北斗系统的应用及发展前景

北斗卫星导航系统(BeiDou(COMPASS)NavigationSatelliteSystem)是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。2018年底，北斗三号基本系统正式开通运行，后续继续完成全球覆盖，覆盖面积扩大将带来整体民用行业需求将进一步扩大。2019年中国卫星导航系统委员会主席王兆耀称我国2020年计划发射2-4颗北斗三号卫星，至2020年底全面完成北斗三号系统建设，我国北斗导航产业链正逐步完善。

北斗卫星导航系统产业链介绍

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三大部分组成，导航用户段又可以细分为上中下游产业，上游基础部件是产业自主可控的关键环节，基础部件作为自主可控最关键的部分，主要由基带芯片、射频芯片、板卡、天线等构成;中游主要包括终端集成和系统集成，是产业发展的重点;下游的解决方案和运维服务提供众多行业应用。

北斗卫星导航产业链中的中间段及地面段两个环节，是国家核心基础设施，主要由国家投资完成，而导航用户段产业链环节，主要通过市场运作来满足社会需求。

产业链下游环节效益增长迅速

根据《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示，由于芯片和终端价格仍保持在较低水平，2019年我国北斗卫星导航系统产业市场营收趋于稳定，产业链上游和中游的产值占比分别为992%和4585%，仍呈下降趋势，而下游运维服务环节成长迅速，在产业链各环节中效益涨幅最快，其产值占比已增长到4423%。

专业应用和消费应用占比较大

北斗卫星导航系统正式开通5年来，已广泛应用于交通、海事、电力、民政、气象、渔业、测绘市政管网等十几个行业领域，其中，专业应用领域和消费应用领域占据绝大部分。在各分类应用业务中，车辆监控、信息服务、车辆导航、个人跟踪占据了85%的份额。而作为专业行业应用的授时、海用、测绘、军用类业务占据份额较少，只有8%。

行业参与主体众多，军工企业占据主导地位

目前，我国卫星导航与位置服务领域企事业单位数量保持在14000家左右，从业人员数量超过50万。截至2019年底，业内相关上市公司(含新三板)总数为46家，上市公司涉及卫星导航与位置服务的相关产值约占全国总产值的9%。

空间段由航天科技集团下属单位主抓，地面段的研制生产以中电科集团等为主导，用户段的产品及系统市场化特征较为明显，参与主体众多，包括军工集团下属公司、地方国企参军公司及较多民参军企业。

以上数据来源于前瞻产业研究院《中国卫星导航与位置服务产业市场前瞻与应用前景预测分析报告》。

从大到伟大，一直是公众对中国企业的期待。企业的成长，是中国经济的一面镜子，也是国家进步的一个标志。从头部企业到独角兽再到小微企业，都氤氲着更多的选择以及更好的未来。那些“怀璧”的企业，孕育着独特的经营之美。它们或是有着不为大众所熟悉的技术创新，或是服务加分，或是 社会 责任，或是瑰丽创意，这些都构成公司的“巧实力”，为人民对美好生活的向往添砖加瓦。

等行李是大多数人航空出行的欠佳体验。而在即将投入运营的大兴国际机场，随着超宽带（UWB）高精度室内定位系统的使用，10厘米的精度，将使托运行李追踪“尽在掌握”。

“行李有迹”的背后，是一家民营卫星导航企业的身影——合众思壮。人们耳熟能详的GPS、北斗等卫星导航系统如何“飞入寻常百姓家”，运用到手机导航、物流跟踪、工程测量、精准农业等领域？这其中有一个千亿级规模的行业市场。

从代理国外终端产品起家，到自主研发出全球首颗支持全信号的导航芯片，过去的1/4个世纪，合众思壮的成长见证了中国卫星导航产业的发展路径，也诠释了中国经济转型迭代的升级历程。

“自主研发的投入是巨大的。”在位于北京亦庄经开区的合众思壮新时空科创中心，负责技术研发的公司副总裁吴林颇为感慨，“但我们一直想得很明白，这条路要坚定不移地走下去”。

与北斗共同成长

“3、2、1，点火。”6月25日2时9分，西昌卫星发射中心，长征三号乙运载火箭成功发射第46颗北斗导航卫星。这是北斗三号系统的第21颗组网卫星，2020年整个北斗三号将全球组网、高精度的导航定位服务覆盖全球。

在这次发射前一个月，由合众思壮自主研发的全球首颗全面支持北斗三号民用导航信号体制的高精度基带芯片“天琴二代”在京正式发布。

“公司的发展与北斗导航系统的建设基本是同步的。”吴林向记者回顾合众思壮发展 历史 时提到。

1994年，美国GPS系统进入民用领域，中国的北斗卫星导航试验系统正式立项。这一年，在北京航空航天大学任教的郭信平辞职下海，注册成立了合众思壮公司，成为首批进入卫星导航领域的企业之一。

“卫星导航应用只受想象力的限制。”彼时的中国，市场经济的地位刚刚确立不久，到处都是蓝海，卫星导航产业更是如此。拿下美国最大的导航型GPS生产商——佳明公司中国总代理的合众思壮，在渔船市场掘到第一桶金后，又搭上了迅速扩张的车载导航市场发展“快车”，就此完成了原始的资金积累和市场开拓。

在吴林看来，前十年的发展很重要。“没有前十年的资本积累和市场开拓，可能就没有后边这十几年的快速发展。在中国，很多企业都走过了类似的道路。从一个贸易型的或者说代理别人的产品销售的企业，走向自主产品研发，最终实现完全自主可控。”

转型发生在2010年前后，由于业务调整，合众思壮与佳明分道扬镳，合众思壮的业务模式逐渐从加工代理转向自主生产研发。郭信平曾形容这种转型是“丢了一块东西，我们要用自己的东西把它补充上来”。

另一个背景则是北斗导航系统的加速组建。2012年，北斗二号系统成功组网，开始向亚太地区提供服务。在政策层面，一系列旨在加快推动北斗卫星导航系统在民用领域的推广应用和产业化发展的举措密集出台。这期间，合众思壮不仅成功登陆资本市场，还收购了全球第三大高精度卫星导航定位芯片与板卡企业Hemisphere。

天琴迭代

不久前，欧洲伽利略卫星导航系统出现5天的宕机，在行业内部引起了不小震动。不过，对于大多数普通人而言，伽利略的“停摆”对生活并没有造成影响。但宕机带来的启示在于，如果此次出现故障的是GPS系统呢？

一个完整的卫星导航产业链包括上中下游，上游是基带及射频芯片、板卡等基础元器件，中游是承载定位功能的终端设备，下游则是包括系统软件在内的运营服务内容。其中，射频及基带芯片，是产业链的基础。

长期以来，由于GPS的优势地位，上游领域的主导权被美国企业牢牢把控，而北斗的出现打开了一个缺口。合众思壮在今年5月推出的天琴二代，将支持的频点从24个增加到31个，做到了对所有导航系统信号的支持。

吴林表示，卫星导航芯片中的频点其实就类似于智能手机芯片中的网络体制。芯片支持频点数量的多少，可以理解为是手机支持3G或4G的区别。“支持的频点越多，意味着同时接受处理导航信号的能力越强。”

目前，天琴二代是全球首枚支持全 星座 全频点的基带芯片。而在实践中，要实现这一目标绝非易事。全 星座 全频点意味着要对目前所有卫星信号统统进行仔细的梳理分析，并且要在55纳米的芯片上实现对这些信号处理通道的设计排布。“一般的民用导航芯片只有40多个处理通道，但在天琴二代上，集成了1100个通道。”吴林介绍。

相较于分析目前已知信号，对未知的感知更为棘手。吴林说：“我们在通道上留了个后门，通过设置一个灵活相关器的技术，同时搭配相应的软件配置，实现了对未来产生的新的卫星导航信号进行解调。也就是说，未来的信号怎么改变，通过软件，我们也可以同步改变。”

创新激励

在 科技 创新领域，后起之秀往往会遭遇技术封锁和专利壁垒。在近些年，国际上对集成电路领域的技术出口管制越来越严苛，这对企业引进新技术也带来了不小的风险。如何破局成为技术创新型企业需要共同解决的问题。

谈及此事，吴林表示，任何一个行业，只要是做技术的，都会在不同程度上受到一些影响，最主要的一个影响就是专利。“对合众思壮来说，在技术领域的破局是肯定要做的。”

例如，在卫星导航领域，有一项窄相关技术，可以提高接收机定位性能，但这一专利国外企业已经申请了。“你明知道对方的处理算法很好，但你就是不能用，那怎么办？你必须得自己去创新，找条路子把它绕过去。”

破与立，一体两面。随着国内知识产权保护力度的加大，企业对专利申请和保护也越来越重视。据吴林介绍，在专利申请方面，目前公司有专业人员从事这一工作，负责技术查新、保护范围等工作。另一方面，企业内部已经建立起一套激励机制，鼓励技术人员进行 科技 创新。“我们公司有专门的奖金，技术人员申请专利被受理奖一次，专利获得通过再奖一次。”

据了解，作为国内较早从事北斗研发的公司，合众思壮目前拥有国内授权专利152项、国外授权专利44项，累计申请PCT国际专利12项、软件著作权710项。

掌握核心技术给公司带来了实实在在的发展。在吴林看来，拥有核心技术，才可以不断有效地改善终端产品，保证整体系统方面技术的领先性。同时，也可以保证它在成本方面的竞争优势。

竞逐全球

根据《国家卫星导航产业中长期发展规划》，到2020年我国卫星导航产业规模将达到4000亿元，北斗卫星导航系统对国内卫星导航市场贡献率约60%-80%。

在全球层面，随着GPS三代卫星重启发射，欧洲和俄罗斯的卫星导航系统建设有条不紊地展开，印度、日本、巴西等国也正在筹谋。从应用端看，随着物联网、智慧农业、无人驾驶等新业态的成长，对导航精度的需求越来越大。

以上种种，意味着卫星导航产业的大航海时代即将到来。

而近年来合众思壮的一系列并购案可以看出公司走向全球的“野心”。在2013年收购北美半岛股份之后，公司还先后拿下了意大利测绘企业STONEX、加拿大上市公司AgJunction等国外公司。目前，合众思壮已构建了包括中国、美国、加拿大、意大利在内的国内外产品研发生产与营销架构体系，产品遍布全球的90多个国家和地区。

而这一思路一定程度上复刻了国际卫星导航产业的领军企业——美国天宝导航（Trimble）的发展路径。自2000年往后的十年里，天宝进行了100起左右的并购，由此成为一家深耕于GPS全产业链的龙头企业。

“和北斗系统从区域走向全球一样，我们希望合众思壮不只是一个单纯的中国企业，而是一个面向全球的企业。”临近采访结束，吴林向记者袒露合众思壮的愿景。他表示，在接下来的应用场景中，卫星定位只是其中一部分，例如智慧农业中挖掘机的自动 *** 作，还需要与视觉传感器等相关技术进行集成融合，而合众思壮的产业链将覆盖高精度的专业产品、平台建设和运营服务。

“天琴”藏“牛郎织女”

对新产品的命名向来是件讲究事儿。但“天琴”一名的由来却颇有些偶然色彩。

天琴座，国际天文学联合会所定的88个现代 星座 之一。但在访谈中，合众思壮市场公关部经理张瑞丰回忆说：“这是一个牛郎和织女的故事。”

灵感最初源于引力波事件。“天琴一代”首发于2016年，这年2月，人类首次宣布探测到引力波，即便是从现在看，这依然是天文界的大事件。而中国的引力波探测项目就叫“天琴计划”。

带着些“蹭热点”的想法，“天琴”这个名字浮现了出来。张瑞丰介绍称：“天琴座的主星是国人熟知的织女星，作为一颗卫星信号处理芯片，织女的形象与芯片的功能天然契合，也寄托公司编织‘中国精度’的愿景。”

另一方面，在卫星导航领域有两种主流的信号增强系统——星基和地基。“天琴”芯片属于星基增强，用 星座 命名也凸显出这一特点。

“织女”出现了，“牛郎”在哪儿呢？

三年后的2019年“天琴二代”发布会上，合众思壮正式发布的Phantom与Vega两个系列的高精度板卡新品，除搭载“天琴二代”基带芯片外，还加入有“天鹰”宽带射频芯片和Cygnus天鹅抗干扰技术。

河鼓二，“天鹰座”的主星，俗称牛郎星。射频芯片的功能主要在于捕获、接收卫星信号。以牛郎星主 星座 命名，“天鹰”也代表着该产品具有强大的信号捕获能力。二者的完美结合在象征板卡卫星信号捕获、跟踪及处理能力更强劲的同时，也被赋予了一层带着浓浓中国文化特质的浪漫色彩。

天鹰是信号捕获，天琴是信号处理，天鹅是信号抗干扰技术。在夏季夜空，3个 星座 的主星呈等边三角形，组成了著名的夏季大三角。在吴林和张瑞丰看来，这个“铁三角”，也象征着融合三项技术的产品可以更好地实现高精度定位。

北斗卫星导航系统已经无处不在，从地图导航到外卖，再到车库停车，无处不在。全球有超过372亿手机使用北斗导航系统。北斗系统的发展是一个不断创新、开拓进取的过程。北斗一号的主要成就是两颗卫星实现了广泛的高精度定位和授时服务，覆盖中国和周边地区。根据GPS定位原理，需要12颗卫星，双向授时精度10ns，全球领先。定位和报告可以在同一渠道同时完成。用户知道我在哪里，指挥部门也知道我们在哪里，定位报告是北斗与GPS最大的区别。

北斗是世界上第一个具有三频完整服务能力的导航系统。北斗是全球首个连续导航定位报告双模式集成系统。双模用户计算机带来了巨大的社会效益和经济效益。主要成就是独立建立了时间和空间的全球基准，因为只有全球系统是全球系统的代表，那些区域系统没有能力建立时间基准，所以北斗系统没有。北斗七星实际上是从第一阶段到第四阶段的航行，因此北斗七星的成就是跨代的。

我国北斗建成后，基本上达到了L频计级的导航精度。在2030年或2035年，一个导航、通信、遥感融合深度的空间系统将来自中国，中国的高速网络采用5g地面网络，实现全球天空物体和内容的连通性，第六代移动通信，中国的6G道路和西方国家的不一样，中国是先建设地面系统，然后建设空间系统，中国的空间系统是基于北斗时空基准的，所以中国的5G将会成功，中国的6G也会成功。

未来会有一个北斗全球物联网。互联网是人与人之间的一种联系，人们非常包容。为了实现全球动态事物之间的互联，全球物联网必须在时空基准下进行维护。世界一流的动态分米级北斗卫星导航系统已经实现，提供了统一时空基准的天基物联网，获得了天基无线电全球系统对地球的认知，北斗未来天基物联网模块实现了空间物体与空间的互联，空间与地球内容联网，任务超出了地球导航方法的研究。其意义在于充分发挥北斗空时基准的基本价值，打破世界上独立建筑行业导航、通信、遥感的固化状态，为包括遥感在内的大部分行业提供公共数据链接。北斗多业务卫星无线电系统是我国重要的空间信息基础设施。北斗三号在基础导航、星基增强、精确单点定位、信息通信、国际搜救等服务领域的综合创新，是未来发展的良好开端。

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