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2020北斗导航行业相关产业链市场现状分析,北斗导航产业已形成较为完整的产

时间:2020-08-05  阅读:

北斗卫星导航系统主要分为空间段、地面段和用户段三个部分,其中,空间段建设主要包括卫星设计、卫星制造和卫星发射;地面段建设主要包括主控站、注入站和监测站等地面基础网络设施建设,以及地基增强系统建设;用户段主要包括卫星的运营服务,在北斗导航产业中占据主导地位。

运营服务是北斗导航产业的主要驱动力。根据2019年5月SIA公布的数据,2018年全球卫星产业总收入达到2,774亿美元,同比增长3%,其中发射服务收入62亿美元,卫星制造收入195亿美元,地面设备制造收入1252亿美元,卫星服务收入1265亿美元。整体来看,发射服务和卫星制造构成了卫星产业的基础,但收入占比较小;卫星服务和地面设备制造是卫星产业的收入主体,收入占比达到90%以上。

表:北斗卫星导航系统产业链

2020北斗导航行业相关产业链市场现状分析,北斗导航产业已形成较为完整的产业链闭环

资料来源:锐观咨询整理

1、空间段:天基系统建设基本完成

空间段建设主要包括卫星设计、制造和发射三个领域。其中,卫星制造和发射方面,我国企业实力突出,竞争力较强,能够实现整星出口和发射任务,由少数企业所垄断。卫星制造由中国航天科技集团隶属的中国空间技术研究院、上海航天技术研究院、中国卫星等几家机构完成;卫星发射包括中国运载火箭技术研究院(卫星发射)、航天电子(提供卫星发射的控制系统、利用系统、逃逸系统和遥测系统等配套设备)、航天动力(提供液体火箭发动机等配套设备)。

2、卫星制造实现自主可控

卫星制造业分为卫星整星制造和卫星零部件及分系统制造。北斗导航卫星主要由卫星平台和卫星载荷组成,其中,卫星平台是支持和保障有效载荷正常工作的所有服务系统构成的组合体,由测控、数据管理、姿态与轨道控制、推进、热控、结构和供配电等分系统组成;有效载荷包括原子钟、行波管放大器、固态放大器、微波开关、大功率隔离器等5大类19项部件。

图:北斗导航卫星主要组成

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资料来源:锐观咨询整理

北斗卫星的空间平台主要由中国空间技术研究院(航天五院)研制,有效载荷主要由五院西安分院研制。五院西安分院在原子钟、行波管放大器、固态放大器、微波开关、大功率隔离器等5大类19项国产化部件方面推进研制,并以“全国大联合”的开阔视野,抓总组建了由20多家科研院所和高校组成的研制队伍,最终实现了北斗三号卫星的有效载荷部件100%国产化。

3、星基增强系统建设稳步推进

星基增强系统是北斗卫星导航系统的重要组成部分,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)。星基增强系统通过地球静止轨道卫星搭载卫星导航增强信号转发器,可向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息,提高原有卫星导航系统定位精度。按照国际民航标准,开展北斗星基增强系统设计、试验与建设,目前,已完成系统实施方案论证,固化了系统在下一代双频多星座(DFMC)SBAS标准中的技术状态,进一步巩固了BDSBAS作为星基增强服务供应商的地位。

北斗星基增强系统由空间星座部分、地面控制站、运行维护站和用户四个部分组成。地面参考站监测全部可见的北斗卫星,将监测数据通过地面通信网络发送至中心处理站,中心处理站利用所收集到的数据计算各项误差校正信息和完好性信息,其中误差校正信息包括卫星钟差、卫星星历、电离层格网点垂直延迟,完好性信息包括用户差分距离误差UDRE、格网点电离层垂直改正误差GIVE和区域用户距离精度RURA等。中心处理站处理得到的信息通过注入站发送给GEO卫星,GEO卫星通过卫星通信链路广播给用户,用户根据接收到的完好性信息得到北斗卫星和星基增强系统的完好性状况,并根据接收的误差校正信息和北斗卫星的观测数据得到精确的定位及导航参数。

图:北斗星基增强系统示意图

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北斗星基增强系统同其他导航增强系统有所不同,主要特点包括:1)区域覆盖范围广:可以为民航用户在起飞、航路和着陆等各个飞行阶段提供导航服务;2)误差修正能力强:对北斗卫星的卫星钟差、星历误差、电离层延迟、对流层延迟等误差修正值分别单独计算;3)电离层延迟修正精度高:修正电离层延迟时采用格网模型,用户利用格网点上的峰正值获得较为精确的电离层延迟和完好性参数;4)GEO卫星在向用户广播误差和完好性信息的同时,还广播基本的导航信息,使该卫星也提供测距功能,增加了导航星座中卫星的数目,提高了系统的连续性和可靠性。

表:星基增强系统建设目标和规划

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资料来源:锐观咨询整理

北斗星基增强系统于2017年被国际民航组织接纳为星基增强服务供应商,获得3颗地球同步轨道(GEO)卫星的伪随机码资源、北斗星基增强系统服务商标识号和系统标准时间标识号,为系统建设和服务奠定了基础;2018年,北斗星基增强系统按照国际民航标准开展建设和系统测试与验证;2019年,民航局提交北斗星基增强系统民航应用验证评估技术文件,按照系统建设方要求,进行相关验证评估与应用工作;2020年,中国电科成功中标北斗星基增强系统民用服务平台项目。

3、地面段地基增强系统覆盖范围不断扩大

地面段建设主要包括主控站、注入站和监测站等网络设备建设,以及地基增强系统建设。网络设备方面,中电科54所、39所、20所和中国卫星等都参与了地面设施的建设,首颗新一代北斗导航卫星(第17颗)的地面运行控制系统(包括主控站测量通信、星间链路地面管理、星地对接、在轨测试、有效载荷地检等多个方面)均由中电科54所承担。

表:网络设备主要参与单位基本情况

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资料来源:锐观咨询整理

北斗地基增强旨在建立以北斗为主、兼容其他卫星导航系统的高精度卫星导航服务体系。通过北斗/GNSS高精度接收机和地面基准站网,利用卫星、移动通信、数字广播等播发手段,在服务区内提供米级、分米级和厘米级实时高精度导航定位服务。

由中国兵器工业集团和阿里巴巴集团共同打造的千寻位臵网络有限公司,负责国家北斗地基增强系统“全国一张网”的建设,天上的北斗卫星和地上的“一张网”,共同组成了中国北斗高精度定位能力的基础设施,实现部门间、地区间、军民用户间资源统筹和数据共享。

图:北斗地基增强系统组成

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作为导航应用的核心,北斗地基增强系统由基准站网络、数据处理系统、运营服务平台、数据播发系统和用户终端五部分组成。北斗基准站接收北斗、GPS、GLONASS的卫星观测数据和星历数据等,通过通信网络系统实时传输到国家数据综合处理系统,经过处理后生成北斗基准站观测数据、广域增强数据产品、区域增强数据产品、后处理高精度数据产品等,利用卫星广播、数字广播、移动通信等手段播发至北斗/GNSS增强用户终端,满足北斗地基增强系统服务范围内增强精度和完好性的需求。

地基增强系统建设分为基本系统建设和区域加强密度网建设两个阶段。2014年至2016年底,主要完成框架网基准站、区域加强密度网基准站、国家数据综合处理系统,以及国土资源、交通运输、中科院、地震、气象、测绘地理信息等6个行业数据处理中心等建设任务,建成基本系统,在全国范围提供基本服务;2017年至2018年底,主要完成区域加强密度网基准站补充建设,进一步提升系统服务性能和运行连续性、稳定性、可靠性,具备全面服务能力,提供米级、分米级、厘米级和后处理毫米级的高精度位臵服务,目前,已在交通、地震、气象、测绘、国土、科教等行业领域进行了应用推广。截至2019年年底,北斗地基增强系统已在中国范围内建设155个框架网基准站和2200余个区域网基准站。其中,155个框架网基准站大致均匀的布设在中国陆地和沿海岛礁,满足北斗地基增强系统提供广域实时米级、分米级增强服务以及后处理毫米级高精度服务的组网要求;2200余个区域加强密度网基准站以省、直辖市或自治区为区域单位布设,根据各自的面积、地理环境、人口分布、社会经济发展情况进行覆盖,满足北斗地基增强系统提供区域实时厘米级增强服务、后处理毫米级高精度服务所需的组网要求。

海外北斗地基增强站建设方面,以武汉光谷北斗控股集团有限公司为代表少数几个企业积极践行“北斗走出去”战略,在“一带一路”沿线国家推广北斗基础设施建设。2013年北斗首个海外地基增强站已经在泰国落地,未来将建设220个基站实现泰国全境覆盖,巴基斯坦、柬埔寨北斗CORS基准站处于稳步推进当中,未来我国将与马来西亚、缅甸、文莱等东盟国家,以及墨西哥、俄罗斯、伊朗等国签署协议建设更多的海外地基增强站。北斗导航型芯片、模块、高精度板卡和天线已输出到100余个国家和地区,包括30余个“一带一路”国家和地区,海外市场年营收已超过亿元。

目前,北斗地基增强系统已具备在全国范围内提供实时米级、分米级、厘米级,后处理毫米级高精度定位基本服务能力。经测试评估,广域米级、分米级实时差分定位精度,水平分别小于2m、0.5m,垂直分别小于3m、1m;区域厘米级实时差分定位精度,水平小于5cm,垂直小于10cm;后处理毫米级精度定位精度,水平小于5mm,垂直小于10mm。近年来,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,实现了基于星地和星间链路联合观测的卫星轨道和钟差测定,具备定位导航授时服务能力;同时,开展了短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位等服务的地面设施建设。目前千寻位臵基于北斗卫星系统(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基础定位数据,利用遍及全国的超过2400个地基增强站及自主研发的定位算法,通过互联网技术进行大数据运算,为遍布全国的用户提供精准定位及延展服务。

地基增强系统与星基增强系统相结合,可形成更高效的卫星导航高精度定位服务网络,构建了国土测绘、海洋勘探、精准农业、灾害监测、无人机以及无人驾驶等专业应用以及汽车导航、移动手机等大众化应用的高精度位臵服务基础环境。