全球四大衛星定位系統：GPS，北斗，Galileo，GLONASS

全球衛星導航系統（GNSS，Global Navigation Satellite System）能在地球表面或近地空間的任何地點為適當裝備的用戶提供24h、三維坐標和速度以及時間信息的空基無線電定位系統，包括一個或多個衛星星座及其支持特定工作所需的增強系統2。目前，全球范圍內，能實現全球覆蓋的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是美國國防部發射并管理的全球衛星定位系統。目前，GPS是全球使用最廣泛的衛星導航系統，可為地球表面絕大部分地區（98%）提供較為準確的定位、測速和高精度的標準時間。GPS系統由新舊衛星共同組成，新一代衛星GPSIII是對舊GPS衛星的替換和升級，信號可靠性、準確性均有所提升，且不具備選擇可用性（SA）功能（在全球范圍內有意降低民用GPS精度）。目前，GPS III已成功發射SV01和SV02兩顆衛星，剩余8顆衛星計劃于2023年前發射完成。

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

GLONASS：是由蘇聯（現由俄羅斯）研制建設的衛星導航系統，可為提供全天候、高精度的三維位置、三維速度和時間信息。GLONASS于2011年年底實現全球覆蓋，目前有24顆衛星正常工作3。

衛星導航一般需要至少4 顆衛星。衛星至用戶間的距離測量是基于衛星信號的發射時間與到達接收機的時間之差，稱為偽距。為了計算用戶的三維位置和接收機時鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4 顆衛星的信號。

衛星導航基本原理

全球衛星導航系統由三部分構成：地面段、空間段、用戶段。

衛星導航系統三大組成部分

? 地面段：由主控站、監測站、時間同步/注入站等組成。主控站：導航衛星系統地面信息處理和運行控制的中心，主要功能包括建立系統的時間和空間基準、生成導航電文、監測衛星鐘等有效載荷并實現對其調整和控制、分析衛星星座性能從而支持衛星的軌道維持，導航系統一般有一個主控站即可滿足要求。注入站：地面無線電發射站，接收主控站送來的導航電文和衛星控制指令，在主控站的控制下，經射頻鏈路上行發送給各導航衛星。監測站：導航衛星系統中對衛星實施監測和采集數據的衛星信號接收站，根據任務的不同可分為時間同步與軌道確定監測站和完好性監測站1。

? 空間段：全球定位衛星系統的空間衛星星座一般由30 顆左右的導航衛星組成，運行地球靜止軌道、傾斜地球同步軌道、中圓地球軌道，依據其結構設計分布在3 個或6 個軌道平面上，相鄰軌道間的夾角相同。導航衛星在空中連續發送帶有時間和位置信息的無線電信號，供導航信號接收機接收。

? 用戶段：包括芯片、模塊、天線等基礎產品，以及終端產品、應用系統與應用服務等。其中，導航信號接收機是通過捕獲并跟蹤衛星的運行，測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據，從而進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息的終端產品。

衛星導航技術具備高精度、全天候、高效率、多用途等主要優勢，代表導航技術的發展方向。導航技術按獲得導航信息的技術不同可分為慣性導航、無線電導航、天文導航等。

? 慣性導航：以牛頓經典力學原理為基礎，通過慣性測量獲得載體的加速度矢量信息，結合給定初始條件（初始位置、速度矢量等）和已知數據（重力、時間等）解算及提供導航參數的導航方式；

? 無線電導航：載體借助于無線電導航設備，確定自己在指定坐標系中的位置，引導載體沿預定航線航行的技術手段。從導航臺的所在位置來判定導航的性質，主要有陸基導航系統和星基導航系統，衛星導航系統即為星基導航系統；

? 天文導航：以已知準確空間位置的、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，并通過光電或射電方式被動探測天體位置，解算測量點經度、緯度、航向和姿態等信息的技術手段，是傳統的自主導航技術。

美、中、俄、歐是全球衛星導航系統主導者

目前全球在軌導航衛星138 顆，占衛星總數7%。據UCS 和北斗網統計，截至2019 年4月1 日，全球在軌衛星總計2，062 顆，其中共有138 顆為導航衛星，占比7%。

? 從國別來看：美國GPS/俄羅斯GLONASS/中國北斗導航/歐盟Galileo 在軌衛星數量占比分別為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、日本采用高軌衛星，美國、俄羅斯、歐盟全部采用中軌衛星。以中高軌部署導航星座，成本較為低廉，20~30 顆衛星即可實現全球信號覆蓋。

各大導航系統衛星制造商集中在少數廠商，北斗導航衛星均為中國空間技術研究院研制。

GNSS 設備零部件制造集中度高，Qualcomm 與Broadcom 合計占比40%；增值服務領先企業以互聯網科技巨頭為主。

北斗衛星導航系統步入全球時代

北斗衛星導航系統全球組網新時代正式開啟

北斗衛星導航系統的建設按照“先有源、后無源”、“先區域、后全球”的發展思路，按照“三步走”的總體規劃分布實施。北斗三號組網結構由3 顆靜止軌道衛星（GEO）、3顆傾斜軌道衛星（IGSO）、24 顆中軌道衛星（MEO）組成，此外還包括5 顆試驗衛星；MEO 衛星均勻分布在3 個軌道面。

? 北斗二號：2012 年正式向亞太地區提供服務。2007 年，北斗二號第一顆組網衛星成功發射，目前已建成了由14 顆組網衛星和32 個地面站天地協同組網運行的北斗二號衛星導航系統。

? 北斗三號：計劃于2020 年向全球用戶提供基本導航、短報文通信、星基增強、國際搜救、精密單點定位服務。2017 年11 月5 日，北斗三號第一、二顆組網衛星成功發射，開啟了北斗衛星導航系統全球組網的新時代。2018 年12 月27 日，北斗三號基本系統正式向“一帶一路”及全球提供基本導航服務。2019 年6 月25 日，第四十六顆北斗導航衛星成功發射。該衛星是北斗三號系統的第二十一顆組網衛星、第二顆傾斜地球同步軌道衛星，未來北斗系統覆蓋能力和服務性能有望提升。

北斗三號原子鐘精度提高一個數量級。原子鐘是導航衛星的最關鍵載荷之一，是時頻分系統的心臟，決定導航系統導航定位、測速及授時精度。目前主要有銫原子鐘、銣原子鐘、被動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 月發射的北斗三號組網衛星搭載了更高性能的銣原子鐘（天穩定度E-14 量級）和氫原子鐘（天穩定度E-15 量級）

信號體制兼容性大幅提升。由于導航信號頻譜資源有限，導航信號頻譜之間難免會由于頻譜重疊而產生信號干擾。因此，提升導航系統信號體制的兼容性對推廣系統應用至關重要。北斗三號新增B1C 與B2a 信號，從而實現了與GPS 等系統的兼容。

北斗三代在L5/E5/B2 Band 以及L1/E1/B1 Band 實現與GPS 等系統的兼容

北斗加速應用推廣進程，市場開發潛力巨大

預計2020 年我國衛星導航產業產值達4，000 億元

? 總體來看：2018 年我國衛星導航與位置服務產業產值達3，016 億元、YoY+18%，2012~2018 年CAGR 24%；其中，2012/2013/2015 年北斗導航占產業產值比重分別為5%/10%/20%；根據《國家衛星導航產業中長期發展規劃》，2020 年中國衛星導航定位產業產值將達到4，000 億元，官方預計占全球市場1/5 份額；北斗系統對國內衛星導航應用市場的貢獻率達到60%，北斗市場有望達2，400 億元。

? 分產業鏈環節來看：2017 年終端集成和運營服務持平，占比均為37%。終端集成YoY-5ppt，到2020 年其占比會持續下降；運營服務增速最快、YoY+6ppt，官方預計2020 年其占比將提升至50%；系統集成2017 年占比15%，官方預計2020 年占比略有增加。

芯片與板卡是核心競爭力，產業格局正在起變化

基礎類產品：以技術與成本優勢構筑護城河

芯片及板卡是產業應用關鍵所在。芯片及板卡等基礎產品決定了導航產品的定位精度等技術性能指標，相當于電腦的CPU 與主板。北斗芯片與板卡的產業化應用直接決定著終端的重量、體積、性能和成本，也決定下游應用的推廣。

北斗芯片和OEM板主要產品

終端產品：以技術深度融合的智能化產品構筑護城河

終端產品受制于基礎類產品的技術發展。此前，國產終端零部件成本較高，以至于北斗終端產品與GPS 終端產品相比不具備性價比優勢，尤其在對價格敏感的消費級領域，難以得到推廣應用。隨著國產技術的不斷成熟，國產化替代、零部件成本下降是必然趨勢，北斗終端的民用及消費級應用將得到推廣。根據中位協數據統計，截至2013年，我國北斗終端保有量達130 萬臺、YoY+465%；2016 年帶衛星導航功能的智能手機共計5.1 億臺，其中具有北斗功能的占比30%。

技術深度融合是終端產品的趨勢。隨著移動通信、物聯網等技術的不斷發展，GNSS 接收器、導航衛星測繪儀器、消費級領域的車載導航、智能手機等產品呈現智能化發展。將北斗導航技術與通信、物聯網、人工智能等技術進行深度融合，生產智能化終端產品的企業將會在未來終端市場更具競爭優勢。

終端產品

系統集成與運營：以資質壁壘與規模效應構筑護城河

GSA 預測全球衛星運營服務將保持20%的增速。目前，我國從事基于北斗導航系統運營服務的企業，必須取得“北斗系統運營服務許可證”。國內有19 家企業具有分理級服務正式許可證，有67 家企業具有試驗服務資質5。運營服務具備規模效應，新增用戶的邊際成本低。隨著移動互聯網的迅猛發展，互聯網巨頭也積極開拓位置服務業務，衛星運營服務將保持快速增長。GSA 預測全球衛星運營服務將保持20%以上的增速，到2020 年衛星運營服務將占產業產值50%。
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