卫星导航系统GNSS 头豹词条报告系列

卫星导航系统GNSS行业分类 GNSS泛指所有的全球卫星导航系统，这些系统根据其覆盖范围和功能可以被分为全球导航系统、区域导航 系统和增强导航系统。增强导航系统通常与GNSS分开讨论，故GNSS按供应主体又可分为GPS、GLONASS、伽 利略、北斗、IRNSS/NavIC和QZSS。 GNSS基于覆盖范围和功能分类 这些导航系统的卫星群全球覆盖，能够实现全球范围的定位，包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略、中国的北斗（BDS），即全球卫星导航系统国际委员会公布的全球四大卫星导航系统供应商。 全球导航系统 这些导航系统主要服务于特定的地理区域或国家，它们是为了增强特定区域内的PNT服务而设计的，包括印度的IRNSS/NavIC和日本的QZSS。 区域导航系统 卫星导航系统GNSS分类 这些系统是为了提高GNSS的性能而设计的，通常与传统的GNSS分开讨论，包括星基增强系统（SBAS）和地面增强系统（GBAS）。他们能够提供全局误差校正，目的是提高GNSS的准确性、完整性、连续性和可用性，许多国家都有自己管理的增强导航系统。例如，美国的WAAS、俄罗斯的SDCM、欧洲的EGNOS、日本的MSAS和印度的GAGAN属于SBAS；实时运动（RTK）定位系统属于GBAS。 增强导航系统 GNSS行业基于供应主体分类 GPS是世界上第一个建立并使用最广泛的GNSS，它由美国太空部队负责开发、维护和运营，其第一颗卫星于1978年发射，第一批卫星群于1993年全面投入使用，目前有31颗在中地球轨道(MEO)运行，高度约为20,200km，每颗卫星每天绕地球两圈。 全球定位系统(GPS) GLONASS最初是苏联于70年代开发的，旨在与GPS竞争，目前由俄罗斯政府的Roscosmos国家空间活动公司运营。第一颗GLONASS卫星于1982年发射升空，1995年完成全面发射，2010年实现了俄罗斯全境卫星覆盖，目前有24颗卫星在中地球轨道(MEO)运行，高度约为19,130km。 格洛纳斯(GLONASS) 卫星导航系统GNSS行业特征 GNSS行业特征包括：（1）GNSS产业规模稳步增长，关联产业快速发展；（2）中国厂商已掌握核心技 术，产品竞争力日益增强；（3）GNSS与多种技术融合，应用市场多点开花。 GNSS产业规模稳步增长，关联产业快速发展 据中国卫星导航定位协会统计，2020年至2022年中国卫星导航与位置服务产业总体产值分别为4,033亿元、4,690亿元和5,007亿元，增长率分别为16.9％、16.29%和6.76％。2022年，中国与卫星导航技术的 研发和应用密切相关的产业，包括芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备和基础设施等，实现了5.05%的同比增长，总产值达到了1527亿元，占整体产值的30.50%。同时，由卫星导航应用和服务所引领 和带动的相关产业呈现出强劲的增长势头，其关联产值同比增长了7.54%，达到3480亿元，占整体产值的 69.50%。目前，中国在卫星导航与位置服务领域的企事业单位总数保持在约14000家，从业人员数量超过50万人。 中国厂商已掌握核心技术，产品竞争力日益增强 中国GNSS产业在多个学科领域的合作下，特别是北斗系统在导航定位服务方面表现出强大的技术创新能力。中国已成功掌握关键技术，包括芯片、板卡、模块等，其性能指标与国际同类产品相当，竞争力逐步 增强。北斗三号系统在2020年完成全球星座部署，攻克160余项关键核心技术，实现了卫星核心器部件的国产化率达100%。中国国产北斗兼容型芯片及模块销量超过3亿片，终端产品总保有量超过12.88亿台。 中国GNSS产业链初步形成。在珠峰高程测量和国际民航组织的认可下，中国北斗系统在全球范围内得到了广泛应用，正式成为全球民航通用的卫星导航系统。 GNSS与多种技术融合，应用市场多点开花 基于时空位置信息的服务在各种应用场景中发挥着愈加重要的作用，GNSS在室外环境能提供稳定的导航定位服务，但在复杂的城市环境中，由于建筑物密集、多路径效应和信号遮挡，其定位精度和可靠性受到影 响。为此，多元融合技术应运而生，它使用信息融合的方法将GNSS与无线传感器、机器视觉、激光雷达等辅助定位技术结合，能提供更为准确和可靠的服务。多源融合技术拓展和丰富了GNSS的应用场景，广泛进 卫星导航系统GNSS发展历程 中国GNSS行业发展经历了萌芽期、启动期、高速发展期三个阶段，最初构想由科学家陈芳允及其同事在80年代提出。经过二十年的探索，“北斗一号”在2000年成功发射，中国成为继美俄之后第三个拥有自主卫星导 航系统的国家。2012年，“北斗一号”寿命结束，“北斗二号”启用，开始为亚太地区的用户提供定位、测 速、授时和短报文通信服务。2020年7月，“北斗三号”全面投入使用，北斗服务由二号和三号系统共45颗卫星 提供，完成了授时和导航的全球覆盖，中国成为全球卫星导航系统国际委员会认定的全球四大卫星导航系统供应 商之一。至此，北斗“三步走”发展战略圆满完成，迈入全球服务新时代。 萌芽期 1980~2000 中国GNSS的最初构想是由陈芳允及其同事在80年代提出的双星定位理论。1991年的海湾战争展示 出GPS如何使美国在战场上占据了完全优势。1993年，中国意识到在特殊情况下可能被拒绝使用GPS的风险，开始创建自己的卫星导航系统。基于上述担忧，中国在1994年正式开始创建本土的 GNSS系统——北斗(BDS)。 这一阶段，中国的GNSS研发主要处于探索和实验性质的阶段，着重于研发卫星技术、地面控制系统 以及相关的应用技术。虽然当时的技术和应用规模有限，但为后续北斗系统的全面发展奠定了重要基础。 启动期 2000~2012 2000年，第一和第二颗“北斗一号”导航定位卫星成功发射，北斗系统正式启用。2003年，第三颗 卫星发射，进一步增强系统性能，这三颗卫星均部署在GEO轨道。“北斗一号”采用有源定位体制，主要提供中国境内的导航定位服务。20004年，“北斗二号”立项，创新构建了中高轨混合星座架 构。2009年11月，“北斗三号”启动建设，计划于2020年完成30颗卫星发射组网。2012年，北斗一号设计的使用寿命结束，系统停止运行。 高速发展期 2012年12月，面对全球卫星导航系统的竞争，中国采取了“先区域后全球”的发展策略，“北斗二 号”开始为亚太地区的用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。并且，在该地区，北斗比GPS 更精准。“北斗二号”历时8年完成研制建设，它由5颗GEO卫星、5颗ISGO卫星、4颗MEO卫星，共计14颗组网卫星以及32个地面站天地协同组网运行。在这个阶段，中国的GNSS产业呈现出显著的 增长趋势，年均增长率超过20%。 北斗系统实现了中高轨混合星架构的创新。随着北斗系统的发展，围绕北斗的产业链逐渐形成并日益 壮大，包括了卫星制造、地面设施建设、芯片和终端设备生产、应用服务等多个领域，中国的GNSS产业表现出了强大的潜力。 高速发展期 2020~2023 2020年7月，“北斗三号”全面投入使用，它由24颗MEO卫星（覆盖全球），3颗ISGO卫星（覆盖 亚太地区）和3颗GEO卫星（覆盖中国），共计35颗卫星组成，北斗的第三次迭代提供了授时和导航的全球覆盖，成为全球卫星导航系统国际委员会全球四大卫星导航系统供应商之一，为俄罗斯的 GLONASS、欧洲的伽利略以及美国的GPS提供了替代方案。同时，北斗覆盖了定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位共7类服务，是功能 强大的全球卫星导航系统。北斗系统不仅服务于中国的交通运输、公共安全、救灾减灾、农林牧渔、城市治理等多个领域，还融入了电力、金融、通信等国家核心基础设施的建设。随着“一带一路”倡 议推进，北斗相关产品已出口至120多个国家和地区，服务亿级用户，其在国土测绘、精准农业、数字施工、智慧港口等领域的应用已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地取得成功。 北斗“三步走”发展战略圆满完成，北斗迈入全球服务新时代，中国正加速推进北斗规模应用市场 化、产业化、国际化发展。 9：中国新闻周刊；中国国… 卫星导航系统GNSS产业链分析 卫星导航系统GNSS行业产业链上游为高精度GNSS芯片、板卡/模块、软件、天线等基础器件的研发和制造环节；产业链中游为终端产品和集成系统的研制、生产及销售环节；产业链下游为基于各种技术和产品的运营服 务和解决方案环节。经过十余年的发展，中国已形成了较为完整的GNSS产业链，涵盖上、中、下游三大环节。 [8] [8] 导航卫星系统GNSS行业产业链主要有以下核心研究观点： 上游环节属于技术密集型产业，行业集中度高，中国的基础器件自主可控，基本完成国产替代。上游环节需 要高水平的技术能力、长期的研发积累以及大量的资金投入，随着中国企业在关键技术上的逐步突破，上游市场 曾由国外巨头把控的局面有所改观。中国企业已经开发出支持北斗三号信号的多款芯片产品，形成了完整的产品矩阵，包括一体化芯片、基带芯片、射频芯片等多种类型，例如华测导航研发并量产了高精度GNSS基带芯片 “璇玑”，北斗星通新一代基于22nm制程的高精度芯片已开始应用。 GNSS行业采用全产业链和专业分工模式，龙头企业整合业务，实现全面布局。GNSS行业采用全产业链经 营和专业分工两种模式。龙头企业早期专注于某一领域，随规模扩大逐渐涉足其他领域。北斗星通和芯星通是例子，涵盖芯片、板卡研发、导航产品、汽车电子、芯片及数据服务、陶瓷元器件等。通过投资和并购，它们实现 了从天线、芯片、板卡、终端到运营服务的全产业链布局，展现了整合发展的趋势。 GNSS的产值中心逐渐从中上游向中下游延伸，下游应用场景不断拓展，运营服务潜力巨大。随着技术进步 和市场发展，基于GNSS的应用与服务备受关注，不仅为用户提供便利，还赋能物流、农业、城市规划等领域， 产生的价值远超GNSS本身。GNSS下游运营服务被视为产业增长的主要推动力。2018-2022年，GNSS下游环节产值比重从41.6%升至约48.83%。行业龙头企业逐渐布局高精度定位服务，如北斗星通子公司真点科技、中海 达的Hi-FAS服务，合众思壮设立多家子公司致力于该业务。这表明行业正向高精度定位服务领域发展，为未来提 [8] 供潜在市场空间。 上 产业链上游 生产制造端 高精度GNSS芯片、板卡/模块、软件、天线等基础器件的研发和制造 上游厂商 深圳华大北斗科技股份有限公司 华为海思（天津）智能化工程有限公司 展讯通信（上海）有限公司 查看全部 产业链上游说明 基础器件自主可控，基本完成国产替代。GNSS产业的上游供应商主要提供高精度GNSS芯片、板卡/ 模块、软件、天线等基础器件，是GNSS产业链的基础，是产业链中毛利率最高的环节。司南导航2022年卫星导航产品（上游）的毛利率为68%，数据采集设备（中游）的毛利率为59%。四维图新 2022年所有业务的毛利率为49%，其中芯片业务的毛利率为53.77%。长期以来，北斗系统应用的掣肘是芯片问题，北斗/GNSS芯片国产化成为中国北斗系统建设自主可控的最后一环。近年来，中国企 业逐步攻克了这一技术难题，实现了国产替代。北斗星通的核心优势业务就是芯片及数据服务，业务条线覆盖定位芯片、模组、天线等基础类产品。华测导航作为北斗芯片核心厂家，已自主研发出高精 度GNSS基带芯片及其板卡、模组、天线等基础器件并实现量产。司南导航已顺利完成北斗高精度芯片、模块、板卡等核心基础产品的自主可控和国产化替代。根据欧盟太空计划署的一份报告，中国公 司华大北斗、华为海思和展讯通信在GNSS设备和接收器行业中名列前茅，表明中国在国际GNSS基础设备市场中发挥着重要作用。 上游行业集中度高，