2020北斗导航系统行业市场发展趋势分析，北斗导航系统从“区域服务”迈向“
北斗卫星导航系统作为我国自主研发的卫星导航系统，开启全球服务在即。北斗卫星导航系统（BDS，BeiDouNavigationSatelliteSystem）是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统和重要空间基础设施，旨在为全球用户提供全天候、全天时的高精度定位、导航、授时和短报文通信服务，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。北斗卫星导航系统发展经历了北斗一号系统、北斗二号系统和北斗三号系统三个阶段。目前，最早的北斗一号系统已经停止使用；北斗二号系统已向亚太区用户提供稳定服务，在轨运行情况良好；2017年至今，我国开展超高密度的北斗三号组网卫星发射任务，近期将完成北斗三号全部组网卫星发射，向全球用户提供基本导航、短报文通信、星基增强、国际搜救和精密单点定位等服务。
北斗导航系统采取“三步走”发展战略，实现从“国内服务”到“亚太区域服务”再到“全球服务”。我国自20世纪80年代开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，制定了“三步走”发展战略：
1）2000年年底，建成北斗一号系统，为国内提供服务；
2）2012年年底，建成北斗二号系统，为亚太地区提供服务；
3）2020年前后，建成北斗三号系统，为全球提供服务。在2035年前，将以北斗系统为核心，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时(PNT)体系。
表：北斗导航卫星发射列表
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北斗一号系统建设（1994-2003）采用有源定位体制，实现功能性验证和国内服务。北斗一号采用有源定位体制，即用户进行导航定位时主动向卫星发送信号，地面中心控制系统解算，提供用户三维定位数据。1994年，国家启动北斗一号系统工程建设；2000年，发射2颗地球静止轨道卫星，建成系统并投入使用，为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务；2003年，发射第三颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。
北斗一号系统基于“双星定位”基本原理，采用有源定位方式，在精准度、实时性等方面存在明显缺陷。以两颗在轨卫星的已知坐标为圆心，以各自测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成两个球面，用户终端将位于这两个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面，用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位臵。
图：北斗一号卫星导航定位原理示意图
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北斗二号系统建设（2004-2012）采用无源和有缘结合定位体制，实现亚太地区服务和系统性能提升。2004年，启动北斗二号系统工程建设；2012年年底，完成14颗卫星发射组网。北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制基础上，增加无源定位
体制，为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。北斗二号卫星定位精度和授时精度比北斗一号均提升1倍。
图：北斗一号和二号覆盖范围
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北斗三号系统建设（2009-2020）建设实现全球服务和系统综合性能提升。北斗三号系统继承北斗有源服务和无源服务两种技术体制，能够为全球用户提供基本导航(定位、测速、授时)、全球短报文通信、国际搜救服务，中国及周边地区用户还可享有区域短报文通信、星基增强、精密单点定位等服务。2009年，启动北斗全球系统建设；2018年，完成19颗卫星发射组网，完成北斗三号卫星定位系统基本系统建设，面向“一带一路”沿线及周边国家提供基本服务；2019年，完成北斗三号全球系统核心星座部署；2020年，完成30颗卫星发射组网，全面建成北斗三号系统。相比于北斗二号，北斗三号授时精度提高1倍，定位精度提高了1至2倍，水平定位精度达到4米，在用户导航定位的服务精度、信号连续性、系统可用性等方面也实现了大幅提升。
北斗二代和北斗三代工作原理与GPS类似，通过4颗卫星实现对目标的定位。以4颗卫星为球心，以各自与目标的距离为半径做球，4颗卫星的位臵已知，各自与目标的距离可以测得，考虑到星载时钟和终端时钟之间存在有误差，故在测量卫星与目标距离过程中会引入“时钟差”变量，加上目标空间位臵坐标的三个变量，一共有4个变量。因此，通过4个球面方程方可求出目标的空间位臵坐标。
图：北斗二号和北斗三号系统定位原理
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1、“北斗三号”性能大幅提升
北斗导航系统从“北斗一号”到“北斗三号”，先后完成试验系统、区域导航系统建设和全球区域覆盖，系统的功能和性能持续升级。北斗二号卫星定位精度和授时精度比北斗一号均提升1倍；相比于北斗二号，北斗三号定位精度提高1倍，授时精度提高了1至2倍，在用户导航定位的服务精度、信号连续性、系统可靠性等方面实现了大幅提升。
表：北斗一号、二号和三号系统性能对比
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2、“北斗三号”试验卫星研制具有众多技术创新，其特有的代表性新技术有：
1）新型导航卫星专用平台：卫星采用新型的导航卫星专用平台，该平台采用桁架式主承力结构、单组元推进系统、综合电子体系和全调节供电系统，具有功率密度大、载荷承载比重高、设备产品布局灵活、功能拓展适应能力强等技术特点，适于采用运载火箭加上面级“一箭多星”直接入轨的发射方式。
2）新型导航信号体制：在北斗三号系统全球服务范围内，系统在继承和保留北斗二号卫星B1I、B3I信号的基础上，新增了B1C公开信号，并对B2信号进行了升级，采用新设计的B2a信号替代原B2I信号，实现了信号性能的提升，同时充分考虑了与其他卫星导航系统的兼容与互操作。
3）更高精度和可靠度的原子钟：北斗三号卫星上采用了我国自主研发的更高稳定度、更小漂移率的新型高精度铷原子钟和氢原子钟，实现了卫星时频基准性能指标的大幅提高。铷原子钟产品具有较高的技术成熟度，对卫星的功率、质量等资源占用较少，首批组网的2颗中圆地球轨道卫星均采用了铷原子钟产品。相对北斗二号采用的第一代国产铷原子钟，其产品体积、质量方面大幅降低，综合水平达到国际领先水平。北斗三号星载时频系统增加了卫星钟完好性监测与卫星钟自主平稳切换等功能，多个原子钟保持同步，当主工作原子钟在轨出现故障后，卫星能够自主诊断并平稳切换，保证卫星时频信号的连续性，极大提高了导航信号与服务的可靠性和完好性。
4）增配星间链路：北斗三号配臵了Ka频段星间链路，采用相控阵天线等星间链路设备，实现星间双向精密测距和通信。通过星间链路相互测距和校时，实现多星测
量，增加观测量，改善自主定轨的几何观测结构，利用星间测量信息自主计算并修正卫星的轨道位臵和时钟系统，实现星-星-地联合精密定轨，提高卫星定轨和时间同步的精度，进而提高整个系统的定位和服务精度。通过星间和星地链路，实现对境外卫星的监测、注入功能，实现对境外卫星“一站式测控”的测控管理。
5）星载产品自主可控：北斗三号卫星系统坚持国产化与自主可控的原则，在关键元器件和部件产品方面开展国产化攻关，加强试验和使用验证，从根本上解决制约工程建设的瓶颈问题。卫星上一些长期依赖进口的关键部件产品，如电源控制器、测量敏感器等，实现了国产化和自主可控。
6）功能拓展能力加强：北斗三号中圆地球轨道卫星作为新型的导航卫星专用平台，在支持时频系统、基本卫星无线电导航业务、星间链路等载荷的基础上，在平台承载能力、设备产品安装、布局面积、功率余量、热控及散热面、遥控数据传输接口
等方面，均有一定的扩展余量，可用于支持开展其他与时空基准相关的功能拓展技术试验的能力，支持北斗卫星导航系统下一步的持续升级。
表：北斗三号特有的代表性新技术
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