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公司名称：北京万世隆科技发展有限公司

经营简介：全球导航卫星系统(GNSS)及产业发展研究 曹 冲 (中国全球定位系统技术应用协会咨询中心，北京 10037) 摘 要：阐述了全球导航卫星系统(GNSS)及其产业的发展现状及前景，重点叙述国内外系统、技术、市 场和产业的来龙去脉，并提出了自己的研究结果和观点与预测。 关键词：GNSS（全球导航卫星系统)；GPS（全球定位系统）；GLONDASS（全球导航卫星系统）；GALILEO（伽利略）；COMPASS/BD-2（“北斗”导航卫星系统）；QZSS（准天顶卫星系统）；IRNSS（印度无线电导航卫星系统）；WAAS（广域增强系统）；EGONAS（欧洲静地重迭导航系统）；MSAS（多功能运输卫星系统）；GAGAN（GPS与静地增强系统）； SDCM（差分改正与监测系统）；NicomSat—1（尼日利亚通信卫星增强）；MEO（中高度地球轨道）；GEO（静地轨道）；IGSO（倾斜地球同步轨道） 一、概 述 GNSS（全球卫星导航系统）又称天基PNT系统，其关键作用是提供时间/空间基准和所有与位置相关的实时动态信息，业已成为国家重大的空间和信息化基础设施，也成为体现现代化大国地位和国家综合国力的重要标志。它是经济安全、国防安全、国土安全和公共安全的重大技术支撑系统和战略威慑基础资源，也是建设和谐社会、服务人民大众、提升生活质量的重要工具。由于其广泛的产业关联度和与通信产业的融合度，能有效地渗透到国民经济诸多领域和人们的日常生活中，成为高技术产业高成长的助推器，成为继移动通信和互联网之后的全球第三个发展得最快的电子信息产业的经济新增长点。由于其应用与服务的大众化、全球化特质，以及和通信与网络产业良好的互补性、融合性优势，因而具备成长为巨无霸产业的所有有利条件，且目前我国正处在其产业爆发性增长的孕育期。据国外专业咨询公司预测，2008年全球具备卫星导航（GPS）功能的移动电话年销量达到2.4亿部，至2011年则将达到7.2亿部，约占全球手机总数的20%。对于卫星导航产业而言，中国的最大优势是有庞大的内需市场，中国移动通信市场规模现已名列全球第一（2007年用户总数超过5.4亿户），汽车销售市场也已跻身世界第二（2007年超过888万辆），而这两大市场恰恰是卫星导航的主流应用市场，预计3～5年后将形成年产值超过1000亿元的应用与服务产业规模。 由于GNSS在国家安全和经济与社会发展中有着不可或缺的重要作用，所以世界各主要大国都竞相发展独立自主的卫星导航系统。估计在2020年前，全世界将有四大GNSS，他们是：现有的美国GPS和俄罗斯GLONASS，欧盟计划在2013年建成的GALILEO系统，以及我国正在建设的COMPASS。GNSS实际上泛指卫星导航系统，包括全球星座、区域星座，及相关的星基增强系统。除了上述的四个全球系统及其增强系统（美国的WAAS、欧洲的EGNOS和俄国的SDCM）外，日本和印度等国也在建设自己的区域系统和增强系统，即日本的QZSS和MSAS，印度的IRNSS）和GAGAN，以及尼日利亚运用通信卫星搭载实现的NicomSat-1星基增强。 二、全球导航卫星系统的现状与前景 ⒈全球导航卫星系统的历史 全球导航卫星系统的起源要追溯到1957年前苏联发射第一个人造地球卫星，由他发现了多普勒定位原理，推动了产生了美国的海军导航卫星系统─子午仪（Transit），进而出现了美国的GPS和前苏联的GLONASS。1973年GPS被批准立项，1978年发第一颗卫星，至今已过30年。从1995年GPS宣布投入完全工作阶段起，也已经有20多年，目前和今后3～5年内它仍将是全球唯一的全功能稳定运营的卫星导航系统。由于卫星导航系统具有广泛的应用范围，能深入到国民经济许许多多领域，能进入人民生活的方方面面，能产生巨大的经济效益。而这一切应归功于GPS的产生和应用，GPS是技术的成功范例，从军民两用的视点来看，它对军事和民用世界的影响，远远超出了20世纪70年代当时系统设计者的构想。作为军事系统，GPS在海湾战争、阿富汗战争、科索沃战争和伊拉克战争中经受了一系列实战考验，无可争辩地证明了其“军力倍增器”的强大作用。作为民用系统，它远远出乎系统开发者的意料之外，在商业市场和大众消费领域，显示出极其强劲的高速发展势头，应用面之广大，服务层之深入，反响之强烈，前景之良好，均让人叹为观止。这是美国军方继互联网之后，对民用世界的第二个最重要的贡献。 ⒉全球导航卫星系统的现状 全球卫星导航系统及其产业当前正经历前所未有的三大转变：从单一的GPS时代转变为多星座并存兼容的GNSS新时代，导致卫星导航体系全球化和增强多模化；从以卫星导航为应用主体转变为PNT（定位、导航、授时）与移动通信和因特网等信息载体融合的新阶段，导致信息融合化和产业一体化；从经销应用产品为主逐步转变为运营服务为主的新局面，导致应用规模化和服务大众化。三大趋势发展的直接结果是使应用领域扩大，应用规模跃升，大众化市场和产业化服务迅速形成。 GPS发展到系统之系统的GNSS，应该说是一种巨大的进步。实际上，GPS从投入正式工作后，于1996年便开始其现代化计划，2000年5月1日取消其人为恶化民用信号精度的可用性选择（SA）之举措，标志着现代化计划进入实施阶段，并预计在2013年完成，现在已经启动新一代的GPSⅢ，届时有可能继续成为世界上最先进的系统。GLONASS正在逐步恢复阶段，预计在2011年达到额定24颗星的工作状况，GLONASS也在开展现代化计划，在2010年发射其利用CDMA编码的GLONASS-K，实现与GPS/Galileo在L1频点上的兼容与互用，其现代化计划预计在2017年完成，星座卫星数量达到30颗。Galileo系统预期在2013年完成部署，投入运行，它将与GPS在L1和L5频点上实现兼容和互用。我国的BD-2区域卫星导航系统，由12颗卫星组成，计划在2010年建成，并择机启动全球系统建设，估计建成期为2020年，星座卫星数量为30个。 ⒊全球导航卫星系统的前景 有区域系统和局域系统对其进行增强；二是多系统兼容，通过GNSS兼容与互用的合作，实现L1和L5上的民用信号的互用共享；三是多模化应用，除了导航外，还用于定位、授时、测向，充分发挥其功能与能力；四是多手段集成，除了卫星导航及其增强外，还利用非卫星导航手段，如蜂窝移动通信（UMTS）网络、Wifi网络、Internet网络、惯性导航、伪卫星、无线电信标等。采取如此众多的对策措施，旨在形成一个以GNSS为主体的PNT应用服务体系，真正做到任何时候、任何地方、全时段全空间的无缝服务，实现产业的全球化、规模化、规范化和大众化发展。面对BD-2/GPS/GLONASS/Galileo四大系统100余颗工作卫星在天空中盘旋的局面，用户有个最优化选择和最佳化应用的问题，而四大系统及其它卫星导航服务提供者的各大强国必须认真思考和实现GNSS的兼容与互用，以及探索新一代民用GNSS体系的建设方式和实施办法，在可能的条件下酝酿共建共享的问题。 三、导航卫星系统与应用技术的进展 ⒈导航卫星系统技术的更新换代 卫星导航系统从美国的子午仪、GPS及其现代化，最后到GPSⅢ，不断地在演变，还在探索新一代的系统。除了卫星及其载荷性能改进外，地面运控系统也在做现代化改造，以调高定位精度，和实时监控能力。俄罗斯的GalileoⅡ。我国的北斗卫星导航系统，从有源双星定位的BD-1号试验系统，步入无源定位的BD-2先区域、后全球的新的发展阶段。由于用户与市场的客观需求和国际竞争的需要，卫星导航系统的功能和性能在不断改进提高。以精度而言，GPS的SA取消后，从100与米提高到10米量级，GNSS实现兼容与互用后可提高到1m左右。最值得提出的是，卫星导航系统的指标体系有了重大变化，以GPS为例，原先指标参量主要为精度、可用性、连续性和完好性，GPSⅢ阶段除了高精度要求外，还有可确保的可用性、可控的完好性、抗干扰功率增强、导航担保、增强安全性、后向兼容、系统自生存性，以及民用信号从1个变成4个。Galileo系统的服务理念与全球定位系统相比有了进一步深化，其信号编码体制有明显创新，得到公认，并衍生多个应用品种。 ⒉导航卫星应用技术的层出不穷 卫星导航应用技术的进步是以接收机为核心的，20多年来，接收机技术、接收机芯片技术以摩尔定律在发展，在进步，性能成十上百倍地提高，重量成百上千倍地减轻，价格成千上万倍地降低，民用接收机技术大大地带动了军用技术的快速进步。同时，车辆导航仪、个人导航仪（PND)、手持机、定位手机、导航手机、行驶记录仪、监控终端等等应用终端以更加丰富多彩、功能强大而驰名，受到广大用户的青睐。此外，各种各样的应用与服务系统，如移动位置服务系统（LBS）、车辆信息系统（Telematics）、实时智能交通信息系统、不停车收费系统、车队管理系统、物流运输系统，以及多种多样的专业应用系统，日新月异地进入市场和产业，形成明显的生产力，对于提高生产效率，提升服务水平，改善生活质量，推动经济发展，发挥着积极作用。技术发展的重大倾向是卫星导航系统应用业已拓展到PNT或PNOT（Position、Navigation、Orientation、Timing，定位、导航、定向、定时）全领域，并且以它为中心逐步实现与通信(cell、WLAN、UWB、bluetooth）、互联网、惯性导航传感器、时钟等等的融合与集成，将多种多样的信息来源与信息通道实现一体化整合，真正达到全球任何时间、任何地方（海陆空天与地下和水下）的PNT应用与服务，已经成为人们未来十年追求的目标。 ⒊导航卫星技术发展的推动力的演变 卫星导航系统及其技术的飞速进步，其发展动力来源正在发生着微妙的变化。GPS建设初期主要动力来自军用需求，来自技术牵引，任务与目标相对集中，随着系统变成军民两用进程的发展，市场与产业的广泛需求越来越丰富，越来越多样化，应用与服务需求逐步上升为主要矛盾，成为矛盾的重要方面。使得发展驱动力从主要来自使命牵引转变为主要来自需求推动，也就是更多地来自于产业、市场和用户的需求。所以，无论GPSⅢ和Galileo系统的设计建设，多将需求调研作为一个重要方面加以研究，从而实现系统指标体系的重大调整，使之更加切合实际，更加有用。这种转变是带有根本性意义的，是科技发展的方向性问题，会对产业发展产生深远影响。这种转变给我们新兴国家以机会，有更多的发展余地，有更多的市场开拓空间。这种转变也给我们提出了更高的要求，要紧跟用户需求，研发生产出更多更好切合实际应用的高效产品，实现双赢和多赢，让用户得到看得见摸得着的实实在在的好处，实现增值服务。 四、导航卫星应用市场和产业的发展现状和趋势 ⒈导航卫星应用市场的分析及其解析 卫星导航应用与服务市场通常可分为低端和高端两类。近10年来，随着Galileo系统的出现，其市场分类方法逐步为人们所接受，那就是：大众市场、专业市场和生命安全市场。生命安全市场从一般概念来说，往往觉得与其它两个市场有所重复，实际上，生命安全市场在这里是与卫星导航的服务相互联系的，Galileo系统具有公开、商务、公共特许、生命安全和搜救，专门的生命安全服务必须与卫星导航系统的完好性结合来。目前，这方面的应用尚未正式广泛展开，所以大众对于这方面的认识，还不太了解，有待提高。通常，大众市场包括：城乡和公路与内水（小汽车、轻型车、卡车、公交车、长途客货运车辆和水上航运）、个人应用（行人、游艇、娱乐休闲、游戏、老人、小孩、弱势人群、通信、导航和LBS）；专业市场包括：空间（飞行体跟踪、卫星定位、轨道确定、姿态确定和飞行编队）、时间（电网同步与故障诊断）、科研（气象预报、深空探测、地球物理和海况研究）、测绘（大地测量、多传感器相关、动态测量、网络RTK和地理信息系统集成）、能源（电力网管理、海床勘测、资源开发、油气钻探和核废料管理）、环境（潮汐与海流测量、油污染围堵、有害废料回收利用和资源管理）、农业（农田养护、播种施肥收割最优化、家畜放养跟踪和收割打场效率改进）、通信与网络（通信同步、蜂窝集成、传呼定位和网络同步等）、管理（船队管理、物流管理、车队管理、人员管理和产品管理）；生命安全市场包括：交通运输（航空、航海和铁路）、；安全保障（个人保镖、安全防恐、交通监控、危险品运输和司法应用）、应急联动（医疗急救、防灾救灾、火警盗警、搜索救援、重大事故应对和公共健康与安全）。 ⒉大众市场是重点，专业市场是关键，生命安全市场是制高点 在产业发展中，极大多数产值与份额贡献来自于大众市场，是产业成长的重点和依托，主要是车辆应用和个人应用，服务体现在Telematics和LBS两大系统中。专业市场涉及的方方面面极其广泛复杂，在各行各业发展中，卫星导航技术是强大的创新推动力和改造传统产业的生力军，对许多行业而言是带有革命性的新兴技术，成为关键的技术驱动力。在三大市场中，生命安全是产业的制高点，卫星导航系统的几大指标中，完好性主要针对的是生命安全应用与服务。 ⒊卫星导航产业的发展阶段及其定位依据 卫星导航产业对于全世界来说，都是个新兴的产业，其核心市场至今尚未突破1000亿美元，应该说仍处在初级发展阶段。而且GNSS概念只是在形成过程中，GPS本身也在不断的演变中，而这种变化过程又是一个较长的时期，在一定程度上延缓了卫星导航产业的发展。同时，作为一个能与蜂窝通信与互联网相结合的大产业，一个具有光辉前景的大产业，其形成、演变、结合、成长和发展过程，必然经历一个较长的发展时期，实现用户培育，形成市场氛围，营建基础设施，达到规模经济，均需要时间。这是全球共同面对的事实。应该指出的是，产业发展到今天，已经到了向全球化、规模化和大众化进步的重大关键转折期，期盼多年的爆发性增长阶段呼之欲出，恰恰就在今后的3～5年内，在此期间，GNSS仍停留在概念上，并不会构成实用系统，唯一能稳定有效工作的系统可能还是GPS，这是又一个明摆的事实，对此必须有清醒的认识。而在卫星导航应用与服务技术及产品领域，我国与国际先进水平相比，至少落后5～8年。这是另一个严峻的不得不面对的事实。卫星导航系统面临的第四个事实是，GNSS多系统之间的兼容与互操作，开展深入广泛的协调与合作，以期形成一个实用高效的合成系统。面对四大事实，我国的卫星导航系统及其产业应该有个准确合理的定位和因情而异、因地制宜、因时而变的宏观决策、应对举措，解决好国际与国内、系统与应用、技术与产业、政策与市场、长远与现实等一系列关系，把产业发展放到一个切实可行、行之有效的基石上，推进之，发展之。 ⒋应用产业的发展现状与前景预测 2007年我国卫星导航应用与服务产业的产值约为400亿元左右，应用终端社会总持有数量接近1000万个，呈高速增长态势，与2000年相比，产值增幅为10多倍，用户终端数量为百倍量级，但与国际整体产业相比，我们在产值和数量上还不足总数量的3%～5%，对国民经济总值的贡献也是很不起眼的。但是，卫星导航的知名度、曝光度、显示度却非常高，北斗与GPS的认知度、关注度和影响面甚广。其明显的高科技特征，其融入各行各业的卓越的渗透力，其巨大的产业发展前景，都值得大家关注。我国卫星导航产业最大的优势，是庞大无比的市场，这是世界独一无二的，是中国特有的。这一庞大市场的基础是中国的13亿多的巨大人群，形成了世界上最大的移动通讯市场，世界上发展最快的数一数二的因特网用户群体和汽车产销市场。而这三个方面正好是与卫星导航大众市场密切相关的，有朝一日会达到休戚相关、相濡以沫的境界。2007年底，我国的移动通信用户总量达到5.47亿户，网民总数超过2.1亿户，而产业发展趋势是未来若干年内所有移动电话均带有位置报告功能，从而构成的导航手机终端销量及LBS服务的累积数量，显然是惊人的，将分别以千万和万万计。2007年底，中国汽车产销量均超过820万辆，前装导航仪和车辆信息系统的数量为36万套，只占总数量的4.4%，而国际上在日美欧至少为50%以上，可能逐步发展为标准配置，由此可见，显然有相当大的发展余地。仅就车辆和个人应用的大众化市场而言，如果配套措施得当，政策到位，产业顺利发展的话，3年内产业总产值突破1000亿元，到2015年达到并超过3000亿元，完全是有可能的。 五、结论 ⒈全球卫星定位系统及其产业发展的三大趋势必然导致导航产业的全球化、规模化和大众化，并会带来巨大的经济效益和社会效益；面对产业发展的四大事实提醒我国企业应该审时度势，因地制宜，内外联合，将产业引上健康发展的快车道。 ⒉全球卫星导航系统发展的四大特点，将GNSS系统的价值发挥到极致，将技术创新与系统集成整合到极致，将卫星导航应用与服务的功能推进到极致，从而有可能突破许多关键技术和基础设施的“瓶颈”为产业的高速发展铺平道路。 ⒊卫星导航的三大市场使我们清理了产业重点、关键和制高点，可以紧紧的抓住产业发展的龙头和重点，牢牢把握市场开拓的大方向，根据各自不同条件选择自己的业务范围和相关的市场策略，尤其要利用要利用我国市场巨大的潜在优势，形成产业发展强势。 ⒋当前的市场发展阶段，应该对市场需求进行深入的调研和遴选，认真的研究和分析，实现官、产、学、研、用相结合，开发适销对路的产品和服务，做出自己的特色与优势，形成能良性发展的产业链与和谐的上下游关系，切忌盲目冒进和恶性竞争。 ⒌卫星导航产业的光辉前景，必须靠苦干、实干、打拼和管理；靠科技创新、应用创新、服务创新；靠国际合作、国内联合、行业联合、行业同心，形成大环境，构建大产业，创造大辉煌。

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