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“出逃”N次的的獐子島扇貝，這次終于被北鬥系統抓住了行蹤。
昨天，證監會依法對獐子島公司資訊披露違法違規案作出行政處罰及市場禁入決定。其中提及，“此次查辦獐子島案的過程中，證監會借助了北鬥導航定位系統，委托專業機構，通過獐子島采捕船衛星定位資料，還原了采捕船隻的真實航行軌迹，進而複原了公司真實的采捕海域，最終揭開了獐子島财務造假手段的謎題。”
就在前一天，6月23日，“北鬥三号”最後一顆全球組網衛星——第55顆北鬥導航衛星成功發射，順利入軌。至此，北鬥三号30顆組網衛星已全部到位，北鬥三号全球衛星導航系統星座部署全面完成。
北鬥衛星導航系統（BDS，BeiDou Navigation Satellite System，以下簡稱：北鬥系統）是中國自主發展、獨立運作的全球衛星導航系統，與美國的 GPS、俄羅斯的 GLONASS、歐盟的 Galileo 構成全球四大衛星導航系統。
作為國家重要空間基礎設施，全面建成的北鬥系統可以為全球使用者提供全天候、全天時、高精度的定位 、導航、授時和短封包通信服務。
在大多數普通人腦海裡，提起定位導航，首先想起來是GPS。對于大多數80、90、00後，對北鬥的了解還停留在教科書裡那段簡單的描述。
其實，北鬥系統早就深入了普通人生活的角落裡，據報道，北鬥系統已經為70%入網的智能手機使用者提供了服務。而北鬥系統的身後，是3400億元的産業市場，并且這一市場預計在未來一段時間裡，還将每年會保持20%左右的增長。
為什麼要建設北鬥系統？
将時間撥回30年前的1990年，當時美國剛于前一年發射了第一顆GPS，但世界卻已看到GPS系統的威力。
1990年，海灣戰争打響。還未建成的GPS系統為攻擊部隊提供了精确的定位，幫助美軍軍艦精準打擊敵軍，GPS系統從此名聲大振。
早期的衛星導航定位系統僅用于軍事領域，可以說，導航定位系統就像是武器裝備的“眼睛”，是精确打擊目标的關鍵。這樣的軍事關鍵如果無法自主要制，一旦出現緊急情況，國防軍事、國家安全都将受到掣肘。
在民用領域，衛星導航定位系統同樣重要。
航空和航海的導航依靠衛星進行定位導航、判定方向，一旦失去方向不但會使航行面臨危險，還将面臨極大的經濟損失。
而在電力、金融證券和移動通信等重要領域，則需要衛星“授時”服務，提供高精度的時間同步。無法獲得統一的時間将導緻系統工作混亂甚至癱瘓，如2010年，中國電信的CDMA網絡（需要嚴格時間同步的網絡制式）就曾因GPS系統的一次普通更新出現了大範圍告警。同樣出于系統穩定與安全角度考慮，采用自主服務更加合适。
當然，衛星導航系統背後的經濟效益也是重要原因之一。目前，衛星導航系統已在測繪、電信、水利、氣象、煤炭、交通、漁業、勘探、農業、森林防火和應急救援等各個領域發揮着重要作用。
據歐洲全球導航衛星系統局（簡稱GSA）的資料，預計到2029年全球衛星導航市場總産值約為3244億歐元（約25878萬億人民币），将會比2019年的1507億歐元（約12021元億人民币）翻一番。而從區域層面看，亞太地區的貢獻率最高，預計到2029年，亞太地區的GNSS終端保有量将達到51億台，占全球總量的53.5%，産值更是将達到1060億歐元，約占全球總産值的1/3，這清楚地表明了未來十年全球GNSS市場将以亞太地區為核心。
針對仍在快速發展中的超萬億全球市場，建設具有全球服務能力的北鬥系統，不僅可以更好地培育國内導航産業，還可以拓展國際市場，比如對外向亞太國家提供服務。
另外，建設北鬥也是為了滿足是定位、導航、授時精度的要求。 GPS系統使用24顆衛星覆寫全球98%的地區，采用無源定位方式（即接收終端就接收衛星信号無需發送電信号，類似于廣播信号）免費向民用開放。在但是在實際應用中，GPS為特許民間使用者提供“精碼”服務，其單點定位精度為5—10米；對于非特許一般民間使用者，提供“粗碼”服務，其單點定位精度為20—40米。在此前很長的時間裡，美國對我國僅向我國提供“粗碼”服務，後逐漸将開放精度提升至10米。而公開資料顯示，GPS軍用最高精度在0.3m左右，但并不對世界任何一個國家開放。
于是，自主建設導航衛星星座成了進一步提高精度的重要手段之一，理論上，天上的衛星越多，衛星導航系統定位也就越精準。
根據千尋位置披露的資料，如今，北鬥衛星可見數量在全球多個國家和地區已經超過了GPS，尤其是在亞太地區，北鬥的可見衛星數量是GPS的兩倍左右。根據《北鬥衛星導航系統發展報告（4.0版）》，在全球範圍内，北鬥的定位精度達到水準10米、高程10米；測速精度為0.2米每秒。亞太地區，定位精度水準5米、高程5米。結合星基增強和高精度闆卡，北鬥能提供亞米級、分米級，乃至厘米級的高精度定位服務。
高精度的定位服務可以進一步滿足車聯網、物聯網、無人機、機器人等新應用的需求。
26年：北鬥的漫漫星路
上世紀80年代，我國就開始探索适合國情的衛星導航系統發展道路，2000年，我國發射第一批北鬥衛星。此後，20年的時間裡，按照“三步走”計劃，長征三号甲系列運載火箭在西昌衛星發射中心共進行了44次北鬥發射任務，先後将４顆北鬥一号試驗衛星、55顆北鬥二号和北鬥三号組網衛星送入預定軌道，任務成功率100%。
“三步走”發展戰略：
- 1994年，啟動北鬥一号系統工程建設；2000年，發射2顆地球靜止軌道（GEO）衛星，北鬥一号系統建成并投入使用。2003年，又發射了第三顆GEO衛星，進一步增強系統性能，可以基本滿足了中國及周邊區域的定位、導航、授時需求。2013年，北鬥一号衛星完成任務退役。
- 2004年，啟動北鬥二号系統工程建設；2012年年底，完成14顆衛星發射組網。北鬥二号系統在相容北鬥一号技術體制基礎上，增加無源定位體制，為亞太地區使用者提供定位、測速、授時、廣域差分和短封包通信服務。
- 2009年，北鬥三号系統建設啟動。到2020年，完成30顆衛星發射組網，全面建成北鬥三号系統。北鬥三号系統繼承了有源定位和無源定位兩種技術體制，同時建設了“星間鍊路”。北鬥三号在北鬥二号的基礎上，進一步提升性能、擴充功能，為全球使用者提供定位導航授時、全球短封包通信和國際搜救等服務；同時在中國及周邊地區提供星基增強、地基增強、精密單點定位和區域短封包通信服務。
北鬥系統示意圖 來源：北鬥衛星導航系統官網
這三步看似簡單，但期間也經曆了“雙星定位”、“緣斷伽利略”、“開挂式組網”的跌宕起伏。
北鬥的建設始終與中國的綜合國力息息相關，早在上世紀60年代，中國就開始研究衛星行為系統及其服務，但由于當時國力羸弱，無法展開。
自1970年，中國發射第一顆人造衛星開始，中國航天衛星産業飛速發展，到1983年，中國已經具備了制造并發射地球同步軌道通信衛星的能力，并已經建立起了龐大的衛星地面測控網和軌道資料進行中心。
同一年，“兩彈一星”元勳、中科院院士陳芳允首次提出了一個大膽的構想：用兩顆地球靜止軌道衛星，覆寫中國區域，實作定位、定時，還能兼具通信功能。這一設想就是日後所稱的“雙星定位”理論。1989年，該理論第一次被成功示範。1993年，“雙星定位系統”正式立項研制。北鬥一号的雛形出現。
1994年12月，北鬥導航試驗衛星系統工程獲得國家準許。2000年，發射兩顆衛星，完成組網。
由于兩顆衛星無法實作無源定位（至少需要4顆衛星），北鬥一号隻能采用有源定位的方式，即使用者需要使用者需要發射信号，系統才能對其定位。
簡單來說，其過程可以概括為：首先使用者終端通過導航衛星向地面控制中心發出一個申請定位的信号，之後地面控制中心發出測距信号，根據信号傳輸的時間得到使用者與兩顆衛星的距離。此外，地面站還将擷取到使用者所在點位至地球球心的距離，由此就好比在地球中心裝了一個虛拟的衛星，獲得了第三坐标，進而根據三球交彙的原理計算出使用者位置，再将資訊發送到使用者的終端。
由此整個過程實作了衛星和終端的雙向互動，具備有短封包通信能力。由此形成了北鬥系統最鮮明的傳統特色——有源定位和短封包通信，這是其他衛星導航都不具備的，之後的北鬥衛星導航系統除了使用新的技術外，也保留了這項技術。
經過北鬥一号的建設，北鬥系統建設者們意識到了國内在導航衛星技術和經驗方面的不足。彼時，歐洲正在建設伽利略系統，正在尋求外部合作。而中國也希望能在合作中學習歐洲先進和經驗，2004年，中國作為第一個非歐盟國家加入“伽利略計劃”的，并為這一計劃提供２億歐元的研發經費，根據中歐雙方簽署的合同，中方将參與開發全球衛星導航系統在漁業中的應用、基于位置的服務标準化、電離層中定位信号的修複。同年，中國開啟了北鬥二号系統建設。
北鬥衛星圖 來源：北鬥衛星導航系統官網
2006年，歐盟以公共監管服務（PRS）等安全問題為由，決定将伽利略國有化歐盟化，不讓其他的國家參與。
于是在2007年，北鬥與伽利略的緣分已盡，中國退出伽利略計劃，開始自己獨立研發新系統。但北鬥與伽利略故事還沒畫上了句号。
北鬥和伽利略又在衛星頻段上相遇。
伽利略計劃和北鬥分别在國際電聯ITU進行了頻率的備案，但是雙方導航系統的頻率在1164MHz～1215MHz段内高度重合，按照IUT的“先用先得”原則，雙方需要競争頻率。
最終，中國先于歐盟在 2007年發射了衛星，占據了E1、E2、E5B和E6頻段，并擁有這些頻率範圍的主要權利。而E1、E2頻段正好是為伽利略的公共監管服務（PRS）配置設定的。
此後，歐洲就此頻率問題和中國進行了多輪談判，但中國始終沒有退步，中國并無法律責任或義務為PRS讓出頻段，2010年，中國又發射了第三顆“北鬥”二代衛星，正式啟用該頻率，接着北鬥二代剩餘的衛星陸續于2012年全部發射入軌，最終組成14顆衛星的衛星星座，能夠覆寫亞太大部分地區。
2009年，北鬥三号也啟動了，并作出了詳細的推進計劃。
2017年11月5日，中國以“一箭雙星”的方式發射了首批兩顆北鬥三号中圓軌道衛星，正式開始全球組網的“北鬥”全球衛星導航系統。
2018年，由陸續發射了18顆北鬥衛星，同年12月27日，正式對外宣布北鬥三号基本系統完成建設，開始提供全球服務。2019年又接連發了10顆衛星。直至此次，發射的最後一顆北鬥組網衛星，北鬥衛星導航系統正式完成全球組網。
##北鬥系統有何特别？
1.有源定位和短封包通信
上文已經介紹了北鬥系統有源定位。之是以說北鬥系統是既可以導航又能通信，就是因為北鬥具備其他衛星導航系統都沒有的短封包通信服務，即使用者可以在服務範圍内通過北鬥終端向衛星發“短信”。
這一功能看似簡單，但卻實用。
在無人區、荒漠、海洋、極地等的普通移動通信信号不能覆寫的地區或遇到地震、洪水、台風等通信基站遭受破壞的情況。北鬥的短封包就會成為重要的溝通工具。
比如在汶川地震救援時，就将北鬥使用者位置和短封包資訊引入了災情監控系統，在通信不暢的時間裡，救援部隊就是通過短封包進行通訊。另外，北鬥短封包在漁業也有很好的應用，在沒有移動通信信号的海域，漁民可以使用北鬥系統短封包功能報平安，遇到緊急情況可以及時求救報警，2019年的中國衛星導航年會上，北鬥系統新聞發言人冉承其提到，全國7萬餘艘漁船和執法船安裝北鬥終端，累計救助1萬餘人。
相較于衛星電話，北鬥的短封包終端價格更低，每條封包服務費僅幾毛錢，北鬥三号系統建成之後，短封包通信功能，将實作服務中國及周邊地區，容量提升10倍，單次封包長度1000個漢字。
2.星間鍊路
簡單來說，星間鍊路是航天器與航天器之間具有資料傳輸和測距功能的無線鍊路，相當于衛星之間的“微信”。星間鍊路可實作衛星之間的雙向精密測距和通信，進而能夠進行多星測量，自主計算并修正衛星的軌道位置和時鐘系統。
星間鍊路示意圖 制圖：36氪
北鬥系統采取Ka頻段中速星間鍊路，擁有最高的測距精度（7萬公裡測距精度達到厘米級），可以連結其他類型的衛星，還具備多線程、抗幹擾的特點，能多線路同時運轉。
建立星間鍊路的好處也十分明顯。首先無需在全球範圍建設地面站，境外監測定位可依靠星間鍊路來完成；其次，可以提高整個系統的抗風險能力，即使地面站全部失效，30多顆北鬥導航衛星也能通過星間鍊路為地面使用者提供精準定位和授時。
3.空間段混合軌道
對于衛星導航系統來說，星座衛星的軌道分布直接關系到整套系統的建設成本以及建成之後的服務效果。一般來說，如果采用低軌道，雖然發射成本比較低，精度較高，但若覆寫全球的話則需要200顆左右的衛星。如果采用高軌道，理論上三顆衛星就能覆寫全球，但發射難度大，定位精度低。中軌道是比較折衷的方案，覆寫全球隻需要24-36顆衛星，而且精度也相對較高。美國GPS系統就是24顆衛星的中軌道星座。
而北鬥三号全球衛星導航系統則是由MEO衛星（地球中圓軌道衛星）、IGSO衛星（傾斜地球同步軌道衛星）和GEO衛星（地球靜止軌道衛星）三種不同軌道的衛星組成，包括24顆MEO衛星，3顆IGSO衛星和3顆GEO衛星。
北鬥衛星導航系統工程總設計師楊長風曾在報道中說：“全球星座部署和區域星座部署相結合，正是北鬥獨創的一門技術，既可以實作全球覆寫、服務全球，又可以突出服務重點，提供特色服務。”并解釋北鬥混合三軌道布局的特色，其中，24顆MEO衛星是核心，確定北鬥三号系統能均勻覆寫全球。3顆靜止軌道衛星，能為亞太地區提供大容量的短封包通信、星基增強、精密單點定位等特色服務。此外，還有3顆運作在傾斜地球同步軌道衛星，始終聚焦亞太地區，運作軌迹點就像是“8”字。
北鬥背後的藍海
空中的基礎設施已經将戲台搭好，接下來就要看北鬥産業唱一出好戲。
邊建邊用，一直是北鬥系統的主旋律。2013年，《國家衛星導航産業中長期發展規劃》釋出時，外界普遍将這一年視為北鬥二号商用元年。該規劃提出，到2020年，我國衛星導航産業創新發展格局基本形成，産業應用規模和國際化水準大幅提升，産業規模超過4000億元，北鬥衛星導航系統及其相容産品在國民經濟重要行業和關鍵領域得到廣泛應用，在大衆消費市場逐漸推廣普及，對國内衛星導航應用市場的貢獻率達到60%，重要應用領域達到80%以上，在全球市場具有較強的國際競争力。
企查查資料顯示，2013年後，與衛星導航相關企業注冊量幾何式增長。截至今年6月，全國範圍内，衛星導航相關企業近1萬家，其中在業存續狀态企業數量達7500家。
近十年衛星導航相關企業注冊情況
将北鬥産業按照上遊、中遊、下遊進行劃分，可以更好的判斷北鬥系統背後的産業藍海。大緻來看，北鬥産業可以分為上遊的基礎資料、基礎器件（晶片、天線、闆卡等）和基礎軟體（GNSS接收機+電子地圖）；中遊主要包括各類終端內建和系統內建産品研制、生産及銷售；下遊是基于各種技術和産品的應用及營運服務環節。
資料顯示，2019年我國衛星導航與位置服務産業上遊、中遊、下遊的産值分别為342億元、1582億元、1526億元。預計2023年中國衛星導航與位置服務産業上遊、中遊、下遊市場規模将分别達到560、2512、4910億元，2019年-2023年複合增速分别為10.37%、9.69%、26.33%。
北鬥産業鍊上的部分公司 來源：浙商證券研究所
2015-2023年中國衛星導航與位置服務産業各細分市場總市值（機關：億元）
由此可見，未來下遊應用是北鬥産業占比最大、發展最快的部分。
從現有的企業資料，不難發現，北鬥開始在通信、車輛導航、資訊服務、智慧城市、測繪領域廣泛應用。企查查資料顯示，衛星導航相關企業主要集中在批發和零售業消費領域、軟體和資訊技術服務業等專業應用領域，其占比分别為：24.9%和17.99%。
在各分類應用業務中，通信、車輛導航、資訊服務、個人追蹤占據了很大的份額，其中通信業務的相關企業數量最多，達4000餘家，是涉及汽車業務的近2倍，擁有智慧城市業務的衛星導航相關企業數量已經接近200家。
國内衛星導航相關企業主要領域應用細分
北鬥系統的核心功能是定位、導航和授時。作為一個基礎設施，北鬥系統隻有與多種先進技術相結合才能發揮出北鬥系統全天候、全天時、高精度的特點，最終更好為下遊應用服務。
中國資訊通信研究院釋出的《北鬥定位技術與産業發展白皮書（2019年）》随着北鬥導航技術與地基增強技術、5G 、物聯網、移動網際網路、雲計算、邊緣計算、人工智能、機理模型等新技術群落的融合，北鬥系統已經在智慧城市、穿戴裝置、智能制造、車聯網、自動駕駛、公共基礎設施自動化監測、智慧農業、電網安全維護等方面取得應用，并将繼續擴大在這些領域的滲透。
比如，帶有北鬥導航的無人駕駛拖拉機，隻要輸入資料、方位，就能精準作業。目前，該類農業應用已經在北京、黑龍江、遼甯、新疆、山西、湖北、江蘇、上海、浙江等省市應用。而在自動駕駛家用車領域，一般需要亞米級甚至厘米級的定位精度，未來在 5G 基站輔助定位、北鬥地基增強系統的支援下，未來北鬥三号系統可滿足車聯網對高精度、高可用性定位的需求。
在消費電子領域，截止到 2019 前三季度，中國大陸地區共發售具有定位功能的手機 414 款，其中支援4G+北鬥功能的 273 款，5G+北鬥功能的 16 款，總占比 70%。
根據規劃，作為定位導航的基礎設施，目前北鬥的服務由北鬥二号系統和北鬥三号系統共同提供，2020年後，将平穩過渡到以北鬥三号系統為主提供。下一步的計劃是到2035年，以北鬥系統為核心，建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。
這也就意味着北鬥系統定位精度也将一步步提升，這也将促使北鬥相關晶片、相關核心裝置進一步提高性能，提高北鬥終端小型化和電池續航能力，逐漸開發出比現在更為廣泛的應用場景。
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原文釋出時間：2020-06-25
本文作者：汝晴
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