通信行业深度报告：北斗导航：产业/功能/政策齐推进，北斗规模应用开启

北斗导航：产业/功能/政策齐推进，北斗规模应用开启 通信行业深度报告 分析师：宋辰超S0910524100001 本报告仅供华金证券客户中的专业投资者参考请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 核心观点 u北三组网完成，应用/功能/政策齐推进。①组网完成，全球覆盖的高精度定位、导航与授时服务已全面实现；②功能迭代升级，服务更多应用场景；③国家政策导向，产业应用效果初现。 u卫星导航产业链完备。①总体架构完备，多方公司支撑；②星基地基作基础，定位精度升级；③铷原子钟与芯片作为上游开发，中游RTK提供高精度支持，下游北斗应用服务行业落地。 u千亿市场规模，产业应用服务逐步渗透。①卫星导航与位置服务产业发展势头良好，23年北斗产值超五千亿；②低空经济：北斗助力智能化与安全发展；③星地融合6G：空间信息产业创新发展；④北斗技术创新：全球搜救服务与探空技术升级。 u建议关注标的：海格通信、北斗星通、司南导航、振芯科技、天奥电子、华测导航、电科芯片 目录 “北斗”组网完成，应用/功能/政策齐推进1 目录 星地两类增强系统融合，上中下游产业完备2 contents 千亿产业市场激活，多行业/场景/服务逐步渗透3 发展：北斗“三步走”战略——从区域到全球 u第一步，到2000年底，建设完成北斗一号系统。初步满足了中国及周边区域的定位、导航、授时需求，实现卫星导航从无到有，使中国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有卫星导航系统的国家。 u第二步，到2012年底，建设完成北斗二号系统。实现了从有源定位到无源定位，定位精度大幅度提升，区域导航能够覆盖亚太地区。 发展：北斗“三步走”战略——从区域到全球 u第三步，到2020年底，建设完成北斗三号系统。其搭载了多颗特色卫星，配备了高精度的氢原子钟和铷原子钟，在定位、导航和通信等功能上取得了卓越成果，同时也实现了星间链路，打破了国外的技术垄断和封锁。与前两代相比，北斗三号实现了全球组网。 发展：“北斗三号”组网完成，精度水平领先 u“北斗”三号组建完成，卫星导航发展进入新阶段。截至2024年9月19日，第五十九颗、六十颗北斗导航卫星已成功发射。与前两代相比发射卫星数量更多、技术更先进、服务区域更广泛，技术上有新的飞跃。 u全球组网完成，精度水平顶尖。目前“北斗”系统在轨卫星共50颗，包括15颗“北斗”二号卫星、30颗“北斗”三号卫星及5颗“北斗”三号备份星。“北斗”三号全球范围平均水平定位精度优于9m，垂直定位精度优于10m，平均测速精度优于0.2m/s，平均授时精度优于20ns，空间信号连续性和可用性分别优于99.8%和98%。 功能：卫星定位本质——三球交汇原理 u三球交汇原理作为支撑。导航卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户接收机在某一时刻同时接收三颗以上卫星信号，测量出用户接收机至三颗卫星的距离，通过星历解算出的卫星的空间坐标，利用距离交会法就解算出用户接收机的位置。目前，国际上四大全球卫星导航系统，美国GPS、我国北斗系统、俄罗斯GLONASS和欧洲Galileo的定位原理均是采用三球交汇的几何原理实现定位。 功能：全球覆盖与高精度定位导航授时服务 u全球覆盖，高精度时频。“北斗”三号通过星座扩展、信号设计、星间链路测量、星载原子钟升级和电离层算法改进，显著提升了全球导航授时服务能力。其24颗MEO卫星组网提供全球覆盖，采用多载波恒包络信号提高测距精度和抗干扰能力；通过卫星间的双向通信实现精密定轨和时间同步；配备高精度铷钟和氢钟，大幅提升时频基准性能；改进的全球电离层延迟修正模型则为用户提供更精准的误差修正服务。导航卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。 功能：短报文升级与全球通信扩展 u短报文升级，全球通信扩展。“北斗”三号系统提供区域和全球短报文通信服务。区域短报文通信在前代系统的基础上提升了服务范围、容量和稳定性，并降低了终端功耗，使其更接近大众化应用。全球短报文通信则通过星间链路组网，利用MEO卫星组成的子星座，实现全球范围的双重覆盖，将通信服务从亚太扩展至全球。 功能：星基增强与精密定位服务 u星基增强，精密定位。“北斗”三号系统在星基增强和精密单点定位方面取得了重要进展。星基增强服务从“北斗”二号的广域差分增强发展到符合国际民航组织(ICAO)标准的“北斗”三号星基增强系统(BDSBAS)，通过GEO卫星提供单频和双频增强服务，满足航空精密进近要求。精密单点定位是“北斗”三号的新增服务，利用GEO卫星播发精密轨道钟差改正等信息，显著提升了中国及周边地区的定位精度和便捷性。 推进：中国时空信息集团——三大机构联合成立 u三大机构联合主导，分工明确。中国星网、中国兵器、中国移动共同出资40亿元成立中国时空信息集团有限公司，三方分别占股55%、25%、20%。中国星网为集团提供卫星通信和导航服务的技术支持。中国兵器则将为集团提供独特的军事装备和技术方面的资源，加强与国防和安全相关的时空信息服务能力。中国移动将负责提供通信网络技术和服务支持，并利用其在数据、算力、人工智能等领域的优势，为集团提供数据处理和分析能力。 推进：政策引领带动北斗自主发展 u北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统。在与国家发展同步前行的过程中，北斗同样得到了国家政策的支持。以如下两则政策为例： u2022/1/28发布工业和信息化部关于大众消费领域北斗推广应用的若干意见：加强政策引导和技术创新，扩大在交通、智慧家庭等领域的应用，促进产业协同，提升市场推广和公众认知，强化标准制定。旨在推动北斗系统在大众消费领域的广泛应用。 u2024/7/12发布工信息化部办公厅关于开展工业和信息化领域北斗规模应用试点城市遴选的通知：鼓励各地申报试点城市，以推动北斗系统在工业和信息化领域的应用。通知要求试点城市具备基础设施和技术能力，支持北斗在智能制造、物流和智慧城市等领域业和的应用，并提供政策和资金支持。通过评估和总结应用效果，推广成功案例，促进北斗的规模化发展。 推进：应用效果初显，产业配套逐步完善 u北斗星座全球组网已完成，投资重点集中于用户段，优选成长性好、壁垒较高的赛道中业绩兑现度高的标的。在特殊机构市场，目前正处于北斗三号的大规模换装期，换装将贯穿整个“十四五”时期，相关需求预计持续爆发。 u产业发展显著，包括基础产品的亿级量产和持续升级，广泛应用于交通、能源、农业等行业，逐渐成为智能手机等消费产品的标准配置（2022年出货量达2.6亿部），并在国际市场获得认可。该系统纳入国家“十四五”重大工程，预计到2025年产业总产值翻番。同时，构建卫星导航法治体系，发布相关标准，增强专利申请，并建立基础产品认证制度，以支持高质量发展。 目录 “北斗”组网完成，应用/功能/政策齐推进 星地两类增强系统融合，上中下游产业完备2 2.1基础设施：星基地基增强系统2.2上游：铷原子钟与北斗芯片为支撑2.3中游：“导航定位+短报文”载体2.4下游：北斗+时空、北斗+行业应用拓展 contents 千亿产业市场激活，多行业/场景/服务逐步渗透3 北斗导航总体架构 基础设施：星基增强系统—高精度定位与服务的未来 u北斗星基增强系统（SBAS）旨在通过高轨道卫星向用户提供增强信息，提升定位精度和服务质量。其主要功能包括误差修正、完好性监测和精密定位服务，广泛应用于导航、测绘、航空等领域。 u北斗星基增强系统通过高轨道卫星提供误差修正、完好性监测和精密定位服务，显著提升了定位精度和安全性。其广域覆盖能力使其适用于海洋和偏远地区，摆脱了对地面基站的依赖，并支持精密单点定位（PPP）技术，便于用户获得米级到厘米级的高精度定位。此外，系统集成低轨星基增强技术，有望进一步加快定位收敛时间，增强信号强度，满足全球范围内的高精度导航需求。 资料来源：北斗卫星导航官网、卫星导航国际期刊、华金证券研究所 基础设施：地基增强系统——实现厘米级精确定位的关键技术 u北斗地基增强系统旨在提高北斗系统的定位、导航和时间服务的精度和可靠性，满足高精度应用需求。通过该系统，北斗可以提供厘米级实时定位服务，以及毫米级的后处理精度，广泛应用于国土资源管理、交通运输、测绘、地震监测等多个行业。 u北斗地基增强系统的核心由多个子系统组成，包括增强站分系统、国家数据综合处理系统和数据播发系统。增强站用于接收卫星信号并实时上传至处理中心，经过差分处理后，生成高精度的定位数据，再通过移动通信、数字广播和卫星播发手段传送给用户，提供米级、分米级和厘米级的定位服务。数据处理中心负责解算误差改正信息，提升定位精度。 星基与地基增强系统：定位精度与覆盖范围 u部署位置和覆盖范围上：星基增强利用卫星作为信号转发平台，覆盖范围广，适合全球和跨区域的应用，适用于航空、航海等领域。虽然建设成本较高，但长期运维成本低。地基增强依赖地面站网络，覆盖范围有限，适用于有固定基础设施的区域，建设成本低，但维护成本随着基站数量增加而上升。 u定位精度上：星基增强可提供米级至亚米级的广域精度，并保障航空等安全关键应用。地基增强则能实现厘米级甚至毫米级的高精度定位，适合自动驾驶和高精度测量等需求高的应用。两者结合，构成了北斗系统的多层次服务体系，满足了不同场景的需求。 上游：星载铷原子钟——导航卫星的“心脏” u铷钟由铷量子部分和压控晶体振荡器组成，通过比较频率进行调节，短期稳定度可达10−12，准确度为±5×10−11。体积小、预热时间短且价格便宜，但准确度低、频率漂移大。通过使用GPS系统来对铷钟进行校正，可以很好的提高铷钟的长期稳定度，降低铷钟输出信号的飘移。 u铷原子钟由多个模块组成，利用基态超精细能级跃迁，跃迁频率为6834.682614MHz。其工作原理与铯钟相似，以通过能级跃迁的谐振频率作为基准。因原子在跃迁时释放的电磁波具有固定频率，所以可作为测定时间的基础。同时采用光抽运进行原子选态，谐振检测通过光电池测量光衰减。铷钟长期老化率为2×10−10/年，增大体积性能可接近铯钟。 上游：星载铷原子钟——导航卫星的“心脏” u铷原子钟利用铷原子电子跃迁频率计时，具备高稳定性和精确度，在全球导航卫星系统中至关重要。北斗卫星中的铷原子钟确保了精确的时间基准，并协同地面系统进行轨道控制。卫星通过时间信号，地面接收机利用信号时差和三角定位来计算位置，提供纳秒级精度，使导航、军事及民用定位服务更加精准。 u铷原子钟可提供时间同步，确保通信网络同步运行；在银行系统中提供精确时间戳，提高交易安全性；并支持高速动态定位，为航海、航空和铁路运输等提供导航与时序保障等。 上游：北斗芯片—高集成度与性能优化 u主要构成：接收和解算北斗卫星的信号频率，北斗信号包含B1、B2和B3三个频段，导航芯片通常由射频、基带，以及后端应用部分构成。 u射频芯片：包括天线、低噪声放大器和混频器，主要对微弱的模拟信号进行接收、滤波、放大、变频，其性能决定了后续信号处理的效果。u基带芯片：包括GPS专用相关器、核心处理器，实现对码信号的解算，其中相关器模块实现对码信号的读取。 中游：终端—“导航定位+短报文”载体 u导航定位和短报文通信是北斗两大功能，北斗终端为基于两大功能的载体。 u导航定位：包括定位导航、RTK精准定位，终端能够提供高精度的定位信息、高可靠性的定位服务，广泛应用于交通管理、农田规划、作物监测等场景。 u北斗短报文收发通信功能：通过北斗系统，用户可以发送和接收短报文信息，是没有4G/5G基站信号的区域补充，在特殊地区如偏远山区、海洋、沙漠等地尤为重要。 下游：北斗导航运营/数据服务——基于北斗的应用服务 u北斗+时空服务：包括高精度定位服务、数字孪生能力、位置数据服务、北斗加速定位服务，如千寻提供的加速定位服务，能够将传统定位耗时30秒以上的初始定位时间缩短至3秒。 u北斗+行业服务：基