AIoT星图研究院-北斗室外物联网定位市场调研报告（2023版）-2023.03

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免责声明本报告是AIoT星图研究院和深圳市物联传媒有限公司的调研与研究成果。本报告内所有数据、观点、结论的版权均属AIoT星图研究院和深圳市物联传媒有限公司拥有，任何单位和个人，不得在未经授权和允许的情

况下，进行全文或部分形式（包含纸制、

电子等）引用、复制和传播。不可断章取义或增删、曲解本报告内容。AIoT星图研究院和深圳市物联传媒有限公司拥有对本报告的解释权。本报告所包含的信息仅供相关单位和公司参考，所有根据本报告做出的具体行为与决策，以及其产生的后果，AIoT星图研究院和深圳市物联传媒有限公司概不负责。报告分析师介绍姓名：市大妈职位：AIoT星图产业研究院行业分析师个人简介：在物联网媒体及市场研究方面有多年工作经验，重

点关注通信、定位领域，主导撰写过通信领域相关的多份市场调研报告：欢迎添加个人微信《中国

LoRa

产业市场调研报告（2020

版）》、《中国

5G

NB-IoT

产业市场调研报告（2021

版）》、《非蜂窝低功耗远距离物联网技术市场研究报告（2022

版）》。IOT

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前言：逐梦星辰大海，北斗定位九洲一、物联网平台能力及价值1.1

物联网平台技术能力1.2

物联网平台价值分析1.3

物联网项目仍在遭遇挑战1.4

行业对物联网平台的评估指标变化1.5

物联网平台阶段性成果数据二、物联网平台玩家复盘2.1

谁在进入市场：物联网平台2014-2021大事记2.2

物联网平台玩家图谱2.3

物联网平台战略演变1）萌芽阶段（2009-2014

年）2）成长阶段（2014-2017

年）3）探索阶段(2017-2025

年

)4）稳定阶段（2025

年以后）2.4

竞争进行时：物联网平台玩家数量变化1）物联网

IaaS

平台正在减少2）物联网连接管理平台将会减少3）物联网

SaaS

平台数量将增加4）甲方自建的物联网平台数量将会减少三、物联网平台商业模式&资本市场战略3.1

物联网政策信号3.2

物联网平台市场规模3.3

物联网平台收费模式3.4

物联网平台商业路径比对1）消费物联网市场模式分析2）产业物联网市场模式分析3.5

物联网平台资本市场价值拆解1）平台企业在资本市场的表现2）平台企业在资本市场的价值3）物联网平台“专精特新”趋势高涨四、物联网平台为垂直行业赋能智慧4.

1

物联网平台赋能智能楼宇1）智能楼宇行业背景IOT

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Contents目录

/Part01

卫星定位与室外物联网应用相辅相成Part04

北斗市场的爆发与尴尬A

卫星定位行业背景A

北斗产业市场发展一、中国卫星导航产业市场规模一、卫星定位行业概况二、高精度定位市场规模二、卫星定位系统与物联网应用融合发展B

北斗产业市场发展特点B

室外定位行业背景一、北斗产业迎来爆发一、室外定位技术介绍二、常用室外定位方案二、“北斗热”下的尴尬局面C

北斗产业市场发展推动级阻碍因素Part02

北斗：当代中国耀眼的“国家名片”一、产业发展推动因素A

北斗卫星导航系统简介二、产业发展阻碍因素一、北斗系统发展遵循“三步走”战略二、北斗系统三阶段对比三、北斗卫星建设情

况Part05

北斗应用只受想象力限制四、北斗系统建设意义A

北斗应用领域发展概况五、北斗下一步规划：建设

PNT

体系一、北斗产业应用领域概览二、行业应用市场B

北斗室外定位技术科普一、北斗定位工作原理B

行业市场典型应用-自动驾驶二、北斗系统四大功能及特一、自动驾驶高精度定位技术分类三、北斗特二、明星组合：卫星定位与惯性导航点色功能

—

短报文四、北斗定位技术难点及不足三、卫惯组合的优点分析五、北斗定位误差来源及处理方法C

行业市场典型应用-智慧农业C、北斗RTK

高精度定位一、北斗智慧农业发展现状二、北斗智慧农业发展推动力Part03

北斗产业链发展符合微笑曲线规律D大众消费市场分析A

北斗系统产业链分析一、北斗系统产业结构二、导航用户段上游分析三、导航用户段中游分析四、导航用户段下游分析E

特殊应用领域分析Part06

北斗产业风险与发展趋势预测A

北斗产业风险分析B

北斗产业链最新发展情况分析一、导航用户段产业链各环节产值占比情

况B

北斗产业趋势分析二、用户段产业链竞争格局分析三、北斗产业链丰富度分析四、北斗产业链图谱

展示结束语IOT

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前

言逐梦星辰大海，北斗定位九洲沙场上，三军列阵接受着最高统帅检阅，可以做到分毫不差；南海上，世代生活在这里的渔民无论到哪块海域、哪个岛礁都不担心迷失方向；汶川地震时，突破死亡线赶到现场的部队第一时间发出

100

余字短报文，字字千金；日常生活中，去到陌生环境的人们掏出手机点开地图导航软件就能正确指引你走向目的地；……这些都与翱翔在上空的中国北斗息息相关。自

1994

年启动北斗系统工程以来，北斗人孕育了“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代北斗精神，400

多家单位、30

余万科技人员集智攻关，攻克星间链路、高精度原子钟等

160

余项核心技术，突破

500

余种部件国产化研制，北斗三号卫星核心器部件实现国产化率100%。现在看来，北斗从当初的一无所有到如今的国际领先，在不到

30

年里就实现了逆风翻盘。如今，卫星导航等战略性新兴产业发展取得重

大成果，在北斗“三步走”的战略下，从起步阶段成功完成全球化，向数百个国家与地区提供服务。诚然，北斗已成为一张耀眼的“国家名片”。不过，在起步晚、底子薄的情

况下，中国要独立建成世界一流卫星导航系统这事也曾被西方国家认为是能一次次刷新了科技强国的“中国速度”，展现了自主创新的“中国精度”。那么，北斗又是何做好的呢？或许尝试深入去了解这个产业发展全貌能得到一些答案与感悟。不可能完成的任务。然而，经过几代北斗人接续奋斗、数十万建设者，北斗系统如基于此，AIoT

星研报告

—《北斗室外物联网定位市场调研报告（2023

版）》。卫星定位导航是一个很大的话题，因此报告选择聚焦在室外物联网定位这个细分的话题点上，助力打开北斗室外物联网定位的全知视角。报告详细介绍了北斗室外物联网定位技术及市场发展、卫星导航与位置服务产业链及应用况，展示了一个相对清晰而全面的北斗室外物联网定位产业的发展现状，并在此基础上对产业的未来发展做出了预判。图研究院经过几个月的资料梳理以及线上采访等方式，最终形成一份市场调情IOT

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Part01卫星定位与室外物联网应用相辅相成A卫星定位行业背景最初，卫星定位系统研发的目的主要是为了向海陆空三大领域提供全天候、全球范围

通讯、高速响应的导航服务，并用于情

报收集、紧急通讯和核爆灾害

监测等军事目的。随着农林渔业、水文监测、气象测报、通信系统、电力调度、救灾减灾、公共安全等众多领域得到了广泛的应用，产生了显著的经济效益和社会效益。如今，卫星定位系统已在国防和国民经济领域占据了越来越重

的地位，其所提供的定位、导航和授时等服务也已经逐渐为人们熟悉并依赖。全球经济环境的迅速发展，为了支撑社会经济需要，卫星定位系统大范围

开放了民用服务功能，其在交通运输、要本章节将从卫星定位行业发展概况、发展历程及其与物联网应用的关系三个方面来了解卫星定位的整体产业背景。一、卫星定位行业概况本部分将从全球卫星定位系统及全球卫星定位市场规模两个方面进行介绍。（1）卫星定位系统：四大全球定位系统+两大区域性定位系统目前分别是中国的北斗卫星导航系统

(BDS)、美国的全球定位系统（GPS）、欧盟的伽利略卫星导航系统(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯系统

(GLONASS)；区域性卫星定位系统分别是日本的准天顶卫星系统

(QZSS)、印度的区域导航卫星系统

(IRNSS)。全球主要有

6

大卫星定位系统，包含

4

个全球性卫星定位系统和

2

个区域性卫星定位系统。全球性卫星定位系统根据UCS

卫星中国、美国、俄罗斯、欧盟在轨导航卫星数量分别为

49

颗、34

颗、28

颗、28

颗，中国采用高轨卫星，美国、俄罗斯和欧盟采用中轨卫星，使用中高轨卫星部署导航系统成本低廉，20-30颗卫星即可覆盖全球。数据信息，截至2022年4月30日，全球在轨卫星数量为5465颗，其中导航卫星154颗，占比

2.82%，表：全球卫星定位系统一览表IOT

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从以上表格可以看出，目前独立拥有全球卫星定位系统的国家只有美国、俄罗斯以及中国。从定位原到信号后进行定位计算。以

GPS

为例，按定位方式，GPS

定位分为单点定位和相对定位

(

差分定位

)。单点定位是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位

(

差分定位

)根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。理的角度来看，4

大全球导航系统和

2

大区域导航系统原理一样，都是通过卫星发射无线信号，接收机接收是由于卫星就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有

4个未知数，X、Y、Z

和时钟差，因而需要引入第

4

颗卫星，形成

4

个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。的位置精确可知，在

GPS观测中，可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，注：关于北斗卫星导航系统的定位原理将在

Part

02

部分做出更详细的介绍。（2）全球卫星定位市场规模根据

EUSPA（欧盟航天计划机构）发布的

2022《“地球观测”和“全球卫星GNSS

市场规模为

1989

亿欧元，较

2019

年增长

31.98%；其中设备收入为

484

亿欧元，服务收入为

1505

亿欧元。EUSPA预计，全球

GNSS

设备出货量将由

2021

年的

18

亿台

/

年增长至

2031

年的

25

亿台

/

年；总保有量将从

2021

年的

65

亿台增长至

2031年的

106

亿台；GNSS

市场规模由

2021

年的

1989

亿欧元增长至

2031

年的

4920

亿欧元，年均复合增速为

9.2%。导航系统”的市场报告》，2021

年全球从产业链上下游来看的

4920

亿欧元，复合年增长率为

9.2%，主要来自于增值服务的收入。预计在接下来的十年里，增值服务收入将以每年

11%

的速度飞速增长，到

2031

年有望超过

3540

亿欧元

(2021

年约为

1260

亿欧元

)。预计全球

GNSS

增强服务的收入每年将增长

7%，其年收入在

2031

年将达到近

510

亿欧元，比

2021

年

250

亿欧元年收入高出

2

倍。，全球

GNSS

下游市场收入（包括设备和服务）将从

2021

年的

1990

亿欧元增长到

2031

年亚太地区是亿欧元和

395

亿欧元，占比分别为

39%、24%

和

20%。EUSPA

预测

2031

年，亚太、

北美、欧盟仍为全球

GNSS

市场规模前三大地区，亚太市场份额增长，而北美、欧盟市场份额有所下降；在所有地区中，非洲及中东地区2021-2031

年间年均复合增速最高，为

13.90%，亚太地区、南美及加勒比、俄罗斯及非欧盟欧洲国家年均复合增速均在GNSS

规模最大的市场，其次为北美、欧盟等地区。2021

年，三个地区收入分别为

772

亿欧元、47610%

左右，而北美和欧盟仅为

7%

左右，市场格局产生了变动。IOT

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二、卫星定位系统与物联网应用融合发展人与人的连接提高了沟通效率、改变了人们生活的方式、推动了数字经济的发展，而物与物的连接直接促进了生产，在通信、AI

等技术的加持下，物联网可以从根本上改变社会生产的面貌，推动社会的整体进步。借助于智慧城市、数字中国等大型信息化工程，国内外物联网应用产业规模达到惊受限于地面定和移动网络的覆盖范围

。而物体的位置实时变化，采集的其他信息通常必须与位置信息关联才有价值。因此，随着卫星定位技术的发展，卫星互联网和卫星物联网应用成为热点应用方向。人的万亿量级，其中绝大多数应用固在物联网通信过程中，当需要甚至是无法解决。现在最好的解决方法是利用卫星定位系统的定位和导航服务。根据

Market

Insight

Reports

报告预测，到

2025

年，“带有地理定位功能的物联网”市场的规模预计将会从现在的

400

亿美元增长至

740

亿美元。对物体的位置进行准确的定位，特别是移动中的物体，采取传统的方法是比较困难的，卫星定位、静态毫米级感知、纳秒级授时的服务，即为物联网终端提供时空信息，这些信息融合云计算、人工智能、机器学习、传感器等技术，推动交通、能源、通信、金融、城市管理等领域的创新。定位技术作为物联网的一项重

感知技术，借助其获取物体的即时位置信息，可以衍生一系列基于位置信息的物联网应用，扩大了物联网的应用范围

。反过来，物联网技术作为卫星定位的产业链中的一环，既可以直接形成定位导航应用产品，服务于广大用户，又可以促进新产业的出现，促进信息科技产业的发展。定位与物联网技术之间的关系，具体地来讲，前者为物联网应用提供位置定位与导航服务，包括提供动态厘

米级要毫无疑问，精准的位置信息，将是推动万物互联发展的关键因素。北斗卫星经济和国防建设。在物联网应用中，信号需要对网络中的每个物体进行精准的导航和位置服务，而北斗卫星导航系统准确的定位、导航和授时功能正好满足需求。在北斗卫星导航系统的支持下，物联网应用范围

也将不断得到拓宽。但是，目前这方面的理论还比较欠缺，技术还不够成熟，因此仍没有达到理想的状态。导航系统作为我国具有独立自主知识产权的技术未来将更好地服务于物联网产业的发展，更好地服务于国民在万物互联的当口，北斗卫星导航系统注定与这场物联网盛宴紧密相关，产业变局正在发生，北斗卫星导航产业新的产品形态、商业模式和竞争格局正在形成。IOT

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B室外定位行业背景一、室外定位技术介绍目前应用于室外定位的主流技术有卫星定位、基站定位，同时

LoRa

等技术也在部分室外场景下作为补充技术满足定位需求。本部分将针对各类室外定位技术做简

单的介绍。1、卫星定位之GPSGPS

系统由

24

颗导航卫星位置都可同时观测到

4

颗以上的卫星。各星不断将自身参数、测距码发往地面，用户使用

GPS

接收机接收相应信号，并按一定准则解算出接收天线处的位置和速度等，从而实现对物体定位跟踪。构成的空间部分和分布在世界各地的地面监控部分组成，GPS

卫星的分布使得地球上任何空间星座部分根据目前的方案，GPS

卫星的空间部分记作

(21+3)GPS星座，高度约

2.02

万千米，均为近圆形轨道，运行周期约为11

小时

58

分，分布在六个轨道面上

(

每轨道面四颗

)，轨道倾角为

55

度。卫星卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置的广播星历，用于测距的

C/A

码和P

码，以及其它系统信息，能在全球范围

内，向任意多用户提供高精度、全天候、连续性、实时性的三维测速、三维定位和授时信息。向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为

1575.442

兆赫兹

(L1

波段

)

和

1227.6

兆赫兹

(L2

波段

)，地面控制部分GPS

系统的控制部分由设在美国本土的四个监控站、一个上行注入站和一个主控站组成。监控站的主要观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地，主要任务是收集各监控站对

GPS

卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗

GPS

卫星的轨道和卫星钟改正值。而上行注入站也设在范登堡空军基地，它的任务主要在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星任务是取得卫星是。用户设备部分用户设备部分即

GPS

信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数IOT

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等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及

GPS

数据的后处理软件包构成完整的

GPS

用户设备。GPS

接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、GPS

卫星有能够接收、跟踪、变换和测量

GPS

信号的接收设备，即

GPS

信号接收机，就可在任何时候用

GPS

信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同，用户要求的

GPS

信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产

GPS

接收机，产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥

2、卫星定位之GLONASS与

GPS

系统一样，GLONASS星座由

GLONASS星座共由

24

颗卫星组成，包括

21

颗工作星和

3

颗备份星组成。GLONASS星座24

颗星均匀地分布在

3

个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔

120

度，每个轨道面有

8

颗卫星，同平面内的卫星之间相隔

45

度，轨道高度

1.91

万公里，运行周期

11

小时

15

分，轨道倾角

64.8

度

.地面支持系统地面的功能由前苏联境内的许多场地来完成。随着苏联的解体，GLONASS

系统由俄罗斯航天局管理，

地面支持段已经减少到只有俄罗斯境内的场地了，

系统控制中心和中央同步处理器位于莫斯科，遥测遥控站位于圣彼得、捷尔诺波尔、埃尼谢斯克和共青城。支持系统由系统控制中心、中央同步器、遥测遥控站（含激光跟踪站）和外场导航控制设备组成。地面支持系统堡用户设备用户设备（即接收机）能接收卫星电文。接收机处理器对上述数据进行处理并计算出用户所在的位置、速度和时间信息。GLONASS

系统提供军用和民用两种服务。GLONASS

系统绝对定位精度水平方向为

16

米，垂直方向为

25

米。GLONASS

系统的主要用途是导航定位，当然与

GPS

系统一样，也可以广泛应用于各种等级和种类的定位、导航和时频领域等。发射的导航信号，并测量其伪距和伪距变化率，同时从卫星信号中提取并处理导航3、卫星定位之GalileoGalileo

系统是年2月首次提出，2002

年3月正式启动，预计耗资

53亿欧元。作为一个多国参与的项目，以色列、乌克兰、印度、摩洛哥、韩国、挪威、瑞士等国先后与欧盟签署了合作协议，加入该计划，并向其提供资金和技术支持。由欧盟主导、由欧洲空间局和欧洲导航卫星系统管理局研制和建造的全球卫星导航定位系统，于

1999伽利略系统的全球设施部分由空间其中

24

颗工作卫星，6

颗备用卫星，轨道高度为

23,222km，轨道倾角为

56

度。地面段包括全球地面控制段、全球地面务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施、地面管理机构。伽利略系统的总部设在捷克共和国的布拉格，两个地面操控站分别位于德国慕尼黑附近的奥伯法芬霍芬和意大利的富齐诺。用户端主要就是用户接收机及其等同产品，伽利略系统考虑将与

GPS、GLONASS

的导航信号一起组成复合型卫星导航系统，因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。段和地面段组成。空间段由分布在

3

个轨道上的

30

颗中等高度轨道卫星(MEO)

构成，任IOT

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4、基站定位基站定位一般应用于手机用户，手机基站定位服务又叫做移动位置服务（LBS，Location

Based

Service），它是通过电信移动运营商的网络（如

GSM

网）获取移动终端用户的位置信息。由于距离基三个基站的信号时，大致可以估计出距离基站的远近；基站在移动网络中是唯一确定的，其地理位置也是唯一的，也就可以得到三个基站（三个点）距离手机的距离，根据三点定位原理，只需要以基站为圆心，距离为半径多次画

圆即可，这些圆的交点就是手机的位置站越远，信号越差，因此根据手机收到的信号强度可以大致估计距离基站的远近，当手机同时搜索到至少。图：基站“三点定位”原理5、LoRa定位2020

年，LoRa

Edge

地理定位平台发布，主要针对

10-50m

的定位范围

，是一套实现中精度定位的定位系统，其定位原理为采用低功耗

WiFi和GNSS扫描功能，结合

LoRaCloud地理定位以及设备管理服务完成地理定位。LoRa

Edge

平台不仅可提供覆盖有长达数月甚至数年的电池寿命。此外，LoRa

Edge

可支持解决方案供应商充分利用

LoRa特有的定位功能，同时兼容LoRaWAN标准，从而满足包括中国、美国和欧洲在内的全球无线通信监管要求。室内外的定位能力，还可以在定位设备和

LoRa

Cloud

之间分配计算量，使设备拥LoRa

Edge

整套系统都使用的是术是目前所有做室内

Wi-Fi

定位方案里功耗最低的。室外定位则是通过云服务的

GNSS

定位，单次定位冷唤醒时间的功耗也能达到业内最低。LoRa

联盟认证，可覆盖室内室外。室内定位使用超低功耗

Wi-Fi，其

Wi-Fi

sniȀer

技整个

LoRa

Edge

系统里的软件部分是定位的处理器，LoRa

Edge

负责地理定位，LoRa

Cloud

则将室内室外的定位数据都通过云平台完成计算分析；另一部分是提供关于数据管理、数据服务、调试解调器的服务，并可将其视为一个SaaS解决方案的一部分功能。由

LoRa

Cloud

来提供服务。LoRa

Cloud

包含两部分的功能：一部分是提供地理IOT

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日19IOTE2023物

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二、常用室外定位方案目前常用的室外定位方案主要以下几种方案：1、北斗/RTK方案·基于双频定位模块的米级精度室外定位解决方案能同模块。该系列模块定位芯片抗多径性能得到提升，使其在密集高楼峡谷内的定位更准确。双频定位模块可以不依赖于其他因素，通过对比两路信号的延迟，用计算来消除电离层带来的误差，将定位精度进一步提高。时支持

GPS、北斗、GLONASS、GALILEO、QZSS

的卫星信号，且支持接收

L1+L5

双频卫星信号的双频多模定位·基于

GNSS+INS

组合导航模块的惯性导航室外定位解决方案在车载终端接入基借高精度六轴惯性器件和成熟的惯性算法，无需里程计或速度信号接入，获得最优的导航结果；尤其是当卫星导航系统无法工作时，利用惯性导航系统使得导航系统继续工作，保证导航系统的正常工作，提高车载导航系统的稳定性和可靠性。于

GNSS/INS

组合导航定位的高精度组合导航模块，充分利用惯性导航系统和卫星导航系统优点，凭·基于

RTK

定位模块的厘米级精度室外定位解决方案集成单频/

双频RTK

算的分米级定位精度特性高性能的、特殊定制的多系统导航定位模块。把原本复杂的

RTK

技术细节进行了合理的包封，用户可以像使用普通单点定位

GPS

产品那样直接使用，得到的却是米级的定位精度。基于

RTK

定位模块的厘

米级精度室外定位解决方案，利用高精度定位技术，内置于终端产品/

设备中的高精度定位模块结合实际视图情

况，快速、准确定位其所在位置，管理员可通过管理平台查看终端产品/

设备的实时位置以及历史行进轨迹。法，同时支持BDS、GPS

双星系统，配合全国北斗增强网的高精度定位服务，可以达到实时厘IOT

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2、运营商4G/5G基站定位根据以上表格可以看出，2/3/4G定位精度差且目前不具备落地性，且2/3G已进入退网阶段。目前，5G

定位的效果与4G定位的效果相近。在

2022

年

6

月冻结的

3GPP

R17

中，进一步提升了

5G

定位，以满足厘

米级精度等更严苛用例的需求，同时降低定位时延，提高定位效率以扩展容量，实现更优的

GNSS(

全球导航卫星系统

)

辅助定位性能。3、LoRa

+

北斗

/GPS融合方案北斗

/GPS是一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统，它在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度及精确的时间信息。随着LoRa

具备低功耗、远距离的特点，在同样的功耗前提下，其无线射频通信距离可扩大

3-5

倍。因此，定位系统可由北斗

/GPS

结合

LoRa

来实现。终端由北斗

/GPS

模块与

LoRa

节点组成，采集自身定位信息并通过

LoRa

方式无线传输到网关端进行数据汇集，网关再以4G/以太网方式将信息汇总上传到云端上。交通运输、物流、畜牧等行业的快速发展，具备厘

米级定位的卫星导航系统北斗、GPS有着举足轻重

的作用。而IOT

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Part02北斗：当代中国耀眼的“国家名片”A北斗卫星导航系统简介北斗卫星时、高精度的定位、导航和授时服务，是继GPS、GLONASS

之后，第三个成熟的卫星导航系统，也是国家实施“一带一路”建设的重

支撑，北斗系统也走出一条从无到有、从有到优、从有源到无源、从区域到全球的中国特色卫星导航系统建设道路。导航系统（简

称北斗系统）是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，为全球用户提供全天候、全天要目前提供定位导航授时、全球短报文通信、国家搜救三种服务，其中无源定位、导航、授时服务均免费，而面向亚太地区提供星增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通信四种服务。，北斗系统提供导航定位和通信数传两大类，以及面向不同区域提供七种服务不同的服务。北斗系统面向全球范围基一、北斗系统发展遵循“三步走”战略我国北斗卫星外技术的思路不谋而合，即“引进、消化吸收和再创新”，经历了从纯粹的国外进口，到以进口为主国产为辅，再到国产为主进口为辅的发展历程，在诸多方面均成绩显著，为我国的北斗建设奠定了基础。导航产业发展至今，已接近三十年。回顾发展历史会发现，卫星导航产业的发展之路与我国后来对待国在国产化这条道路上，我国卫星行业应用方案等几乎都实现了国产化。在本土企业积极拓展国际市场下，现如今已实现了我国卫星导航设备从进口到出口的根本性转变，国内卫星导航设备厂商已逐渐由单一的硬件销售扩展至综合提供硬件设备、配套软件、解决方案和系统平台等一系列产品导航系统沿着从外观、软件、硬件、系统、平台一路走来，目前相关技术、元器件、软件、跨世纪后，卫星水利、电力、农业、无人机、手机、汽车等领域，成为人们心目中“高科技”的象征。此外，由

GPS

向北斗的转变，从此卫星导航被赋予了国防安全甚至民族崛起的使命。在这一过程中，不管是科研机构，还是产业企业，都从中享受到了巨大的政策红利。充足的科研经费、强有力的政策引导、甚至一向自我感觉良好的资本市场也对北斗卫星导航青睐有加。导航却经历了一系列的华丽转身，其应用范围

也由单一的工程测量逐渐拓展到安全监测、气象、地震、截止目前，我国已经完成部署北斗一号、北斗二号和北斗三号系统，在轨提供服务卫星多达

45

颗。中国高度重

视北斗系统建设发展，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，形成了“三步走”发展战略：IOT

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第一阶段：两个荒诞事件敲响警钟1994

年，中国开始研制发展独立自主的卫星于上世纪九十年代的两个偶然事件。第一个事件是海湾战争。彼时，美国

GPS

系统刚刚完成

8

颗卫星组网，并彰显了在战争中的巨大潜力。它极大地提高了飞行员与地面部队的战斗能力，帮助联军在沙漠战场上取得了不俗的战果。这场战争改变了传统的作战方式，让我国看到了卫星导航的重

作用。第二个事件是“银河”号事件。1993

年，中国货轮银河号，遭美方质疑运有化学武器。为了拦截船只并登船进行搜查，美方关闭了所在地区的

GPS

信号。最终，货轮无奈在印度洋上漂流了

33

天，直至美方完成调查。导航系统，至

2000

年底建成北斗一号系统，完成首星发射。它的诞生源要此时，美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯已完成全球组网，牢牢占据先发优势，实现“一步建全球”。国际局势复杂多变，让我国愈发强烈地意识到，拥有自己的卫星导航系统对于维护国家安全、促进经济社会发展是多么重要。于是进行卫星导航试验探索，正式开启了国产卫星导航系统的建设之路。到了

2000

年，我国发射两颗地球静止轨道（GEO）卫星2003

年备用卫星上天后，北斗一号系统宣告建成，我国终于成为继美俄后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。，1994

年，在国家经济实力、技术基础仍非常薄弱的情

况下，党中央、国务院和中央军委毅然决定启动北斗一号工程，，第二阶段：系统建设稳步推进，开始发挥重要作用事实上，正当北斗一号组网成功之时，我国内部对于卫星导航系统的发展产生了两种观点：一种是独立自主；一种是与国外合作。也许是年，我国启动了全球卫星导航系统的研发，即北斗二号。但是好景不长，2005

年后，伴随着欧美亲善，欧洲航天局也与美国“修好”，开始排挤中国：我国投入了巨资，却得不到相应的待遇和回报，不仅无法进入伽利略计划项目的决策层，甚至连合作技术开发都被欧洲航天局层层设置障碍。欧盟交通部长们在讨论中国在伽利略卫星导航计划中应起何种作用时，几乎一致认为不应让中国成为新的伽利略监管机构的正式成员，因为该机构拥有伽利略的所有权及管理权。因为欧盟的“邀请”“盛情

难却”，后来的我国斥资

2.3

亿欧元，于

2004

年

9

月与欧盟正式签署伽利略合作协议。同于是大力气将北斗再次全力激活。2007

年，北斗二号系统建设启动，在汶川抗震救灾中发挥了重

作用。2012

年

12

月，北斗二号系统建成并提供服务，这是北斗系统发展的新起点。，我国把发展卫星定位导航的注意力全部回归北斗的建设。2006

年，我国宣布发展自主卫星导航系统，开始下要第三阶段：从“中国的北斗”到“世界的北斗”，三步走发展战略圆满完成2015

年

3

月，首颗北斗三号系统试验卫星北斗系统进入全面推广应用的新阶段。现如今，北斗三号全球系统运行稳定，经全球连续监测评估系统实测，北斗定位导航授时服务全球范围

性能指标先进、亚太区域性能更优。后续按计划还将发射新的卫星，进一步提高系统运行稳定性和可靠性，并开展新技术试验验证，确保系统不断迭代升级。发射。2020

年

7

月

31

日，北斗三号系统建成并正式上线提供全球服务，预计，2035

年前，我国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。二、北斗系统三阶段对比本着先区域、后全球的发展规划，直至目前我国已先后建成北斗一号、北斗二号、北斗三号系统，走出了一条中国特色卫星导航系统建设道路。对比三个阶段的北斗系统，可以发现每个阶段相比前个阶段都取得了长足的进展。IOT

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三、北斗卫星建设情况自

2000

年

10

月

31

日，我国发射了首颗导航试验卫星随着西昌卫星发射中心发射场“轰”的一声巨响，一枚

“长三乙”运载火箭冉冉升起，将北斗卫星导航系统第

55

颗卫星也是北斗三号最后一颗全球组网卫星送上太空，至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成，比原计划提前半年。北斗卫星导航系统终于迈入全球时代！北斗卫星的数量之多，使得在

2000

千米或以下高度飞行的航天器，在任何时候看到北斗卫星的次数都比看到全球定位卫星的次数多

50%。以来，20

年间总共发射了

59

可北斗导航卫星。2020

年

6

月

23

日，，目前颗实验卫星，实际提供商业服务的北斗总共

45

颗，包括北斗二号

15

颗和北斗三号卫星30

颗。按照计划，今年仍将发射

3到5颗北斗卫星，进一步强化星座，确保系统的稳定运行。，北斗一号系统的4颗导航试验卫星已全部退役，还在服务的卫星总共有55颗，其中北斗二号及北斗三号各有

5IOT

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1、北斗卫星发射情况一览表：北斗卫星发射一览表从左侧表格可以看发展期：一方面，北斗卫星进入了密集发射期，另一方面北斗三号系统按计划需在2018

年底实现对“一带一路”地区全覆盖。因此，这一年被视作北斗产业爆发的高价值元年。出，2018

年，我国北斗产业进入加速2、独创的三种轨道混合星座由左侧表格可以看卫星和

MEO

卫星三种轨道卫星组成的混合导航星座。

根据北斗导航“三步走”战略特点，通过缜密推演、细致计算在国际上首次将距离地球三万六千千米的地球静止轨道卫星（GEO）、倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）运用于卫星导航，设计了世界上第一个“GEO+IGSO+MEO”混合星座。到，北斗系统是由

GEO

卫星、IGSO，由上表可知，北斗系统若是时服务，以及短报文通信和位置报告功能的话，则需要中有地球静止轨道卫星。事实证明，“GEO+IGSO+MEO”混合星座非常适合北斗卫星导航系统特点，为北斗导航确保“中国特色”、跻身世界一流奠定了坚实基础。要提供有源定位、导航和授星座IOT

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四、北斗系统建设意义无论从国家实力层面还是产业发展层面来看，北斗系统的建设都具有多重

重

大的意义。1、国家实力层面卫星导航系统是一个国家重要的空间信息基础设施，中国建设独立自主的卫星导航系统，对推动国家经济社会发展具有重要意义。第一，随着社会和经济的发展，人们对卫星导航的需求越来越大，如果没有自主可控的卫星导航系统，国家的经济、社会发展安全缺少可靠的保障。第二，北斗卫星业结构、提高社会生产效率、转变人民生活方式、提高大众生活质量都具有重

义，可以显著地增强国家的科技、经济和工业实力，是一个国家大国地位和综合国力的标志。导航系统是航天的高科技工程，也是一个国家的战略性新兴产业，它对推动国家信息化建设、调整产要意第三，拥有自主可控的导航卫星在现代化战争中意义重

大。因为卫星的精准定位，让很多武器仿佛长了一双千里眼般如虎添翼，可用作军事导航指引目标打击。从此以后，各国更加依赖卫星定位的技术，战争模式走向了信息化。过去的海湾战争，让各国高度重

视到了卫星有号称“全球第二”的

GLONASS，但在冲突期间，美国民用“星链”的情

报能力给俄罗斯带来了很大的麻烦。俄罗斯开始重

抓落下的功课，加快推出“球体”卫星座，并弃用

GPS

选择与北斗强强联手。导航系统的存在意义。现在的俄乌冲突，让俄罗斯暴露出了短板，虽然拥星未来，美国是有北斗，航母、战机、导弹等一系列的导航信息，才能掌握在自己手里，那么军事安全才能牢牢掌握在自己手中，拥北斗系统，国家就有了自主选择的权力，有了一定的武力威慑、国家主权得以自主的保障否会更强硬地和中国对抗，这点难以无法预测，因此中国拥有自主的北斗导航系统，意义就十分重

大。拥有此外，全球范围

内已经有约

140

个国家愿意与北斗系统签下合作协议，这体现了我国的软实力。2、产业发展层面一方面带来巨大经济利益的“助推器”。以金融领域为例，在金融和贸易工作中，时间的一致性极其重

，往往是差之分秒，损失无数。因此，在金融和贸易这种特殊的领域，时间的掌握必须由国家的系统来保障，仅此一点，就不难理解建设独立自主的卫星导航系统的重

性。，建设北斗卫星导航系统是促进和推动经济社会发展的强大动力。卫星导航系统是服务于众多国民经济领域，要要另一方面产业已成为继移动通信和互联网之后，全球第三个发展最快的电子信息产业，正在带来巨大的经济价值。如果中国没有独立的卫星导航系统，其中的利润也将拱手送人。，从卫星导航系统产业的应用效益看，卫星导航系统的广泛应用正在向人们提供不可或缺的信息，卫星导航五、北斗下一步规划：建设PNT体系所谓PNT

体系即定位(Positioning)、导航

(Navigation)、授时

(Timing)

体系组成的时空体系，是息中准确描述时间和空间的关键技术。以大数据为例，其挖掘利用就有赖于用定位、导航、授时来寻找线索、发现规律从而提供决策，否则就是一堆“乱数据”“杂数据”。人类得以在纷繁信目前常见的

PNT

信息，都是由全球卫星导航系统提供的。不过，不管是哪个全球定位系统都具有一个天然的“脆弱性”，即“信号弱、穿透能力差、易被欺骗、易被干扰”。IOT

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未来，中国拟加快推进以北斗系统为核心的国家综合

PNT

体系建设，争取到

2030

年前后，构建基准统一、覆盖无缝、安全可信、高效便捷的国家综合

PNT

体系。1、PNT体系演进四大方向：一是提高时钟精度。人类活动离不开对时间信号的依赖，随着人类对信息量和距离量的要求越来越高，对时间信号精度的要求也越来越高；未来，进入物联网时代，由于物无智慧，对时间信号的要求会更高。时间及确定它们之间的时钟关系，来明确卫星的位置信息。在已知卫星的位置和时间信息之后，地面用户同时接收到四颗卫星的导航信号之后就可以解算出自己的位置，这就是卫星导航定位的原理。信号以卫星信号传输为主要手段。熟悉

GPS

的人都知道，卫星导航实际上是通过测量卫星和地面站之间的距离以对于导航卫星本身来说，极高精度的时间系统是最核心、最关键的设备之一；一旦失去准确的计时能力，一颗卫星就极高、但重

量和体积又可以接受的原子钟。原子钟的概念，最早在

1944

年由美国科学家、诺贝尔奖获得者拉比提出。中国由于前期购买国外的原子钟，导致自身在原子钟技术、产品的研发上落后；在加上国外的技术保护，我们得到的产品和服务始终落后于国外，状况令人堪忧。近年来，中国改变了策略，强化了自主开发与研究。目前使铷原子钟稳定度从1×10-13/

日提高到2

－

3×10

－

14/

日的国际先进水平。目前，该原子钟已被选为我国二代系统的核心部分。，星载原子钟技术实现重

大突破，研制出高性能的铷原子钟，二是增加卫星数量。到

2020

年，中国北斗卫星数量将达到

35

颗，保证在全球任何地方收到

4

颗以上卫星信号，亚太地区会刻意加强，可同时接收到更多；同时接收到卫星数量越多，解算精度越高。如今，该方向的建设已经完全实现。三是增加导航频率。北斗卫星将采用

B1、B2、B3

三个工作频率，通过接收机的相位差分算法，进一步减小由于电波传播变化引起的误差，提高时间和定位精度。四是通过地基增强系统。建立地面无线系统，通过固定

CORS

站的长期固定观测，减少气候变化的随机性误差，进一步提高精度。建立站点越多，地域分区越小，精度越高。2、PNT体系与通信网络要实现综合

PNT

体系的发展，离不开移动通信运营网络的同步升级。未来，移动通信运营网络仍需在以下几个方面着重开展工作：一是至少提高一到二个数量级，位置精度可以达到毫米级。与之配套的卫星接收天线要采用具有多星多频的测量级天线，第一代简

易的

GPS

单频天线，北斗单频天线或将两个天线叠加在一起的双频天线，由于其具有窄带特性和相位中心误差太大，带来时钟和定位解算误差太大，不能满足需要，需要进行更换。升级基站的时钟系统。基站时钟板升级到具有B1、B2

和

L1、L2

四频接收，具有相位差分计算能力。时钟精度二是端距离

CORS

站越远，结算精度越差，由于现在建设的

CORS

站太少，结算精度只能达到分米级。如果将基站增加具有CORS

功能，终端距离基站非常近，定位精度可以达到厘

米级。增加

CORS

功能模块。增加多星多频的综合解析运算和固定点的统计分析能力。CORS

站的精度在

1-10mm，终三是建立基站与终端之间的修正误差因子发布机制。增加给终端发布基站所在区域的电波传播误差因子

/

修正因子的发布功能，使得终端能够及时获得结算所需当地电波传播的参数，使得终端结算精度达到厘

米级。IOT

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3、建设更加泛在、融合、更加的PNT体系我国还将按照聚焦核心、重

塑结构、赋能融合的思路，在

2035

年前，建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时（PNT）体系。在下一代综合

PNT

体系发展方面升卫星导航能力，实现分米级高精度定位能力以及全球完好性服务；利用通信系统资源实现新质PNT

能力，通过相互赋能，实现通信可达区域即可导航；微自主

PNT，实现自主获取导航定位授时信息。同时，在供给侧与需求侧同步发力，打通

PNT

能力生成链条，让

PNT

真正好用又能用好。，将采用标准化解决方案综合利用多种手段，以满足用户最大共性需求。进一步提聚焦标准化解决方案、融合各项技术与系统、借力科技革命，为全球用户提供基准统一、覆盖无缝、安全可靠、便捷高效的

PNT

服务，为未来智能化发展提供核心支撑。当前，北斗全球系统已建成开通，北斗规模应用市场化、产业化、国际化发展进入关键阶段，以下一代北斗系统为核心的国家综合定位导航授时体系工程启动建设在即。B北斗室外定位技术科普导航定位系统的本质就是利用距离求解位置，系统首先计算用户接收机到每颗卫星之间的距离，然后综合多颗卫星的数据计算出接收机的具体位置。一、北斗定位工作原理导航定位系统的本质就是利用距离求解位置，系统首先计算用户接收机到每颗卫星之间的距离，然后综合多颗卫星的数据计算出接收机的具体位置。在导航定位中，地面工作状况、电离层延时修正等信息的导航电文。当用户接收到导航电文时，提取出卫星时间信息，将卫星时间与接收端时钟作对比后，系统就可以知道卫星与用户的距离，再利用导航电文的星历，推算出卫星发射电文时所处的位置与速度。用户持有的定位终端作为接收端，导航卫星作为发射端。卫星需要按照一定周期发射包含卫星星历、由于接收使用的时钟与卫星确，也就不是真实距离。为了消除这个误差，除了使用用户的三维坐标

x、y

、z

之外，还要将钟差也作为未知量来进行求解。根据解方程原则，有四个未知数的情

况下需要四个已知方程式求解。因此，为了计算出准确位置信息，用户至少要能同收到四颗北斗卫星的导航电文。星载时钟不可能总是同步，由此产生的误差会导致最终测量得出的距离（伪距）不那么精时每一代北斗定位系统的工作原理

/

工作过程都有一定的差异。北斗一代：双星定位首先由地面工作卫星接到信号以后，经卫星上的信号转发器改变频率、放大信号以后，再向提供服务区域内的接收装置用户发送广播，该信号是在波段的；如果接收装置用户回应了其中颗卫星的查询信号，则同时向两颗卫星（S1、S2）发送入站答应信号，此时用户申请使用服务的信号内容工作在

L

波段），最终经过

2

颗卫星把申请使用服务信号转发回地面中心站点，该信号工作在

C

波段；当地面中心站点接到用户所发的申请使用服务的信号，分别计算出接收机用户所在地点到

2

颗卫星（S1、中心站点向卫星1（S1）和卫星2（S2），同时发出站点的查询信号，该信号是在

C

波段的；当两颗“北斗一代”S2）的距离之和，最后根据用户的申请使用服务的具体内容，站点做出相对应的数据处理，并且回应。IOT

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北斗二代：三球交汇定位根据高中数学知识可知，在立体直角坐标系中

X、Y、Z

坐标可以确定任何点的位置如果我们知道某个人或物的三个坐标数据就可以准确获得其具体定位坐标，即只需三颗卫星，就可以实现地球上任何一点的定位。其次，在地球任意位置都可以搜索到至少三颗北斗导航卫星并将其命名为

A、B、C，在任一时刻三颗卫星的坐标都是确定数值假设分别为，Ya，Za）、Xb，Yb，Zb）、Xc，Yc，Zc）。在导航过程中信号传输所需时间为“T”、它乘以电磁波的传播速度

“C”，可以得出用户与某颗卫星间的距离“L”。在已知三颗卫星的位置以及用户到三颗卫星之间的距离后，假设用户的位置为（Xu

，Yu，

Zu）之后便会得到一个三元二次方程组，三个方程、三个未知数就可以算出用户的具体位置。2222La

=(Xu-Xa)

+(Yu-Ya)

+(Zu-Za)2222Lb

=(Xu-Xb)

+(Yu-Yb)

+(Zu-Zb)2222Lc

=(Xu-Xc)

+(Yu-Yc)

+(Zu-Zc)IOT

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北斗三代：四星交会定位原理在导航定位中，地面工作状况、电离层延时修正等信息的导航电文。当用户接收到导航电文时，提取出卫星时间信息，将卫星时间与接收端时钟作对比后，系统就可以知道卫星与用户的距离，再利用导航电文的星历，推算出卫星发射电文时所处的位置与速度。用户持有的定位终端作为接收端，导航卫星作为发射端。卫星需要按照一定周期发射包含卫星星历、由于接收使用的时钟与卫星确，也就不是真实距离。为了消除这个误差，除了使用用户的三维坐标

x、y

、z

之外，还要将钟差也作为未知量来进行求解。根据解方程原则，有四个未知数的情

况下需要四个已知方程式求解。因此，为了计算出准确位置信息，用户至少要能同收到四颗北斗卫星的导航电文。与GPS的工作原理相似，对应的多元方程组为

:星载时钟不可能总是同步，由此产生的误差会导致最终测量得出的距离（伪距）不那么精时222

1/2[(x

-x)

+(y

-y)

+(z

-z)

]

+c(V

-V

)=D11

1

1

t1

to222

1/2[(x

-x)

+(y

-y)

+(z

-z)

]

+c(V

-V

)=D22

2

2

t2

to222

1/2[(x

-x)

+(y

-y)

+(z

-z)

]