全球四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)：GPS，北斗，Galileo，GLONASS

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（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(tǒng)，包括一個或多個衛(wèi)星星座及其支持特定工作所需的增強系統(tǒng)2。目前，全球范圍內，能實現(xiàn)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(fā)射并管理的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。目前，GPS是全球使用最廣泛的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供較為準確的定位、測速和高精度的標準時間。GPS系統(tǒng)由新舊衛(wèi)星共同組成，新一代衛(wèi)星GPSIII是對舊GPS衛(wèi)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(fā)射SV01和SV02兩顆衛(wèi)星，剩余8顆衛(wèi)星計劃于2023年前發(fā)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(wèi)星系統(tǒng)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(tǒng)更好的定位服務。Galileo計劃發(fā)射30顆衛(wèi)星，目前已發(fā)射28顆（包括2顆測試衛(wèi)星、2顆退役、2顆無法使用）。Galileo曾多次發(fā)生過短期服務中斷。

GLONASS：是由蘇聯(lián)（現(xiàn)由俄羅斯）研制建設的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，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(xiàn)全球覆蓋，目前有24顆衛(wèi)星正常工作3。

衛(wèi)星導航一般需要至少4 顆衛(wèi)星。衛(wèi)星至用戶間的距離測量是基于衛(wèi)星信號的發(fā)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(wèi)星的信號。

衛(wèi)星導航基本原理

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)由三部分構成：地面段、空間段、用戶段。

衛(wèi)星導航系統(tǒng)三大組成部分

? 地面段：由主控站、監(jiān)測站、時間同步/注入站等組成。主控站：導航衛(wèi)星系統(tǒng)地面信息處理和運行控制的中心，主要功能包括建立系統(tǒng)的時間和空間基準、生成導航電文、監(jiān)測衛(wèi)星鐘等有效載荷并實現(xiàn)對其調整和控制、分析衛(wèi)星星座性能從而支持衛(wèi)星的軌道維持，導航系統(tǒng)一般有一個主控站即可滿足要求。注入站：地面無線電發(fā)射站，接收主控站送來的導航電文和衛(wèi)星控制指令，在主控站的控制下，經射頻鏈路上行發(fā)送給各導航衛(wèi)星。監(jiān)測站：導航衛(wèi)星系統(tǒng)中對衛(wèi)星實施監(jiān)測和采集數(shù)據的衛(wèi)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(jiān)測站和完好性監(jiān)測站1。

? 空間段：全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)的空間衛(wèi)星星座一般由30 顆左右的導航衛(wèi)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(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)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(tǒng)與應用服務等。其中，導航信號接收機是通過捕獲并跟蹤衛(wèi)星的運行，測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)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(wèi)星導航技術具備高精度、全天候、高效率、多用途等主要優(yōu)勢，代表導航技術的發(fā)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(shù)據（重力、時間等）解算及提供導航參數(shù)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(tǒng)和星基導航系統(tǒng)，衛(wèi)星導航系統(tǒng)即為星基導航系統(tǒng)；

? 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(tài)等信息的技術手段，是傳統(tǒng)的自主導航技術。

美、中、俄、歐是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)主導者

目前全球在軌導航衛(wèi)星138 顆，占衛(wèi)星總數(shù)7%。據UCS 和北斗網統(tǒng)計，截至2019 年4月1 日，全球在軌衛(wèi)星總計2，062 顆，其中共有138 顆為導航衛(wèi)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(wèi)星數(shù)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(wèi)星，美國、俄羅斯、歐盟全部采用中軌衛(wèi)星。以中高軌部署導航星座，成本較為低廉，20~30 顆衛(wèi)星即可實現(xiàn)全球信號覆蓋。

各大導航系統(tǒng)衛(wèi)星制造商集中在少數(shù)廠商，北斗導航衛(wèi)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(yè)以互聯(lián)網科技巨頭為主。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)步入全球時代

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球組網新時代正式開啟

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

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

? 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(wèi)星成功發(fā)射，開啟了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球組網的新時代。2018 年12 月27 日，北斗三號基本系統(tǒng)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(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星是北斗三號系統(tǒng)的第二十一顆組網衛(wèi)星、第二顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，未來北斗系統(tǒng)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(shù)量級。原子鐘是導航衛(wèi)星的最關鍵載荷之一，是時頻分系統(tǒng)的心臟，決定導航系統(tǒng)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(fā)射的北斗三號組網衛(wèi)星搭載了更高性能的銣原子鐘（天穩(wěn)定度E-14 量級）和氫原子鐘（天穩(wěn)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(tǒng)信號體制的兼容性對推廣系統(tǒng)應用至關重要。北斗三號新增B1C 與B2a 信號，從而實現(xiàn)了與GPS 等系統(tǒng)的兼容。

北斗三代在L5/E5/B2 Band 以及L1/E1/B1 Band 實現(xiàn)與GPS 等系統(tǒng)的兼容

北斗加速應用推廣進程，市場開發(fā)潛力巨大

預計2020 年我國衛(wèi)星導航產業(yè)產值達4，000 億元

? 總體來看：2018 年我國衛(wèi)星導航與位置服務產業(yè)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(yè)產值比重分別為5%/10%/20%；根據《國家衛(wèi)星導航產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，2020 年中國衛(wèi)星導航定位產業(yè)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(tǒng)對國內衛(wèi)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(yè)鏈環(huán)節(jié)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(xù)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(tǒng)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(yè)格局正在起變化

基礎類產品：以技術與成本優(yōu)勢構筑護城河

芯片及板卡是產業(yè)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(yè)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(fā)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(yōu)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(xié)數(shù)據統(tǒng)計，截至2013年，我國北斗終端保有量達130 萬臺、YoY+465%；2016 年帶衛(wèi)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(lián)網等技術的不斷發(fā)展，GNSS 接收器、導航衛(wèi)星測繪儀器、消費級領域的車載導航、智能手機等產品呈現(xiàn)智能化發(fā)展。將北斗導航技術與通信、物聯(lián)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(yè)將會在未來終端市場更具競爭優(yōu)勢。

終端產品

系統(tǒng)集成與運營：以資質壁壘與規(guī)模效應構筑護城河

GSA 預測全球衛(wèi)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(tǒng)運營服務的企業(yè)，必須取得“北斗系統(tǒng)運營服務許可證”。國內有19 家企業(yè)具有分理級服務正式許可證，有67 家企業(yè)具有試驗服務資質5。運營服務具備規(guī)模效應，新增用戶的邊際成本低。隨著移動互聯(lián)網的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網巨頭也積極開拓位置服務業(yè)務，衛(wèi)星運營服務將保持快速增長。GSA 預測全球衛(wèi)星運營服務將保持20%以上的增速，到2020 年衛(wèi)星運營服務將占產業(yè)產值50%。
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