1、它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上，卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。已经实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。三、GPS定位特点1、全球全天候定位GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少
2、可以同时观测到4颗GPS卫星，确保实现全球全天候连续的导航定位服务（除打雷闪电不宜观测外）。2、定位精度高应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m，100-500km可达10-7m，1000km可达10-9m。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。实时单点定位（用于导航）：P码12m；C/A码510m。静态相对定位：50km之内误差为几mm+（12ppm*D）；50km以上可达0.10.01ppm。实时伪距差分（RTD）：精度达分米级
3、。实时相位差分（RTK）：精度达12cm。3、观测时间短随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，20km以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟；采取实时动态定位模式时，每站观测仅需几秒钟。因而使用GPS技术建立控制网，可以大大提高作业效率。4、仪器操作简便随着GPS接收机的不断改进，GPS测量的自动化程度越来越高，有的已趋于“傻瓜化”。在观测中测量员只需安置仪器，连接电缆线，量取天线高，监视仪器的工作状态，而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。5、可提供全球统一的三维地心坐
4、标GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。GPS水准可满足四等水准测量的精度，另外，GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的，因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。6、应用广泛四、美国针对GPS的主要政策表格2：美国针对GPS的主要政策1、GPS政策和产业发展的启示从GPS产业发展过程可以看出：1）政策内容稳定性与创新性相结合，有利于产业持续发展；2）系统改进与政策执行相同步，便于政策落到实处；3）产业发展与应用领域深度结合，助力实现爆发式增长。比较而言，俄罗斯对GLONASS同样也发布了一系列相关的民用政策，但由于很多内容只停留3文件表面，并没有具体的实施计划，也没有可
5、操作性，因此，GLONASS的产业和应用没有像GPS那样发展壮大。以美国第一家公开上市的GPS公司天宝导航公司（Trimble）为例，2000年美国政府宣布关闭SA，大幅提升了GPS的全球可接受性，受此政策影响天宝公司股价有较大幅度的提升，营收也有一定幅度的增长；2000年-2007年随着GPS在车载导航领域的大规模应用，天宝公司营收及股价一路上涨；07、08年的经融危机过后，随着消费电子领域拉动GPS导航应用放量，天宝公司的股价及营收又呈现大幅增长的情况。图表1：1990-2016美国天宝导航公司（Trimble）股价情况（后复权）纵观美国GPS产业的发展历程，在中国北斗导航系统在产业化初期
6、，在技术水平持续提升的同时，也必须大力依托政府政策的扶持。第二节 北斗系统建设的历史与进展一、北斗建设的历史进程中国北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度1
7、0米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。表格3：北斗建设历史进程图表2：北斗卫星导航系统发展规划中宇华星，北京欧立信咨询中心由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高
8、精度。北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75、80、110.5140、160，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55的轨道面上）。二、地基增强系统将使北斗定位精度跃进式提升1、北斗地基增强系统北斗地基增强系统工程建设已经于2013年1
9、1月启动，该项目确定由中国兵器工业集团作为总体研制单位，联合交通运输部、国土资源部、国家测绘地理信息局、中国气象局、中国地震局、中国科学院、教育部有关部门建设。将在2015年底前建成框架网和部分区域加密网基准站网络并投入运行，提供米级精度的定位服务，2018年底前建成全国范围区域加密网基准站网络，提供更高精度位置服务。作为导航应用的核心，北斗地基增强系统由基准站网络、数据处理系统、运营服务平台、数据播发系统和用户终端五部分组成。基准站接受卫星导航信号后，通过数据处理系统形成相应信息，经由卫星、广播、移动通信等手段实时播发给应用终端，实现定位服务。千寻位置网于2016年5月18日宣布国家北斗地基
10、增强系统正式投入运行。在正在举行的第七届中国卫星导航学术年会上，千寻位置网络有限公司发布亚米级高精度位置服务产品千寻跬步，宣布正式在全国范围提供亚米精度的实时动态定位导航服务，这也标志着我国北斗地基增强系统正式提供服务。北斗地基增强系统是我国目前唯一能够提供全国范围高精度服务的地面增强系统。这款产品的定位精度在亚米级，随着北斗地基增强一张网的建设，已经覆盖了全国大部分地区。同时，它可以运用在手机，车载设备，智能穿戴等上面。从千寻位置官网，我们可以看到，已经可以提供覆盖全国的地基增强站7*24小时高可用播发的厘米级和毫米级高精度定位服务。厘米级定位服务内容：基于RTK的差分定位原理，依托于遍布全
11、国的卫星定位地基增强站，融合各类定位技术，以互联网的方式提供7*24小时高可用差分播发服务，面向全国18个省份范围的各类终端和应用系统，提供厘米级精度的位置纠偏数据服务。毫米级定位服务内容：基于RTK的差分定位原理，依托于遍布全国的卫星定位地基增强站，融合各类定位技术，及后处理的高精定位差分算法，面向特定需求的行业和应用系统，以互联网的方式提供毫米级精度的位置纠偏数据服务。第三节 全球卫星导航市场的现状2015年3月，欧洲全球导航卫星系统管理局（GSA）发布了全球导航卫星系统（GNSS）市场报告（第四版）（简称报告），该报告是卫星导航领域相对权威的报告。报告在概要阐述全球GNSS市场新进展的同
12、时，分别从位置服务、道路、航空、铁路、航运、农业、测绘和授时同步八大应用领域分析了GNSS市场发展现状，并对2023年前的发展趋势进行了预测。报告主要考虑的是GNSS核心市场。对于诸如智能手机之类的多功能设备，核心市场仅计算GNSS的功能价值（不是全部设备的价格）以及与GNSS功能（例如使用智能手机下载的位置服务数据）相关的服务收入。对于多功能设备，需要考虑加入一个校正系数，例如：具备GNSS功能的智能手机：只考虑GNSS芯片组的价值，估计其价值仅占手机价格的1%。便携式导航仪（PND）：鉴于GNSS是重要的驱动因素，该设备的价值是100%的零售价。航空：只计算飞行管理系统内GNSS接收机的价
13、值。精准农业系统：只计算涉及GNSS接收机、地图和导航软件的零售价值。搜救设备：包括个人定位信标（PLBs）和紧急定位发射机（ELTs），只计算GNSS设备和非GNSS设备之间的价格差。报告在摘要中还提供了拓展市场的收入预测。拓展市场是指由GNSS驱动或拓展的相关服务和设备，其中也包含了核心市场的收入。以智能手机为例，拓展市场涵盖了手机的全部零售价值。一、卫星导航市场的主要构成卫星导航主要应用的八大市场：1）位置服务（LBS）：智能手机、平板电脑、数码相机、笔记本电脑、健康跟踪设备以及移动数据收入。2）道路应用：便携式导航仪与用于导航的智能车载系统（IVS）；道路用户收费系统设备、按用量付费保
14、险系统、网络电话系统与高级驾驶辅助系统（ADAS）；以及其他支持智能交通系统（ITS）应用的设备和交通信息服务数据的收入。3）航空应用：针对商业、支线、通用和商务四大航空业务的GNSS认证设备，以及与辅助飞行员按照目视飞行规则（VFR）飞行的非认证设备。4）铁路应用：在支持信号（高、低密度线）的安全性至关重要的设备中和支持其他应用（资产管理与乘客信息）的非安全设备中使用GNSS。5）航运应用：支持航海、自主识别系统（AIS）、远程识别与跟踪系统、港埠作业、疏浚、搜索与救援信标的GNSS设备。6）农业应用：用于拖拉机导引、自动驾驶、资产管理和可变速率技术的GNSS设备。7）测绘应用：支持陆地测绘
15、（包括地籍、采矿、建筑和制图）和海洋测绘（包括水文和离岸测绘）的GNSS设备。8）授时同步应用：主要用于电信运营商的基站时隙管理和事件记录、电力部门的相量测量单元（PMU）的定时监控、金融机构的金融交易实时监管等。以上是卫星导航应用的主要细分市场，其中位置服务和道路应用是导航产品最大的两个市场。二、全球卫星导航市场概况1、GNSS设备数量已40亿部，市场规模接近2500亿欧元2014年全球在用GNSS设备数量为36亿部。预测到2019年，其数量将达到70亿部，相当于地球上几乎人手一部GNSS设备。智能手机继续占据GNSS设备的主导地位（2014年30.8亿部），是位置服务应用最广泛的平台，其次
16、是道路应用（2.6亿部）。2015年全球GNSS设备数量已超过40亿部，其中亚太、北美、欧盟是最大的三个市场区域。图表3：全球各区域在使用的GNSS设备数量（亿台）GSA，北京欧立信咨询中心全球市场上GNSS设备数量增长最快的是亚太地区，预计从2014年的17亿部增长到2023年的42亿部，年均符合增长率为11，届时将超过欧盟和北美的总和。三、全球GNSS市场规模情况图表4：全球GNSS市场规模预测（亿欧元）根据全球导航卫星系统（GNSS）市场报告（第四版）预测，2015年全球GNSS拓展市场收入接近2500亿欧元，核心市场收入超过600亿欧元（仅包括产品导航部分价值量）。从图中可以看出，全球
17、GNSS下游核心市场收入，在2013年2019年将保持8.3%左右的增长，随着智能手机的普及，2019年2023年，增速将放缓至4.6%。全球GNSS下游核心市场收入预计从2013年到2019年之间的每年8.3放慢至2019年到2023年之间的每年4.6。这意味着GNSS下游市场在2013年到2023年之间预计的年均复合增长率为7，高于预测的同时期全球GDP增长率（6.6）。1、LBS和道路两大应用市场占据GNSS收入主导地位个人电子消费品相关的LBS和道路导航两大应用市场占据GNSS收入主导地位，智能手机、车载设备、位置感知应用和数据服务销量的激增驱动相关GNSS市场快速增长。图表5：201
18、3-2023年累计核心市场的收入份额在全球GNSS市场的8个细分市场中，LBS和道路两大应用市场占据GNSS收入主导地位，总占比超过91。由于智能手机、平板电脑等电子消费品的快速发展，智能手机和平板电脑逐渐取代专业导航设备（用于道路和航运导航）。四、GNSS全球产业发展概况1、大型企业引领GNSS设备制造商和中小型企业参与增值服务卫星导航下游产业市场的特点是大型企业稀少，中小型企业居多。而且几大GNSS知名厂商都经历了多次重组并购。2012年，名列GNSS产业前五名的公司与GNSS相关的成交额占GNSS全球总收入的34，而其中最大的公司拥有全球市场份额的12。最新发布的报告依据世界各地区公司在
19、2012年公布的财务数据，对GNSS领域表现活跃的近900家公司进行了分析，并估算出美国、欧洲、中国和其他地区的GNSS市场份额，美国占31%、欧洲（欧盟28国+挪威&瑞士）占25.8%、中国占7%，其他36%（日本26%、韩国5%，其他6%）。2、全球市场参与者GNSS下游产业市场参与者主要分为三类公司：1）零部件制造商生产独立的或集成到某些系统的接收装置，包括芯片、天线、板卡等。2）系统集成商将GNSS功能集成到更多产品中，如车辆、大众消费电子产品，包括像PND这类的GNSS专业型设备。3）增值服务提供商其增值服务能够改善GNSS的使用和覆盖范围，包括地图提供商、增强服务提供商和GNSS校
20、准或测试服务提供商。表格4：全球GNSS各类十大公司排名（基于2012年各公司收入情况）上述排名是基于2012年财报数据，随着近几年中国卫星导航市场的变化，未来中国企业将会有更多上榜。3、GNSS技术发展趋势GNSS仍是户外定位信息最主要的来源，通过智能手机定位，已是大家常用的定位方式，其便捷性和准确性都获得了客户的认可和好评。4、GNSS技术趋势特点1）通过提高电池功率和降低功耗，便携式GNSS设备能够始终在线定位。2）微型化技术的发展使得GNSS设备能附着到更多高附加值或高敏感性货品中。3）制造商已经将GNSS设备设计成为能够集成多个卫星导航系统能力，以提供更好的服务。4）多传感器融合提高
21、能力：互补的定位技术，如基于蜂窝网络的定位、蓝牙和基于Wi-Fi的定位都可以与GNSS相结合，有助于提高室内导航能力。5）多星座接收机正在成为市场上的标配产品。2015年GSA对主要的芯片组和接收机制造商的GNSS能力进行了独立分析。下图显示了目前市售300种接收机型号中不同GNSS系统所占的比例。所有设备都具备GPS能力，GLONASS是仅次于GPS后的第二选择，伽利略和北斗正逐步被行业领先的制造商所接纳。SBAS（星基增强系统）由美国WAAS、欧洲EGNOS以及日本MSAS这几个星基增强系统组成。图表6：目前市售接收机中不同GNSS系统所占的比例本节中内容和图片部分摘自卫星应用杂志2015
22、年第4期全球导航卫星系统市场报告和全球导航卫星系统（GNSS）市场报告。第四节 中国北斗行业市场发展状况在红海中负重前行一、国内卫星导航市场整体发展概况1、市场规模持续增长，北斗行业稳步发展根据中国卫星导航定位协会2015年发布的2014年中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书。2014年我国卫星导航与位置服务产业高速发展，总体产值达到1343亿元，较2013年增长29.1%。白皮书显示，卫星导航与位置服务领域企事业单位数量已超过13000家，从业人员近40万。其中北斗应用占比进一步提高，国内卫星导航市场新增销售产品及系统超过80%已采用北斗兼容技术。行业内上市公司（含新三板）总数已达到21家，
23、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6，新增投资和新增企业进一步降低了市场集中度，产业群体中绝大多数仍是小微型企业。图表7：中国卫星导航产业和北斗产业市场概况中国卫星导航协会，赛迪顾问，北京欧立信咨询中心根据中国卫星导航协会数据，2010年中国卫星导航产业规模700亿元，北斗产值15亿元；2012年中国卫星导航产业规模810亿元，北斗产值40亿元；2013年中国卫星导航产业规模1040亿元，其中北斗产值超过100亿元，占比达9.8%。2015年我国卫星导航与位置服务产业总体产值超过1900亿元。同时，北斗应用占比进一步提高，国内卫星导航市场新增销售产品及系统超过80%已采用
24、北斗兼容技术。根据北斗产业2015年1至11月发展情况，赛迪顾问预测2015年中国北斗卫星导航产业规模达到282.2亿元。国家卫星导航产业中长期发展规划提出，到2020年，我国卫星导航产业规模将超过4000亿元，北斗产业规模将要达到2400亿。2、北斗应用逐渐普及，产业发展快根据中国卫星导航定位协会（GLAC）2015年9月发布的2014年度中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书。北斗已广泛应用于测绘、交通运输、海洋渔业、电力、能源、精细农业等专业领域，以及智能手机、车载导航等大众消费领域。根据白皮书内容，随着智能手机进一步普及，2014年国内导航定位终端产品销量突破3.88亿台，其中带卫星导航
25、定位功能的智能手机销量达到3.7亿台，汽车导航后装市场终端销量910万台，汽车导航前装市场终端销量约为247万台，各类监控终端销量约650万台，其他PND、个人导航仪产品约70万台，高精度定位接收机或板卡销量（含出口）超过15万台/套。同时，GPS与北斗兼容应用正逐渐成为国内外厂商产品的主流技术方案，从而使北斗终端社会总持有量从去年的百万规模量级一下跃升至千万量级。其中，国产的北斗及北斗兼容型终端产销量已超过400万台套。在基础产品产业化方面，目前，国产北斗芯片、模块、天线等关键技术已取得全面突破，性能、价格与国际同类产品相当，累计销售量突破1500万，高精度板卡和天线已分别占据国内30%和9
26、0%市场份额。北斗行业/区域示范应用。已启动交通公路运输、海上运输、气象、渔业、公共安全、民政减灾救灾、林业等12个行业示范。长三角、珠三角、京、陕、湘、贵、鄂、苏等18个区域示范全力实施，累计推广北斗终端75万台套。北斗产品已在智能手机、平板、智能穿戴设备、车载导航等大众应用领域开始批量应用。国内200余款车型，前、后装市场已完成50余万台北斗车载导航仪的安装和销售。全面开展新一代北斗/GNSS基础产品研发和产业化，实现大众市场千万量级应用推广。二、北斗卫星导航的三大市场根据卫星导航与位置服务市场中消费用户的分布情况，主要分为特殊（安全）应用市场、行业（领域）应用市场和大众（个人）应用市场三
27、大类。卫星导航定位行业按照定位精度差别可区分为两大服务群体：一是高精度GNSS行业（常规使用的定位误差在米级以下），应用在测绘勘探、地理信息、地质灾害监测、精细农林业、国防、时间同步等领域，二是消费类行业（常规使用的定位误差在1米至10米以上），例如手机导航、车载导航等。图表8：北斗系统的三大应用领域北斗卫星导航系统的应用市场：特殊（安全）应用市场：主要包括军事应用、公安武警应用和安全应急救援应用等方面，市场规模占比最小，但却是产业发展的高端市场，行业资质要求高，现阶段处于稳定增长期。行业市场：涉及关乎国计民生的关键行业，现阶段处于高速、规模化发展期。消费市场：市场规模占比最大，是北斗卫星导航
28、系统产业化的重心，但限于技术水平和成本，目前仍处于成长的初级阶段。产业应用遵循“国防安全行业应用大众消费”市场顺序展开从美国GPS等卫星导航市场的发展路径来看，都经历了从小众到大众的发展路径，最初是为了军事应用，国防安全部门率先批量应用卫星导航产品，其次道路交通、渔业等行业应用爆发，最后随着技术成熟和成本降低，大众消费市场爆发。中国的北斗市场也在走同样的发展路径，首先是国防安全部门采购试点，验证系统性能，保障国家军事安全，其次是个行业示范推广，最后随着成本降低和技术完善成熟走向大众消费，即北斗市场发展沿着“国防安全行业应用大众消费”的顺序展开。行业应用放量拐点即将到来图表9：北斗卫星导航系统的三大市场及规模应用开始时间预测产业信息网，北京欧立信咨询中心根据产业信息网预测，民用行业预期在2016年后大规模放量，而消费市场大规模放量的时间约在2018年前后。根据我们对行业的观察，过去几年国内芯片等元器件成本在快速下降，随着国家政策支持力度加大，北斗国防军工市场已经从试点走向稳定，行业应用市场也在快速拓展。随着地基增强系统的建设完成，北斗的市场应用有望快速推进，行业的加速发展拐点正在
