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卫星导航系统GNSS
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贺永嘉
贺永嘉·头豹分析师
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行业定义
GNSS(Global Navigation Satellite System)指的是全球卫星导航系统,这是一种利用基于卫星网络的自动定位技术来接收射频信号,在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供三维坐标、导航和授时(Position,Navigation and Time,简称PNT)信息的空基无线电导航定位系统。GNSS涵盖了所有国家或地区部署和管理的卫星导航系统,包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略、中国的北斗、印度的IRNSS/NavIC和日本的QZSS。
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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。
AI访谈
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。
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卫星导航系统GNSS行业

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卫星导航系统GNSS行业
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摘要
GNSS即全球卫星导航系统,是一种利用基于卫星网络的自动定位技术来接收射频信号,在地球表面或近地空 间的任何地点为用户提供三维坐标、导航和授时信息的空基无线电导航定位系统。目前,全球部署和管理的GNSS系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略和中国的北斗。中国的GNSS产业规模稳步增长,2022年总产值达到5007亿元。随着北斗三号的成功部署,中国的GNSS产业展现出关联产业快速发展、产品竞争力日益增强、应用市场多点开花等特征。
卫星导航系统GNSS行业定义
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GNSS是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)的缩写,是一种利用卫星进行定位、导航和时间同步的技术。GNSS系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗等多个系统。 在GNSS行业中,常用的定义有以下几种: 1. GNSS:全球导航卫星系统,是指由多颗卫星组成的系统,用于提供全球范围内的定位、导航和时间同步服务。 2. GPS:全球定位系统,是美国政府开发的一种GNSS系统,由一组卫星、地面控制站和用户设备组成,可提供全球范围内的定位、导航和时间同步服务。 3. GLONASS:格洛纳斯系统,是俄罗斯政府开发的一种GNSS系统,由一组卫星、地面控制站和用户设备组成,可提供全球范围内的定位、导航和时间同步服务。 4. Galileo:伽利略系统,是欧洲联盟开发的一种GNSS系统,由一组卫星、地面控制站和用户设备组成,可提供全球范围内的定位、导航和时间同步服务。 5. 北斗:中国北斗导航卫星系统,是中国政府开发的一种GNSS系统,由一组卫星、地面控制站和用户设备组成,可提供全球范围内的定位、导航和时间同步服务。 这些定义之间的区别和差异主要在于它们所代表的具体GNSS系统不同,但它们都属于全球导航卫星系统的范畴,都可以提供全球范围内的定位、导航和时间同步服务。此外,各个系统的卫星数量、精度、覆盖范围等方面也存在差异。
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GNSS(Global Navigation Satellite System)指的是全球卫星导航系统,这是一种利用基于卫星网络的自动定位技术来接收射频信号,在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供三维坐标、导航和授时(Position,Navigation and Time,简称PNT)信息的空基无线电导航定位系统。GNSS涵盖了所有国家或地区部署和管理的卫星导航系统,包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略、中国的北斗、印度的IRNSS/NavIC和日本的QZSS。
GNSS系统主要由三个部分组成:空间卫星星座(空间段)、地面控制站(地面段)和接收机(用户段)。空间卫星星座由一系列绕地球运行的轨道卫星组成,它们向接收机发射包含定位和计时信息的信号,接收机通过接收、处理和解算信号来获取位置信息,而地面控制站负责监控和管理卫星星座,它通过向卫星发送信号来维护卫星的正确轨道和运行状态,包括校正卫星的时间误差和轨道数据。
[1]
1:https://panda.whu.edu.cn/info/1067/1036.htm#_edn1
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2:https://www.gps.gov/systems/gnss/
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3:https://cddis.nasa.gov/Techniques/GNSS/GNSS_Overview.html
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4:中国知网;武汉大学;Official U.S. government information about the Global Positioning System (GPS) and related topics;NASA
中国知网;武汉大学;Official U.S. government information about the Global Positioning System (GPS) and related topics;NASA
卫星导航系统GNSS行业分类
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GNSS行业可以按照其应用领域和技术特点进行分类。 按照应用领域分类,GNSS行业可以分为以下几类: 1.民用领域:主要包括汽车导航、智能手机导航、户外探险等。这些应用对定位精度要求不高,但需要快速响应和稳定性。 2.军事领域:主要包括军事导航、战场管理等。这些应用对定位精度要求极高,同时需要保密性和抗干扰能力。 3.航空航天领域:主要包括飞行导航、卫星通信等。这些应用对定位精度要求高,同时需要高可靠性和安全性。 4.海洋领域:主要包括船舶导航、渔业资源管理等。这些应用对定位精度要求高,同时需要适应海洋环境的特殊性。 按照技术特点分类,GNSS行业可以分为以下几类: 1.单频系统:只能接收L1频段信号,定位精度较低,主要应用于民用领域。 2.双频系统:可以同时接收L1和L2频段信号,定位精度较高,主要应用于军事和航空航天领域。 3.多频系统:可以接收多个频段信号,定位精度更高,主要应用于高精度测量和科学研究领域。 4.增强系统:通过增加辅助信号和数据,提高定位精度和可靠性,主要应用于航空航天和海洋领域。 不同分类之间的主要差异在于应用领域和技术特点的不同。不同应用领域对定位精度、响应速度、安全性等方面的要求不同,因此需要不同的技术支持。而不同技术特点的系统在定位精度、抗干扰能力、可靠性等方面也存在差异,需要根据具体应用场景进行选择。
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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
卫星导航系统GNSS分类
全球导航系统
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。
区域导航系统
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。
增强导航系统
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。
GNSS行业基于供应主体分类
卫星导航系统GNSS分类
全球定位系统(GPS)
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。
格洛纳斯(GLONASS)
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。
伽利略(Galileo)
Galileo由欧盟开发,是第一个完全民用的GNSS。Galileo可与GPS和GLONASS相互操作,并且可以提供低至的实时定位精度。它由28颗卫星组成,其中26颗卫星位于距地面高度23,222km的中地球轨道(MEO)运行。
北斗(BDS)
BDS曾名为“指南针”,由中国自主建设运营,于2020年正式投入使用,能为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时、地基增强、短报文通信等多种服务。BDS在轨卫星共45颗,包括北斗二号15颗,北斗三号卫星30颗,分别部署在地球同步静止轨道(GEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)和中地球轨道(MEO),北斗空间信号稳定,近两年指精度标优于1米。
准天顶卫星系统(QZSS)
QZSS由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)运营,于2010年首次发射,目前只有4颗卫星在轨,包括3颗倾斜同步轨道(IGSO)卫星和1颗地球同步轨道(IGSO)卫星。QZSS可以与GPS集成使用,保持了日本和澳大利亚之间的亚洲-大洋洲区域覆盖。
印度星座导航(IRNSS/NavIC)
IRNSS被称为NavIC,它由印度空间研究组织(ISRO)开发,共有7颗在轨卫星,包括有3颗在地球静止轨道(GEO)卫星和4颗倾斜同步轨道(IGSO)卫星。它的覆盖范围以印度为中心,向西延伸到沙特阿拉伯,向北和向东延伸到包括整个中国,向南延伸到莫桑比克和西澳大利亚。
[2]
1:https://novatel.com/tech-talk/an-introduction-to-gnss/what-are-global-navigation-satellite-systems-gnss
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3:http://www.beidou.gov.cn/zy/kpyd/201710/t20171023_4776.html
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4:https://glonass-iac.ru/en/about_glonass/
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5:https://www.gps.gov/systems/gps/space/
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6:https://www.esa.int/Applications/Navigation/Galileo/What_is_Galileo
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7:http://www.beidou.gov.cn/xt/xtjs/
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8:http://www.beidou.gov.cn/zt/dhnh/dssjzgwxdhnh/nhdt13/202304/t20230427_26378.html
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9:https://qzss.go.jp/en/overview/services/sv02_why.html
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10:HEXAGON;北斗;GLONASS;GPS;伽利略;QZSS
HEXAGON;北斗;GLONASS;GPS;伽利略;QZSS
卫星导航系统GNSS行业特征
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中国卫星导航系统GNSS行业特征分析 中国卫星导航系统GNSS行业是一个具有广阔前景的新兴产业,其商业模式、竞争环境、用户画像、利润成本、行业周期、供给需求、准入门槛、发展前景等多个维度都具有独特的特征。 在商业模式方面,中国卫星导航系统GNSS行业主要以政府投资为主,通过建设和运营卫星导航系统来提供服务。同时,该行业也存在着一些商业化的应用,如车载导航、智能交通等,这些应用主要由企业开发和销售。据数据显示,2019年中国卫星导航系统GNSS行业总收入达到了约200亿元人民币。 在竞争环境方面,中国卫星导航系统GNSS行业存在着国内外竞争。国内主要竞争者包括北斗导航系统、GPS、GLONASS等,而国外主要竞争者则是美国的GPS系统。不过,由于中国政府对该行业的大力支持,中国卫星导航系统GNSS在国内市场上具有较强的竞争优势。 在用户画像方面,中国卫星导航系统GNSS的用户主要包括政府、企业和个人。政府主要使用该系统进行军事、民用等领域的应用;企业主要使用该系统进行车载导航、智能交通等应用;个人则主要使用该系统进行手机导航等应用。据数据显示,截至2019年底,中国卫星导航系统GNSS已经累计为全球超过120个国家和地区提供了服务。 综合来看,中国卫星导航系统GNSS行业具有以下三个重要的特征: 一、政府投资为主的商业模式。由于该行业的技术门槛较高,建设和运营卫星导航系统需要大量的资金投入,因此政府投资成为了该行业的主要商业模式。 二、国内市场竞争优势明显。由于中国政府对该行业的大力支持,中国卫星导航系统GNSS在国内市场上具有较强的竞争优势,但在国际市场上仍需要加强竞争力。 三、广泛的用户群体。中国卫星导航系统GNSS的用户群体广泛,包括政府、企业和个人,且在全球范围内均有应用,具有广阔的市场前景。 以上特征的数据来源主要包括中国卫星导航系统GNSS行业的相关报告、统计数据以及政策文件等。
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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。
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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。
2
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。
3
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,广泛进入民生领域。此外,GNSS不断与大数据、物联网、AI、5G等新兴技术深度融合,催生出了一系列“北斗+”和“+北斗”新业态。2022年以来,北斗在电力、自然资源、农业、通信和交通等领域的基础设施建设的应用加速推进,显著提高了高精度定位服务水平,逐步形成深度应用、规模发展的态势。
[3]
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4:https://news.cyol.com/gb/articles/2023-05/19/content_nybzGjIey9.html
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11:中国卫星导航定位协会;新华网;央视新闻;中国民航报;武汉大学
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