硬核科技之三:“中国的GPS”——北斗导航系统

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这是硬核科技系列第三篇文章,也是军工科技的最后一篇文章。在写这篇文章之前,把头哥一直在犹豫要不要蹭热度写半导体,最后决定还是不要。因为,半导体我也可以写(后面会写),但是我更希望通过这一系列文章告诉大家除了半导体,军事科技也是非常重要的硬核科技,甚至有过之而无不及。我国现在在经济总量上已经排名世界第二,但是一个国家的综合实力,不仅仅看经济总量,还要看科技、军事、文化等。而军事科技,尤其是航天航空相关的技术,还不光是影响国家现在的国防力量,更影响人类走出地球,探索宇宙的未来。废话不多说,我们接下来介绍卫星导航。

高精度卫星导航具有非常重要的战略意义。卫星导航用于民用不仅能提供定位信息,当定位精度超过0.5米时,更能为无人驾驶提供车道级别的定位精度(可以说没有高精度导航,就没有无人驾驶)。同时,卫星导航更是现代军事信息化作战的重要基础。现代化战争从美国在第一次海湾战争、伊拉克战争和叙利亚战争中的表现可窥见一二,经典的套路是用导弹摧毁重要的防空目标,再用战机精准轰炸,从而摧毁对方雷达、防空、指挥等战略目标。为了实现精确制导,导弹(例如美国战斧)通常采用惯性制导+卫星导航的方式。

很多读者可能会说了,为什么我们要有自己的卫星导航系统呢,不是有GPS吗?但是GPS是什么呢,GPS是Global Positioning System(全球定位系统)的简称,起源于1958年美国军方的一个项目,1964年投入使用(百度百科)。GPS分为民用和军用,军用的P码对应精密定位服务,主要给美军和部分得到授权的机构使用;其他国家主要使用民用的C/A码,定位精度比军用码要小很多,而且一旦面临军事冲突,会随时被干扰甚至关闭。美国参与叙利亚战争的时候,就曾经关闭叙利亚GPS民用信号,阻止其用于制导和定位。

所幸的是,我国有独立自主的卫星导航系统。2020年我国将完全建成覆盖全球的北斗三号定位系统,与目前全球广泛使用的GPS定位相比,精度更高。与地基/空基增强系统配合时,定位精度可以达到分米甚至厘米级。卫星定位原理可以简单地这么理解:1)接收器收到多个卫星的当前位置和时间信息;2)根据接收器当前时间减去卫星发出信号的时间,乘以卫星信号传输速度,获得接收器与卫星的直线距离;3)以一个卫星为中心,接收器与卫星的直线距离为半径作一个球面,接收器就位于这个球面上;4)两个球面相交为一个圆,三个球面相交有一个点,用三个卫星理论上就能实现定位。但是这是理论上的定位,实际上,时间信息是有精度的,由于卫星传输速度很快,计算得到的接收器与卫星的距离容易受时间精度影响产生较大偏差。北斗三号的授时精度为9.8纳秒,比GPS的授时精度(10纳秒)还要略好一些。

卫星导航系统结构可以分为卫星段、地面段和用户端。卫星段和地面段是北斗导航系统的基础设施部分,包括卫星的制造、发射和运维(由国有航空航天企业垄断),地基与星基增强系统(增加定位精度,主要有千寻位置等企业参与)。用户端主要是指使用GPS导航系统的终端,数量众多,市场空间大。用户端上游是各种定位相关的芯片、板卡和天线,以及高精度地图。中游是定位终端和系统集成,定位终端主要是2C的产品,包括手机、可穿戴设备、车载导航,甚至共享单车;系统集成主要是2B的,涉及国防军事应用和行业垂直(如测绘)领域。下游主要是指定位服务,包括构建地理空间数据平台、提供定位服务等。

从整个产业链参与的公司来看,千寻位置是近几年非常活跃的定位服务商,并且自建了地基和星基增强系统,号称定位精度可以达到厘米级。上市公司中,海格通信深度布局卫星导航系统,在产业链各个环节都有较大影响力,包括地基增强系统、定位芯片和天线、军用定位终端以及民用的定位服务。海格通信非常重视研发投入,2018年研发费用营收比值16.16%,近两年内都领先其他上市公司。

@今日话题 $海格通信(SZ002465)$

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文/陈玉楼

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