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1、 北斗技术与产业发展北斗技术与产业发展 白皮书白皮书 20192019 年 年 中国信息通信研究院中国信息通信研究院 20192019年年1 12 2月月 版权声明版权声明 本白皮书本白皮书版权属于版权属于中国信息通信研究院中国信息通信研究院 并受法律保 并受法律保 护护 转载 摘编或利用其它方式使用转载 摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观本白皮书文字或者观 点的 应点的 应注明注明 来源 来源 中国信息通信研究院 中国信息通信研究院 违反上述声 违反上述声 明者 本明者 本院院将追究其相关法律责任 将追究其相关法律责任 前前 言言 卫星导航在国防领域和国民经济领域占据了越来越重要的地位
2、 其所提供的定位 导航和授时等服务已经逐渐为人们熟悉并依赖 随着北斗系统在移动通信领域的建设和发展 相关产品已广泛应用 于农业 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 通信系统 电力调度 救灾减灾 应急搜救等领域 逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面 为全球经济和社 会发展注入新的活力 建设北斗卫星导航系统 对于保障国家安全 促进经济社会的发展 提高我国的国际地位等诸多方面 都具有十 分重大和特殊的意义 目目 录录 一 北斗发展综述一 北斗发展综述 1 1 二 北斗卫星定位技术二 北斗卫星定位技术 5 5 一 辅助北斗快速定位技术 6 二 北斗地基增强技术 7
3、三 北斗星基增强技术 8 四 北斗短报文技术 9 三 产业应用现状及趋势三 产业应用现状及趋势 1010 一 北斗打造智慧城市 13 二 北斗 5G 助力车联网 14 三 北斗助推国产芯片发展 15 四 北斗筑造交通安全 长城 16 五 北斗加速智慧农业发展 17 六 北斗保障电网安全 18 七 北斗完善行业应用 19 四 未来发展建议四 未来发展建议 2121 一 趋势展望 21 二 发展建议 22 北斗技术与产业发展白皮书 2019 年 1 一 北斗发展综述 北斗卫星导航系统 BDS BeiDou Navigation Satellite System 是中国自主发展 独立运行的全球卫星导
4、航系统 是为全球用户提供 全天候 全天时 高精度的定位 导航 授时和短报文通信服务的国 家重要空间基础设施 北斗与美国的 GPS 俄罗斯的 GLONASS 欧 盟的 Galileo 构成全球四大卫星导航系统 北斗卫星导航系统经历了北斗一号系统 北斗二号系统 北斗三 号系统三个阶段 目前 最早的北斗一号系统已经放弃使用 正在使 用的有北斗二号系统和三号系统 北斗二号系统已向亚太区用户提供 稳定服务超过 5 年 在轨运行情况良好 2017 年至今 我国完成超 高密度的北斗三号发射任务 创造了北斗组网发射历史上高密度的新 纪录 随着 北斗 地基增强系统提供服务 未来可提供米级 亚米 级 分米级 甚至
5、厘米级的服务 北斗三号卫星定位系统已于 2018 年完成基本系统建设 开始提供全球服务 2019 年 12 月 16 日 15 时 22 分 我国在西昌卫星发射中心用长 征三号乙运载火箭 以 一箭双星 方式成功发射第五十二 五十三 颗北斗三号导航卫星 至此 所有中圆地球轨道卫星全部发射完毕 标志着北斗三号全球系统核心星座部署完成 将进一步提升系统服务 性能和用户体验 为实现全球组网奠定坚实基础 相较于北斗二号 北斗三号空间信号具备用户使用性能更优异 与其他系统互操作性更 强 以及覆盖全球等特点 北斗三号计划于 2020 年向全球用户提供 基本导航 短报文通信 星基增强 国际搜救 精密单点定位服
6、务 北斗技术与产业发展白皮书 2019 年 2 移动通信标准方面 我国 GNSS 标准化工作起步较晚 但后来居 上 自 2014 年起 根据北斗系统建设和产业应用需要 在工信部和 中国卫星导航系统管理办公室的指导下 中国信通院承担了北斗移动 通信国际标准的推动工作 主要涉及 3GPP 中基站辅助卫星导航技术 标准 终端标准 测试标准以及高精度定位标准等 截至目前 由中 国信息通信研究院牵头在国际标准化机构 第三代合作伙伴计划 3rd Generation Partnership Project 3GPP 上完成了北斗二代信号 26 项国际标准制定工作 涉及第二 三 四 五代移动通信系统网 络辅
7、助北斗定位功能 高精度卫星定位功能等相关标准 中国通信标 准化协会 China Communications Standards Association CCSA 已 经制定和报批国内标准 23 项 同时成立了 ST9 导航与位置服务 特设任务组 开展与通信行业相关的导航与位置服务标准化研究 构 建通信和导航一体化的标准体系 随着北斗卫星系统不断发展 针对 北斗三代信号的国内外标准化工作也已经同步展开 数据来源 中 国信息通信研究院 产业应用方面 随着北斗卫星导航系统全球化步伐加快 相关产 业规模也迅速壮大 我国卫星导航与位置服务企业已达 14000 家 从 业人员超过 50 万人 形成珠三角
8、 京津冀 长三角 鄂豫湘 川陕 渝五大产业区域 自主北斗芯片跨入 28 纳米工艺 我国卫星导航专 利申请总量累计已达 5 4 万件 跃居全球第一 在交通运输 海洋渔 业等领域 全国已有 620 多万辆道路营运车辆 3 万辆邮政和快递车 辆 36 个中心城市约 8 万辆公交车 3200 余座内河导航设施 2900 北斗技术与产业发展白皮书 2019 年 3 余座海上导航设施使用北斗系统 同时 北斗高精度产品目前已出口 至 90 多个国家和地区 北斗系统服务性能和产品质量赢得了良好声 誉 数据来源 2018 中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书 数据来源 中国卫星导航定位协会 图 1 2013 2
9、020 年我国卫星导航与位置服务产业总产值及预测 根据中国卫星导航定位协会发布的数据显示 随着北斗性能以及 覆盖范围的同步提升 北斗产业化全面显著提速 2006 2017 年 我 国卫星导航系统与位置服务产业规模持续扩大 产值稳步增长 保持 了良好的发展态势 近年来 卫星导航与位置服务产业规模发展速度 呈现了一定程度的放缓 如图 1 所示 2013 年我国卫星导航与位置 服务产业总产值突破千亿 2016年达到2118亿元 同比增长22 1 2017 年达到 2550 亿元 同比增长 20 40 截止 2018 年我国卫星导 航与位置服务产业总体产值已达 3016 亿元 国家卫星导航产业中长 期
10、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 北斗卫星导航系统及其兼容产品将在国民经济重要行业和关键 领域得到广泛应用 在大众消费市场逐步推广普及 对国内卫星导航 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 2013201420152016201720182020 卫星导航与位置服务产业总产值 卫星导航与位置服务产业总产值 北斗技术与产业发展白皮书 2019 年 4 应用市场的贡献率达到 60 国家政策方面 近年来 国务院 国家发改委 旅游局 交通部 农业部 财政部 海洋局 民航局等国家部委相继出台北斗系统应用 与
11、产业化政策 以国家力量助推北斗系统发展的同时 也为北斗系统 更好地深入各行业应用提供了政策指导与保障 国务院相继发布 安 全生产 十三五 规划 十三五 现代综合交通运输体系发展规 划 国家突发事件应急体系建设 十三五 规划 在安全生产 现代综合交通运输体系 国家突发事件应急体系等方面明确使用北斗 系统 国家旅游局发布了 十三五 全国旅游信息化规划 利用北 斗系统让旅游更加信息化与便捷化 北斗系统参与国家 十三五 建 设的方方面面 为创新型国家建设助力 交通部 中央军委装备发展 部印发 北斗卫星导航系统交通运输行业应用专项规划 公开版 大力推动北斗交通行业应用 在铁路 公路 水路 民航 邮政等交
12、 通运输全领域实现北斗系统应用 此外 近两年来 地方政府在用政策促进北斗产业发展上呈加快 推进趋势 北京 上海 深圳 湖北 湖南等地也先后出台了相关北 斗卫星导航实施方案 提出各地区北斗政策法规建设的具体举措 海外市场推广方面 北斗三号的建设与 一带一路 建设推进高 度重叠 北斗重点布局了芯片 终端 板卡 电子地图 运营等产业 链核心环节 截至目前 参照系优质企业数据库共收录北斗导航行业 相关企业 269 家 涵盖上游基础类产品 中游终端集成和下游系统集 成产业链上三个关键环节 中国企业的卫星导航定位产品已在全球 北斗技术与产业发展白皮书 2019 年 5 100 多个国家实现销售 其中北斗已
13、先后落地应用 一带一路 沿线 30 多个国家和地区 目前我国已经与东南亚 南亚 中亚 东盟 阿盟 非洲等国家和组织建立了北斗相关合作机制 成功举办北斗亚 太行 北斗东盟行 中阿北斗合作论坛等系列活动 加强技术交流和 人才培养 建设北斗系统海外中心 推动北斗在亚太地区和 一带一 路 的落地应用 在 一带一路 倡议和多边合作机制框架下 我国 与 一带一路 国家和地区将共同努力 推动北斗系统更好地服务 一 带一路 国家和地区的经济社会发展 共享北斗系统建设发展成果 数据来源 北斗导航行业研究报告 二 北斗卫星定位技术 为实现北斗快速 高精度定位 当前主要采用网络辅助信息 差 分 BDS 等技术手段
14、通过移动通信运营基站提供的网络辅助定位信 息 可以实现北斗快速定位 差分 BDS 系统由参考站 数据中心 数据链和用户设备等部分组成 参考站 数据中心和用户设备之间的 连接都依靠数据链 差分 BDS 系统的连续性 可靠性也取决于数据 链是否畅通 可靠 有效和安全 是否具有高速率 大容量 低误码 率的数据传输能力 因此 数据链在差分 BDS 系统中起着关键性作 用 差分 BDS 系统数据链通信流程可概括为 参考站首先将原始观 测数据实时传输至数据中心 然后数据中心实时处理各参考站数据 用户将自身的NMEA 0183 数据通过无线网络通信技术发送至数据中 心 数据中心根据用户请求生成用户的差分改正
15、信息 并根据无线网 北斗技术与产业发展白皮书 2019 年 6 络通信技术将差分改正信息发送至用户设备 其数据链通信流程如图 2 所示 参考站数据中心用户 SDH专线 原始数据 4G 5G GPRS或无线网络通信 差分改正数据 3G GPRS或无线网络通信 NMEA0183 来源 中国信息通信研究院 图 2 差分 BDS 系统数据链数据流程 一 一 辅助 辅助北斗北斗快速快速定位定位技术技术 A BDS Assisted BeiDou Navigation Satellite System 即辅助北 斗定位技术 它可以提高北斗卫星定位系统的性能 通过移动通信运 营基站 A BDS 可以快速地定
16、位 用于支持北斗功能的手机上 在卫 星定位信号传播条件较差的环境中 例如在一座城市 卫星定位信号 可能会被许多不规则的建筑物 墙壁或树木削弱 在这样的条件下 A BDS 系统可以通过运营商基站信息来进行快速定位 A BDS 的基 本思想是通过在卫星信号接收效果较好的位置上设置若干参考卫星 定位接收机 并利用 A BDS 服务器通过与终端的交互获得终端的粗 位置 然后通过移动网络将该终端需要的星历和时钟等辅助数据发送 给终端 由终端进行 BDS 定位测量 测量结束后 终端可自行计算 位置结果或者将测量结果发回到 A BDS 服务器 服务器进行计算并 将结果发回给终端 A BDS 定位方案如图 3 所示 与独立的 BDS 技 术相比 A BDS 技术具有定位时间短 耗电量低 灵敏度高等显著 优势 北斗技术与产业发展白皮书 2019 年 7 北斗差 分站核心网 AGNSS 基站 北斗系统 来源 中国信息通信研究院 图 3 A BDS 定位方案 5G 基站将为 A BDS 注入新的发展动能 5G 具有高速率 低延 时 超高密度连接等特点 融合北斗卫星导航技术与 5G 通信带内定 位技术 可弥补
