智東西（公眾號：zhidxcom）
文 | 軒窗
智東西12月17日消息，16日15時22分，我國以“一箭雙星”方式成功發射第52、53顆北斗導航衛星。至此，北斗導航系統的中圓地球軌道衛星全部發射完畢，標志著北斗三號全球系統核心星座部署完成。
早在一年前，北斗三號就完成了35顆星組網，并正式向全球提供服務。相比于之前規劃的2020年，時間上提前2年。此次，北斗三號中圓地球軌道衛星全部發射完畢，將進一步提升北斗衛星導航系統的服務性能和用戶體驗。中圓地球軌道衛星是北斗三號全球系統星座的主力衛星，主要為全球用戶提供導航定位授時服務，以及全球短報文通信、國際搜救等特色服務。
北斗三號工程從2009年正式啟動至今已有十年，它由27顆中地球軌道衛星、5顆同步軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星組成，主要用于陸、海、空導航定位。北斗三號基本系統完成建設，開始提供全球服務。
和芯片一樣，中國在很多領域由于起步較晚，曾經在很長一段時間里處于別人卡脖子的狀態。導航定位系統也一度被美國的GPS系統壟斷，尤其在民用領域。可以說，GPS的民用極大地提升了人們的生活品質，許多以往不方便的事情都變得更加容易，比如汽車和手機導航等，人們告別了在紙制地圖上找路的歷史。
早在上世紀，我國就已經考慮到了這一問題，從上世紀70年代開始，就在著手構建自己的衛星導航系統。進入20世紀后期，我國正式確立了建立北斗導航系統，從2000年開始逐步發射衛星建立北斗導航系統。去年年底，北斗衛星導航系統提前兩年完成組網目標，正式開啟全球服務。關于北斗衛星導航建立的歷史和故事，智東西的另一篇文章對此進行了揭秘（中國自主研發崛起之路，起底北斗導航建設20年嘔心瀝血史）。
在民用之路上，北斗導航系統從2012年先由中國市場起步，逐步擴展到亞太以及全球市場。在中國“一帶一路”計劃的推動下，北斗導航系統在海外市場也得到了很好的推廣。
不過，從目前來看，在民用領域GPS仍然占據著最大的市場份額。由于建設的時間更早，GPS已經形成了非常成熟的產業鏈。相比之下，北斗導航系統并不具有先機優勢。但值得注意的是，北斗導航系統擁有一項獨特的技術優勢，就是它的雙向通信功能，這是GPS所無法比擬的。
那么，在誕生了近20年的時間里，北斗導航在民用領域構建起了怎樣的產業生態，北斗導航又是否會和GPS一決高下呢？本文就將深度起底北斗衛星導航系統的民用之路。
一、北斗衛星導航系統的民用歷程
上世紀70年代，中國就希望建立自己的衛星導航系統，直到2000年，第一顆北斗導航衛星才成功發射。如今，北斗導航已經建立了32顆星的系統。自2018年年底已經正式開啟了全球服務。
北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星。地球靜止軌道衛星分別位于東經58.75度、80度、110.5度、140度和160度。非靜止軌道衛星由27顆中圓軌道衛星和3顆傾斜同步軌道衛星組成。
整個系統可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。
與GPS一樣，北斗導航系統也分為軍碼和民碼，民碼開放給了民間使用。而在應用方面，北斗導航系統主要用于軍用市場、行業應用和大眾應用三個應用領域。
在軍用市場，北斗導航系統主要被用于飛機、艦艇、車輛等導航定位，精確制導、部隊定位和調度、軍用通信網絡的精確授時。北斗導航的軍事用途的重要性不言而喻，這里我們主要討論北斗導航系統在民用市場是如何發展的。
中國在衛星導航系統上形成了三步走發展戰略：2000年年底，建成北斗一號系統，向中國提供服務；2012年年底，建成北斗二號系統，向亞太地區提供服務；計劃在2020年前后，建成北斗全球系統，向全球提供服務。2035年前還將建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時空體系。
▲北斗衛星導航系統各衛星發射時間表
北斗導航系統的商用階段也與這三個時間段息息相關。
首先，2000年時，北斗一號建立的是雙星系統。由于軌道低了覆蓋面就小，兩顆中軌道衛星多數時間會在中國上空以外的地方飛行，中國大陸的信號接受時間就會很短，所以北斗一代的雙星方案只能選擇高軌道，而且還得是靜止的方案，這樣才能讓其停在中國大陸的上空。由于這兩顆星的軌道很高，導致了地面被測物體與衛星的相對速度很低，于是多普勒效應就不明顯，其定位精度遠不如GPS。所以，北斗一代在民用上并沒有取得太多成就。
時間到了2012年，北斗二號系統已經具有16顆衛星，可以覆蓋亞太地區。于是在2012年年底中國就宣布試運行北斗導航系統，面向亞太地區提供無源定位、導航、授時服務，開啟民用道路。
到了2018年，中國加速了北斗導航系統的組網速度，在這一年發送了十顆衛星，并在當年年底正式完成了35顆星組網，建成北斗三號系統正式宣布進行提供全球服務。相比于之前規劃的2020年，時間上提前2年。
進入2019年，北斗衛星導航系統的組網速度進一步加快，從今年4月份開始，我國又陸續將十顆北斗衛星成功發射升空。昨天，也就是12月16日，我國以“一箭雙星”方式成功發射第52、53顆北斗導航衛星。至此，北斗導航系統的中圓地球軌道衛星全部發射完畢，這標志著北斗三號全球系統核心星座部署完成。
二、北斗導航系統的民用現狀
目前，北斗導航系統的民用主要集中在大眾消費類產品和一些行業應用上。
我們先來看看在北斗導航系統在大眾消費類產品上的使用情況。我們在淘寶界面搜索了“北斗”，隨后搜出的商品類型主要有手機、戶外盒子、定位器、手表和手環等產品。
在大眾消費領域，出貨量最多的就是手機了。一款手機能否支持北斗導航，取決于硬件和軟件兩個層面。硬件層面，需要定位芯片支持北斗定位系統。由于北斗導航系統早已覆蓋了中國和亞太周邊地區，所以近年來生產的定位芯片廠商都會同時支持GPS和北斗，有些手機還會兼容俄羅斯的GLONASS。
軟件方面，國內的地圖、導航、公共交通等APP，它們在申請定位權限時，是需要從手機定位芯片獲取位置信息的，再由APP的算法實現定位、路徑規劃和導航等一系列操作。百度地圖的工作人員告訴智東西，百度地圖等導航軟件都只能從手機獲取定位數據，但無法選擇用北斗導航還是GPS的定位數據。
司南導航研發中心副主任王立端告訴智東西，導航衛星只能提供衛星的位置信息（軌道參數）包括經度、緯度、高度以及時間信息，應用方會有自己設計的算法，一般采用四顆衛星以上來進行定位，定位的精度也會更好。
智東西了解到，現在支持北斗的手機，都會和GPS、GLONASS信號一起用。實際上，在有些手機上，我們日常的定位和導航都已經在使用北斗了。你之所以沒有感受到在日常導航中使用到了北斗，是因為當我們打開導航類APP的時候，手機芯片到底采用了那家衛星的數據，用了哪個算法綜合確定位置，用戶是不能進行干擾和操作的。
智東西了解到，目前大部分的國產品牌安卓系統手機都支持北斗導航，iPhone則不支持北斗導航。不過，也并不是所有的手機型號都支持北斗導航，根本在于手機芯片的選擇，想要支持北斗必須有相應的定位芯片。目前上市的手機，如搭載麒麟980的華為P30 Pro、華為nova5 Pro，搭載麒麟810的榮耀9X，搭載高通驍龍855的OPPO Reno10倍變焦版、vivo X27、小米9等都可以支持北斗導航系統。在手機參數列表中，可以通過查看導航系統一欄進行查看。
▲OPPO Reno十倍變焦版支持導航系統的情況
普通的手機進行通信是通過基站進行信息傳遞的，而在人跡罕至的偏遠地區，比如沙漠、海洋上，想要實現通信則不能再靠基站，這個時候衛星通信就派上了用處。在北斗衛星導航系統中，最初發射的兩顆是定軌衛星，也剛好是通信衛星的頻段，因此可以用來進行通信。因此市面上也因此誕生了北斗手機。
早在2014年，武漢大學和泰斗微電子、中興通訊就聯合研制的一款北斗高精度定位手機樣機。這款手機采用了我國自主研制的北斗/GNSS芯片，融合北斗系統及羲和系統增強信號，實現了1米級精度的室外定位能力。
除了利用北斗進行通信的手機外，手機廠商也優化自身的手機產品。比如普通的手機可以和北斗衛星進行互動，利用北斗導航的短報文功能，可以通過短信形式，告訴用戶所處的位置。
比如，2013年時海南一漁民通過北斗導航終端發出求救信號并獲救。據北京北斗星通導航技術股份有限公司副總裁胡剛介紹，漁船用其他衛星通信手段太貴，而用北斗和手機相連的系統，漁民給家里人發手機短信只需3毛錢一條。臺風警報發布時，也可以利用北斗系統不斷給漁民發送警報信息。
此外，在大眾消費市場上還有一個相對較火的產品——北斗手表。在天貓商城中，我們甚至還看到了北斗品牌旗艦店。2011年1月18日，第一只北斗衛星手表誕生。2011年9月20日，北斗衛星手表正式進入民用市場銷售。 這款北斗手表由成都天奧電子股份有限公司研制，是世界上第一只指針式衛星授時手表 。
除了應用于個人消費品，北斗導航系統更重要的應用在于行業應用。目前，北斗導航的位置、導航及授時功能已經成功應用于車船監管、電力、農業等市場。北斗導航系統還被用于應急救援、航空運輸、氣象應用、水運等領域。
在智慧城市行業，北斗系統主要應用于智慧交通、智慧養老、城鎮供熱、供水排水等方面，國家北斗服務網已經為全國超300座城市的各種行業應用提供北斗服務。
在智能網聯汽車行業，北斗系統主要應用于：自動駕駛、智能座艙、車路協同等方面，北斗系統的高精度定位是智能網聯汽車感知的關鍵基礎技術。
三、北斗導航系統民用的支撐難點
如今導航軟件層出不窮，甚至出現了名為北斗導航的導航軟件。今年5月北斗導航APP上線之時獲得了不少媒體和公眾的注意，很多不明真相的小伙伴一位，安裝了北斗導航APP就可以用上北斗導航衛星系統了。
實際上，北斗導航APP和北斗衛星導航系統沒有直接聯系，二者根本不是一個層面的東西。想要使用北斗衛星導航系統，有一個硬件必不可少，那就是能夠接受北斗衛星信號的芯片，它也是北斗導航民用的基礎。
北斗芯片是一個RF射頻芯片，基帶芯片及微處理器的芯片組，終端設備通過北斗芯片，可以接受由北斗衛星發射的信號，從而完成定位導航的功能。
在導航基帶領域中，一般通過導航專用ASIC硬件電路結合應用處理器的方案來實現。此前的應用處理器多選用國外公司ARM處理器芯片核，需向國外支付IP核使用許可費用，由于技術受制于人，無法徹底解決產業安全及保密安全問題。
從北斗導航系統進行民用開始，中國的北斗產業鏈就在努力攻克這一核心技術。
2012年年末在正式宣布北斗衛星導航系統試運行啟動時，衛星導航專用ASIC硬件結合國產應用處理器的方案，也成為北斗衛星導航芯片一項重大突破。據了解，這一方案是由中國航天科技集團公司九院772所所長趙元富團隊研發設計的，具有完全自主知識產權并已實現規模應用。
2017年5月，成立僅一年的深圳華大北斗發布了我國首個“北斗芯片開放平臺”，2017年9月，深圳華大北斗正式推出全球首個支持新一代北斗三號信號體制的多系統多頻高精度SoC導航定位芯片。
今年4月，基于華大北斗的全球首款搭載國產雙頻北斗高精度導航定位SoC芯片HD8040，聯想還推出了一款新手機聯想Z6青春版。HD8040是一款擁有完全自主知識產權的國產基帶和射頻一體化SoC芯片，集成了浮點運算單元，計算能力實際躍升40%以上。
今年5月20日，合眾思壯發布了全球首顆全面支持北斗三號民用導航信號體制的高精度基帶芯片“天琴二代”，搭載這款芯片的新款板卡及相關產品預計將于今年8月份上市。據了解，合眾思壯投入了5000萬元人民幣，歷時兩年研發才研發出這款新品，并擁有其完全的自主知識產權。
目前，北斗芯片方案已經成熟，有多家企業入局。2018年5月，中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其透露，國產北斗芯片已實現規模化應用，工藝由0.35微米提升到28納米，最低單片價格僅6元人民幣，總體性能達到甚至優于國際同類產品。
同時，北斗導航系統產業也在逐步擴大。據第十屆中國衛星導航年會上公布的《北斗衛星導航系統建設與發展》顯示，2018年國內衛星導航產業產值已超過3000億元，預計至2020年，我國衛星導航產業的規模將超過4000億元，北斗將拉動超過3000億元規模的市場份額。
由于北斗導航芯片行業巨大的市場潛力，國內涌現了一批導航芯片廠商想分一杯羹。但是芯片研發、流片、測試的前期投入很大，有的企業一直在虧損。 國家在北斗發展初期對芯片企業有一定的資金扶持。
不過，我國北斗導航定位芯片產業也有一些問題。最主要的問題是發展模式較為封閉，發展很大程度上受到企業自身資源、研發投入和人才水平等因素制約，很難憑借一己之力推動芯片核心技術水平的快速提升。而想要促進這一產業的快速發展，需要產業鏈上下游企業聯動起來，下游應用帶動上游的技術研發形成良好閉環。
當進入產業化階段后，需要企業依靠自身能力在市場上競爭。未來，北斗芯片企業也會遵循GPS芯片的發展規律，經歷幾輪淘汰，產業集中度逐步提高。只有產品性能好，依靠規模優勢把成本降得很低的企業才能有更多的市場機會。
四、北斗導航系統能否拼得過GPS？
作為與GPS一樣的全球性的導航定位系統，北斗這位后起之秀可以說是GPS最大的挑戰者。
從時間上看，GPS比北斗的資歷更老。早在1978年，美國就開始組建GPS系統，1994年就已經完成了GPS的組網。反觀北斗，2000年才開始發射第一顆衛星，去年年底才剛剛完成組網，面向全球商用。而在此時，GPS已經占據了民用市場的大部分市場份額，具有先機性。
從建設的速度來看，GPS用了16年建設完成，而中國的北斗導航系統建設了19年。不過，需要指出的是，北斗導航系統實際上經歷了兩個階段，最初中國采用的是雙星方案，隨后推翻建設多星方案。按照原計劃，北斗導航系統預計在2020年商用，但在2018年北斗導航系統提前兩年完成了組網。值得一提的是，在2018年，北斗導航系統一共發射了十顆衛星，創造了衛星年發射量新的記錄。
相比于GPS，北斗系統有一個優勢就是它可以實現雙向通信，也就是所說的短報文功能。北斗衛星導航系統新聞發言人、中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其之前在采訪中表示，這意味著使用北斗，不僅僅像其他衛星導航系統一樣可以知道自己在哪里，同時也可以讓別人知道你在哪里，自己也能知道別人在哪里。
此外，北斗導航系統民用還有一個重要優勢在于國家的推廣。中國自主建設的衛星導航系統在本土獲得大力度的推廣自然不用言說，整個圍繞北斗導航系統建立的產業鏈也正在快速地發展。
除了在中國市場的快速發展，北斗導航系統在海外也在不斷發展壯大。2018年年底，北斗衛星導航系統已經覆蓋了“一帶一路”沿線國家，包括巴基斯坦、老撾以及印度尼西亞在內的30個國家。北斗系統也被稱為“太空絲綢之路”。
結語：北斗導航民用市場潛力巨大
從目前來看，在民用領域美國的GPS仍然占據著最大的市場份額。由于組網和商用的時間更早，GPS已經形成了非常成熟的產業鏈。相比之下，北斗導航系統并不具有先機優勢。但值得注意的是，在定位精度方面，北斗導航系統并不輸GPS，同時它還擁有一項獨特的技術優勢，就是它的雙向通信功能，這是GPS所無法比擬的。
從北斗導航系統民用產業鏈發展的情況來看，此產業鏈已經初具規模，北斗的民用也在逐漸地滲透到我們的生活和工作中。相信在政府的推動下，未來北斗導航系統在全球民用市場規模將會進一步擴大。
不過，GPS和北斗導航定位系統最終并不是誰取代誰，兩者仍將是相互配合使用，以幫助用戶獲得最好、最準確的定位。而北斗衛星導航系統其真正的意義更是在于使我國擺脫了外國在先進技術上的另一處鉗制。
