务。计划利用北斗系统GEO卫星B2b信号播发高精度增强信号,为亚太地区提供动态分米级,静态厘米级导航定位服务。
截至2019年底,北斗三号系统已成功发射28颗全球组网卫星(2017年2颗、2018年17颗、2019年9颗),24颗中圆地球轨道卫星(MEO卫星)组成的核心星座部署完成,为进一步提升系统服务性能和用户体验,实现全球组网奠定坚实基础。目前,系统运行平稳,经全球范围测试评估,在全球区域定位精度优于10米,亚太区域定位精度优于5米,满足指标要求。按中国卫星导航系统管理办公室发布的北斗工程计划,2020年上半年我国还将发射两颗北斗三号地球静止轨道卫星(GEO卫星),将比预定目标提前半年完成全部30颗北斗三号组网卫星发射,届时将提供星基增强、短报文通信、国际搜索救援、精密定位等新服务,并向全球播发性能更优的导航信号。
图:北斗卫星导航系统“三步走”发展策略
资料来源:公开资料整理
1、增强系统与高精度定位的实现
增强系统发挥配合作用,提高定位精度达厘米级。主流增强系统为星基增强系统和地基增强系统,是全球主流卫星导航系统的补充,通过差分校正数据实现定位精度的提高。本质上而言,星基增强系统主要是接收天上卫星发射的修正信号来实现定位精度的改进,属于广域差分增强系统(SBAS);地基增强系统属于局域差分增强系统(GBAS),是通过接收地面基准站网提供的差分修正信号达到提高卫星导航精度的目的,优化后的定位精度可以从毫米级至亚米级不等。星基增强系统在航空航海应用上更具备优势,地基增强系统的应用涵盖测绘勘探、监测控、驾考驾培、精准农业等专业领域,及交通导航、旅游、应急救援等大众领域。
表:北斗地基增强系统与星基增强系统的对比
资料来源:公开资料整理
北斗地基增强系统由基准站网络(CORS站)、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五部分组成。北斗基准站接收北斗导航卫星发射的导航信号,经通信网络传输至数据综合处理系统,处理后产生修正信号,通过卫星、数字广播、移动通信方式等实时播发,实现北斗地基增强系统服务覆盖范围内实时米级、分米级、厘米级和后处理毫米级高精度定位服务。
目前全国各省市均建设了区域型的地基增强系统,普遍由当地测绘局牵头建设。全国性的北斗地基增强系统则由中国兵器工业集团和阿里巴巴出资成立的千寻位置负责建设。2018年5月23日,北斗地基增强系统已完成基本系统研制建设,具备为用户提供广域实时米级、分米级、厘米级和后处理毫米级定位精度的能力。国家级北斗地基增强系统的建设对加速推进北斗卫星导航应用与产业化具有重要意义。
2、2018年11月,北斗已建成基准站数量超过2200个
2018年11月,北斗已建成基准站数量超过2200个,成为全球基站数量最多、覆盖范围最广、运行稳定的地基增强系统。星基增强系统克服地基增强覆盖范围有限的缺点,除通信信号覆盖的范围,还能够在通信信号覆盖不到的高空、海上、沙漠、山区实现高精度定位。目前国内比较成熟的星基增强系统有合众思壮“中国精度”星基增强系统以及中海达“全球精度”系统HI-RTP,此外千寻位置也具备通过星基增强系统提供位置服务的能力。通过星基增强系统与地基增强系统相结合,可形成更高效的卫星导航高精度定位服务网络,为国土测绘、海洋勘探、精准农业、灾害监测、无人机以及无人驾驶等领域的专业应用以及汽车导航、移动手机等大众化应用提供更有效的高精度位置服务基础环境,具有广阔的应用市场。
表:北斗星基增强系统(BDSBAS)建设目标与规划
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北斗全球精密定位系统——夔龙系统:2016年11月1日,在第十一届珠海航展现场,中国航天科技集团公司宣布我国首个北斗全球“厘米级”定位系统建设工作,该系统命名为“夔龙系统”。
表:夔龙系统建设目标与规划
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3、长期催化:
全球政治局势动荡,经济逆全球化趋势显现,北斗的发展有利于进一步实现GNSS国产化,增强我国政治经济实力。
中美贸易关系不稳定,北斗作为中国国产化标杆性行业,战略价值凸显。
北斗系统最初起源于军用,受当前我国军工市场提升信息化、军民融合等政策推动,具备较强科研实力的厂商具备较大发展机会。
短期催化(政策密集出台):
2016年10月,《关于加快推进“一带一路”空间信息走廊建设与应用的指导意见》发布,明确定位北斗在“一带一路”中的经济发展支撑作用。
2017年6月,国家发改委、海洋局发布《“一带一路”建设海上合作设想》,提出加强北斗卫星导航系统在海洋领域应用的国际合作,为沿线国提供卫星定位应用与服务。
2017年8月,农业部、发改委、财政部联合印发《关于加快发展农业生产性服务业的指导意见》,加快推广基于北斗系统的作业监测、远程调度、维修诊断等大中型农机物联网技术。
2017年11月,交通部、中央军委装备发展部印发《北斗卫星导航系统交通运输行业应用专项规划(公开版)》,大力推动北斗交通行业应用,在铁路、公路、水路、民航、邮政等交通运输全领域实现北斗系统应用。
2018年1月,发改委发布《智能汽车创新发展战略》(意见征求稿),明确提出:建设覆盖全国的车用高精度时空服务系统。充分利用已有北斗地基增强网,建立车用网络高精度统一时间体系,提供全国统一的车用高精度时空服务。
2018年5月,完成《中华人民共和国卫星导航条例》征求意见稿,中国卫星导航条例立法加速有助于进一步规范北斗系统建设、管理和应用,以确立北斗系统作为国家信息基础设施的法律地位。
目前,北斗系统已广泛应用于交通、海事、电力、民政、气象、渔业、测绘、矿产、公安、农业、林业、国土、水利、金融等十几个行业领域。截至2018年底,各类国产北斗终端产品应用规模已累计超过8000万台/套,采用北斗兼容芯片的终端产品社会总保有量接近7亿台/套(含智能手机),北斗应用正在诸多领域迈向“标配化”发展的新阶段。
专业市场仍待普及:在区域、行业示范应用项目支持下,北斗在交通、船舶监控、驾考驾培、精准农业、灾害监测等诸多行业进行了应用,但是行业实际应用份额仍然较少。
高精度定位市场仍处于启动期:从国家安全和战略经济领域的应用需求来讲,在航空、铁路、通信、电力、金融等多个行业需要实时分米级、厘米级、授时纳秒级系统精度。当前北斗地基增强系统已完成建设,广域精密定位系统全面启动,面向高精度位置和时间服务需求,技术标准统一、服务多功能、信息互联互通是确保未来高精度应用推广快速推进的保障。
卫星导航市场广阔空间:2018年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达3016亿元,较2017年增长18.3%,其中与卫星导航技术研发和应用直接相关的,包括芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值达1069亿元,占总产值的35.44%,北斗对产业的核心产值贡献率达80%,由卫星导航衍生带动形成的关联产值达1947亿元。预计至2020年,我国卫星导航产业的规模将超过4000亿元,北斗将拉动超过3000亿元规模的市场份额,北斗导航产业在未来相当长一段时间内还有很大的发展空间。
随着2020年北斗系统服务范围覆盖全球,2035年建设完善更加泛在、融合、智能的综合时空体系,北斗产业将迎来由技术融合创新和产业融合发展共同带来的升级变革。未来,北斗高精度定位、导航、授时(PNT)技术创新及应用是未来发展热点。北斗与物联网技术、云计算、5G等技术融合成为行业信息化的支撑技术,也是北斗产业发展的推动力。
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