北斗三号系统建成开通两周年：基础设施端核心技术已实现自主可控

7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通两周年仪式在北京举行。在过去的两年中，北斗三号系统运行稳定，已经在全球超120个国家和地区得到应用，向亿级以上用户提供服务。近期，为进一步优化北斗导航系统全球服务性能，管理团队对北斗卫星系统进行了在轨软件升级工作。

中国航天科技集团五院、北斗三号卫星总设计师陈忠贵表示：“北斗卫星导航系统的开通仪式，是我们北斗一个重要的承诺，向全球用户提供连续、稳定的服务。我作为一个参与的一个建设者感到无比自豪。”

北斗卫星导航系统发展历程

北斗是我国自主研制建设的全球卫星导航系统，而卫星导航是空间信息基础设施的重要组成，主要用于定位、导航与授时。PNT体系即定位（Positioning）、导航（Navigation）、授时（Timing）体系组成的时空体系，主要由全球卫星导航系统提供。除卫星导航外，卫星应用还包括卫星通信和卫星遥感，远期来看，从PNT体系向PNTRC（定位、导航、授时、遥感、通信）一体化组网的空间信息网络演进将是卫星应用的重要发展方向。

1994年，北斗卫星导航系统正式启动建设；2000年，北斗一号系统完成建设；2007年，北斗一号最后一颗实验卫星发射成功。

2012年，北斗二号系统建成并开通。

2017年，北斗三号全球组网开启，2年半时间高密度执行了18次发射任务。实现18箭30星。2020年6月23日，第55颗北斗卫星发射成功，这也是北斗三号最后一颗全球组网卫星，比原计划提前半年完成。2020年7月29日，北斗卫星导航系统第55颗卫星完成了在轨测试、入网评估等工作。2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式31日上午在北京举行。

总结来说，这20多年来，我国在西昌卫星发射中心共组织了44次北斗发射任务，利用长征三号甲系列运载火箭，先后将4颗北斗一号试验卫星、55颗北斗二号和北斗三号组网卫星送入预定轨道，任务成功率100%！目前，20颗北斗二号卫星仍有15颗在役，加上30颗北斗三号卫星，整个北斗系统共有45颗卫星可以在轨提供服务。

北斗三号卫星导航系统的精度及特色

根据评估，北斗卫星导航系统目前全球范围水平定位精度约1.52米，垂直定位精度约2.64米；测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于20纳秒。

当前，北斗三号全球卫星导航北斗规模应用已进入市场化、产业化、国际化发展的关键阶段。基于北斗系统的土地确权、精准农业、智慧港口等解决方案，已服务于亚洲、东欧、非洲等地各国经济社会发展，北斗产品已在全球一半以上国家和地区得到应用。

与世界上的其他卫星导航系统不同，北斗系统由地球静止轨道、倾斜地球同步轨道、中圆地球轨道三种轨道组成，能够更好地服务于我国及周边地区，同时也使其除了导航、定位、授时服务外，还具备短报文通信的特色功能。目前，北斗系统短报文通信服务已覆盖中国及周边国家和地区，具备低成本、广覆盖、高可靠和随遇接入等特点，可对地面移动通信网络进行有效补充，以满足在无地面网络覆盖地区应急通信、搜索救援等服务需要。

在应用端，目前北斗卫星导航系统独有的短报文通信功能已首次在智能手机上实现应用，这也标志着短报文通信服务由行业应用进入到大众应用的新阶段。有北斗短报文通信射频基带一体化芯片的手机，依托北斗系统发送的信息，不仅有文字，还可准确标定信息发送时所处的位置。

北斗卫星导航系统工程总设计师 中国工程院院士 杨长风表示：“你不换（手机）卡，你就可以拿着这个手机到你想去的地方，你就可以保持和相关的方面的一些联系，这样的话就可以在出现危险的情况下，他也可以得到及时抢救。”

北斗应用的另一个特点是兼容开放，体现在：

1）在特殊市场等以外的应用场景中，北斗与其他卫星导航系统兼容。在非特殊领域的应用场景中，北斗终端通常具备多系统的卫星信号接受能力，有助于提高测量精度，降低与卫星断开联系而导致导航异常的可能性。

2）北斗与其他智能技术、定位技术融合，增多高精度定位应用领域。北斗与智能技术、其他定位技术（如惯性导航、无线通信信号定位、SLAM、激光雷达等）融合，使高精度融合定位在越来越多的新兴市场应用，形成了智能交通、智慧农业、智慧管网、智能驾驶、智能控制等诸多应用领域。

目前其基于北斗的相关产品已应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，关系着社会生产和日常生活的方方面面。

软件升级后有何变化？

前面提到，管理团队近期还对北斗卫星系统进行了在轨软件升级工作。此次软件升级，主要是为了让北斗系统进一步减少偶发故障、实现技术升级，提升卫星在轨稳定运行性能和异常处置能力。

西安卫星测控中心工程师李文舒表示：“此次软件优化升级工作涉及全系统大部分卫星，共计配置项百余个，任务总量大，软件优化牵涉技术状态复杂，升级测试验证时效性要求高，实施难度大。”

为提升软件优化效率，北斗导航卫星管理组科技人员研发了专用软件，实现数据审核比对、遥控指令作业化。目前升级工作进展顺利，整个软件升级任务未来还将持续三个月左右。

北斗产业链：基础设施端核心技术实现自主可控，标准精度基础元件自主程度有待提升

根据今年5月中国卫星导航定位协会发布《2022中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示，2021年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到4690亿元人民币，较2020年增长约16.29%，我国基本形成北斗产业体系。

北斗系统架构可分为空间段、地面段及用户段。空间段主要为北斗卫星，北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成；地面段核心功能为追踪及控制北斗导航卫星，主要包括主控站、注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施；用户段主要聚焦卫星导航的具体应用系统及相关产业链环节。

基于上述系统架构，北斗产业链亦分为空间段、地面段与用户段。其中，空间段（卫星设计、卫星制造、卫星发射）、地面段基础设施建设等主要由国家队负责；用户段产业链又可进一步分为上游（芯片、板卡、模块、天线），中游（终端产品、解决方案）、下游（运营服务），主要面向特殊市场、行业市场及大众市场三大应用市场。

由于北斗导航属于我国国家重大科技项目，产业链基础设施（卫星设计、制造和发射，及主控站、注入站和监测站等的建设）主要由相关国企负责：导航卫星设计、制造、发射等主要由中国航天科技集团及成员单位负责，如航天五院、航天一院、航天电子等；地面段主控站、注入站、监测站的参与单位包括中电科、中国卫星等。

目前，北斗导航基础设施端核心技术已实现自主可控。比如，北斗三号卫星部组件已实现了100%国产化，攻克星间链路、高精度原子钟等160余项关键核心技术，突破500余种器部件国产化研制。

用户段高精度领域上游也已基本完成国产替代。高精度应用的上游如芯片、板卡、天线等已基本实现国产替代。据2021 《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》数据，2020年国产高精度板卡占国内市场份额的70%，高精度天线国内市场中国产替代份额已达90%。

其中，北斗星通在基础元件领域优势较为突出，如其子公司和芯星通高精度板卡出货量占国内60%-70%的份额、子公司华信天线在测量测绘领域高精度天线市占率达70%以上等；

中游终端及解决方案方面，以RTK为例，国内形成华测导航、南方测绘、中海达及合众思壮四家主导的市场格局，海外则以天宝、徕卡等为主，华测导航市场份额有望持续提升。

相对于高精度市场，大众市场采用的标准精度基础元件仍有待国产厂商进一步实现替代。标准精度市场较行业及特殊市场有两大显著区别，其一是对功耗更敏感，尤其在手机、物联网等应用方面，因此更先进制程的优势更凸出；其二是出货量远高于行业及特殊市场，对于产能要求较高。因此，在手机等消费类市场中，高通、联发科等手机SoC厂商具备天然优势；而在手机以外的大众应用中，包括u-blox、ST、博通、索尼等海外厂商在如制程、产能等方面的先发优势较为明显。国产厂商如华大北斗、中科微电子、泰斗微电子、北斗星通等厂商正加速国产替代。

除了核心器件之外，高精度定位算法是也是核心壁垒。卫星高精度定位的实核心原理是接收到卫星信号后解算得到高精度位置信息，算法是其中的重点。而细分行业的多样性使算法积累成为竞争的核心壁垒——算法需要保证在不同场景定位的精确性、稳定性，需要持续积累不同场景、不同行业的算法能力，持续完善和升级。

软件有助于加强解决方案竞争力，但是这也国内北斗产业公司的主要短板。一方面，软件的使用习惯形成了用户黏性；另一方面，卫星导航应用解决方案中软件具有重要地位，例如卫星导航用于建筑与基建领域，从外业的GIS等软件到内业的CAD、BIM等软件应用，是提高解决方案竞争力的重要一环。但相对来说，国内北斗产业公司在软件侧较为薄弱。

编辑：芯智讯-浪客剑 资料来源：国信证券