衛(wèi)星導(dǎo)航及遙感行業(yè)研究：時空大數(shù)據(jù)撬動智慧城市

衛(wèi)星導(dǎo)航及遙感行業(yè)研究：時空大數(shù)據(jù)撬動智慧城市1.核心觀點及投資分析一、衛(wèi)星導(dǎo)航蓬勃發(fā)展，“行業(yè)+區(qū)域”北斗應(yīng)用綜合效益顯著（1）盡管我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)起步較晚，但在功能方面相較于其他三大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備更多優(yōu)勢，特別是可以提供全球短報文通信服務(wù)。根據(jù)《2022全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)市場報告》預(yù)測，在未來十年內(nèi)，全球GNSS和遙感觀測領(lǐng)域的收入總額將接近5000億歐元，并且全球GNSS設(shè)備安裝數(shù)將超過100億臺。同時，《2023中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示：2022年中國的衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)綜合產(chǎn)值已經(jīng)達到5007億元人民幣，同比增長了6.76%。核心產(chǎn)值和相關(guān)產(chǎn)值分別增長了5.05%和7.54%，達到1527億元人民幣和3480億元人民幣。我們認為，受產(chǎn)品驅(qū)動以及服務(wù)支撐不斷增強的推動，衛(wèi)星導(dǎo)航行業(yè)將持續(xù)蓬勃發(fā)展。（2）隨著國家政策實施以及行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級需求，“北斗+”應(yīng)用呈現(xiàn)迅猛發(fā)展趨勢，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)起到了顯著的賦能作用。目前，北斗正在廣泛應(yīng)用于各類領(lǐng)域，并且與其深度有機融合，進一步促進了行業(yè)和區(qū)域的發(fā)展。“行業(yè)+區(qū)域"”的服務(wù)模式和北斗融合應(yīng)用體系正在逐步形成，不斷推動行業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展水平，并提升了行業(yè)精細化管理能力和安全可控能力。例如，在燃氣行業(yè)方面，北斗高精準燃氣泄漏檢測技術(shù)支撐了全國150個燃氣公司對70余萬公里燃氣管線進行檢測，有效降低了燃氣管網(wǎng)的安全運營風(fēng)險。中國17個省份超過22000處地災(zāi)隱患點都安裝了低價格、低能耗的北斗滑坡預(yù)警儀，實現(xiàn)了“人防+技防”的結(jié)合，提升了災(zāi)害預(yù)警能力并有效保障了人民的生命財產(chǎn)安全。農(nóng)機北斗應(yīng)用也得到深入推廣，在無人農(nóng)場等領(lǐng)域取得明顯效果，帶來了增產(chǎn)、節(jié)能和創(chuàng)收效益。與此同時，北斗定位導(dǎo)航、授時授頻和短報文通信等應(yīng)用已經(jīng)廣泛融入電力行業(yè)二十余個業(yè)務(wù)場景，并將進一步促進電網(wǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和發(fā)展。中石化、中石油和中海油等石油石化行業(yè)也在積極推進北斗替代GPS設(shè)備，并與各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)相結(jié)合，全面應(yīng)用北斗技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字化和智能化發(fā)展。這些舉措將為石油石化生產(chǎn)建設(shè)提供強有力的支持。（3）隨著北斗在大眾及相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域進一步深化應(yīng)用，國際范圍內(nèi)正在形成一系列新興數(shù)字化應(yīng)用場景。2022年國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航定位終端產(chǎn)品總銷量約為3.76億臺/套。其中，具備衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能的智能手機出貨量達到2.64億部，包括物聯(lián)網(wǎng)、穿戴式、車載、高精度等各類定位終端設(shè)備銷量約1億臺/套，車載導(dǎo)航儀市場終端銷量約0.12億臺。二、衛(wèi)星遙感洞察天地，應(yīng)用領(lǐng)域多元化發(fā)展（1）衛(wèi)星遙感服務(wù)市場規(guī)模持續(xù)增長。中國市場需求不斷推動著衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)的擴大。根據(jù)共研網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2015-2022年間，中國的遙感衛(wèi)星行業(yè)市場規(guī)模由56.1億元增至130.8億元，復(fù)合年增長率達到12.86%。盡管如此，我國仍有較大的商業(yè)化發(fā)展空間；根據(jù)UCS數(shù)據(jù)，截至2022年12月，中國的遙感衛(wèi)星商業(yè)化率為32%，相比全球水平依然存在大幅提升空間。我們認為，隨著資本涌入遙感衛(wèi)星領(lǐng)域，將極大推動商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)展。根據(jù)泰伯智庫統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2022年中國商業(yè)航天賽道融資總額超過113億元，其中約28.1億元流向了衛(wèi)星遙感領(lǐng)域，位居第二受關(guān)注的融資領(lǐng)域，僅次于火箭發(fā)射。這些趨勢表明我國衛(wèi)星遙感商業(yè)化具有廣闊前景，在未來有望迎來更為深遠的發(fā)展。（2）衛(wèi)星遙感廣泛用于地球觀測部門及軍事用途，有望進入民用市場?？臻g數(shù)據(jù)對于國防部門的知情決策至關(guān)重要，它有助于各種戰(zhàn)略活動，如戰(zhàn)場模擬、任務(wù)簡報、通信規(guī)劃、后勤管理和指揮控制。世界各國正在大力投資開發(fā)天基衛(wèi)星星座，使得能夠指揮和控制本國的作戰(zhàn)部隊，并增強態(tài)勢感知能力，能夠監(jiān)視、跟蹤和瞄準敵對勢力。同時,衛(wèi)星遙感應(yīng)用正日益多元化，根據(jù)PlanetLabs數(shù)據(jù)顯示，2022年衛(wèi)星遙感在國防、政府和商業(yè)上的應(yīng)用分別占22%、33%和45%。（3）我國商業(yè)遙感衛(wèi)星行業(yè)起步較晚且發(fā)展尚不成熟，遙感衛(wèi)星行業(yè)未來將往“四化”方向努力：即星座化、高分化、市場化和數(shù)據(jù)共享化。例如，單一衛(wèi)星覆蓋范圍有限且獲取數(shù)據(jù)量較少，因此需要構(gòu)建高密度的衛(wèi)星群以得到較為精細的遙感圖像。實現(xiàn)星座化建設(shè)需要在發(fā)展低空遙感技術(shù)的基礎(chǔ)上輔以衛(wèi)星遙感技術(shù)，進行低空+衛(wèi)星的合作觀測模式以彌補我國空間觀測能力欠缺的問題。由于當(dāng)前國內(nèi)外可供使用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)數(shù)量急劇減少，通過開發(fā)高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星如長光衛(wèi)星的吉林一號、航天宏圖的宏圖一號，既能縮小與發(fā)達國家的差距又可以不斷培養(yǎng)我國的長期競爭力。2.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航，作為衛(wèi)星通信的一個重要分支，利用導(dǎo)航衛(wèi)星通信系統(tǒng)進行測時(時間)和測距(定位)是其主要功能。測時又稱為授時或定時，是用戶接收機獲取精確時間的過程。在2G/3G/4G/5G等蜂窩移動通信系統(tǒng)中，測時作為時鐘同步源被廣泛應(yīng)用，其前提是衛(wèi)星通信。測距則精確測量接收機到衛(wèi)星的距離，利用電磁波的傳播速度和傳播時間，前提是測時。定位是確定接收機在地球上的位置，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通過多個衛(wèi)星的距離計算定位目標(biāo)的位置，前提是測距。導(dǎo)航是指接收機從一個地方移動到另一個地方的過程，其前提是正確的定位。在導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)域，只有美國GPS、俄羅斯格洛納斯GLONASS、歐洲伽利略GALILEO、中國北斗COMPASS能提供全球授時定位。后面三個導(dǎo)航系統(tǒng)的建立時間，雖然有先后，但時間相差不遠。除了這四大全球系統(tǒng)，還存在區(qū)域系統(tǒng)和增強系統(tǒng)，例如日本的QZSS、印度的IRNSS區(qū)域系統(tǒng)以及美國的WAAS、日本的MSAS、歐盟的EGNOS、印度的GAGAN和尼日尼亞的NIG-GOMSAT-1等增強系統(tǒng)。未來幾年，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將迎來新的發(fā)展階段，用戶將面臨四大全球系統(tǒng)近百顆導(dǎo)航衛(wèi)星共存且相互兼容的局面。這將為用戶提供更豐富的導(dǎo)航信息，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的可用性、精確性、完備性和可靠性，但也會面臨頻率資源競爭、衛(wèi)星導(dǎo)航市場競爭、時間頻率主導(dǎo)權(quán)競爭以及兼容性和互操作性爭議等問題。2.1.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的下游應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的下游應(yīng)用主要涵蓋以下領(lǐng)域：授時：在通信網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用作為時間同步裝置。特別是在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，GPS提供精確的定時，確保通信順暢。通信：GPS對蜂窩移動通信系統(tǒng)至關(guān)重要，提供精準的時間同步，以確保通信設(shè)備的協(xié)調(diào)和同步運行。航空：用于飛行導(dǎo)航和著陸導(dǎo)航，確保飛機的安全航行和準確降落。航海：廣泛應(yīng)用于海上航線的各類船只導(dǎo)航，以及沿岸、進港和內(nèi)河航行。GPS精度可達2-3米，還可集成無線通信，成為位置報告和緊急救援系統(tǒng)。漁船常將GPS與雷達和魚探器整合，帶來經(jīng)濟效益。消費娛樂：徒步旅行者、獵人、越野滑雪者、野外工作人員和戶外活動者常使用袋式GPS定位器。結(jié)合電子地圖，可在各種環(huán)境中幫助用戶找到目的地。測繪：GPS在測繪領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，可用于繪圖、地藉測量、地球板塊測量、火山活動監(jiān)測、GIS(地理信息系統(tǒng))等領(lǐng)域。實時動態(tài)化(RTK)測量技術(shù)也可用于海洋、河道、公路和大型工程建設(shè)管理。車輛監(jiān)控管理：用于汽車導(dǎo)航和信息服務(wù)，幫助車輛監(jiān)控和管理，提供導(dǎo)航、交通信息等功能。2.2.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成以GPS為例，GPS定位原理可以簡單概括如下：它是一個由24顆遍布全球的衛(wèi)星構(gòu)成的衛(wèi)星系統(tǒng)，提供全天候、全球范圍內(nèi)的導(dǎo)航服務(wù)。GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括三個主要部分：空間部分，即GPS衛(wèi)星群；地面控制部分，即地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分，即GPS信號接收器。簡單的來說，用戶通過GPS接收衛(wèi)星信號，通過信號處理來獲取自身的位置、速度等信息，從而實現(xiàn)了導(dǎo)航和定位的功能。GPS導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)由三部分組成：(1)空間(段)部分導(dǎo)航衛(wèi)星星座是由眾多導(dǎo)航衛(wèi)星構(gòu)成的，而根據(jù)不同國家的導(dǎo)航系統(tǒng)，衛(wèi)星的數(shù)量各不相同，并且隨著技術(shù)的發(fā)展其數(shù)量仍在變動中。當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量增多時，地球上的覆蓋范圍也會隨之增大。以GPS為例，其空間組成包含24顆衛(wèi)星，其中21顆是主要工作衛(wèi)星，另外3顆是備用衛(wèi)星。這些衛(wèi)星位于距離地球表面約20，200公里的軌道上，每顆衛(wèi)星的繞地周期為12小時。為了確保全球范圍內(nèi)的均勻覆蓋，這些衛(wèi)星被分布在6個軌道面中，每個軌道面有4顆衛(wèi)星，其軌道的傾角為55°。這樣的配置保證了全球任何位置和時間都至少可以觀測到4顆以上的衛(wèi)星。此外，GPS衛(wèi)星中預(yù)設(shè)了導(dǎo)航信息。由于大氣摩擦和其他外部因素，GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航精度可能會逐步下降。為了確保導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)性，每個軌道面上通常都會配置一顆備用衛(wèi)星。如果有任何衛(wèi)星出現(xiàn)故障，備用衛(wèi)星便可迅速替代，確保系統(tǒng)的連續(xù)運行。GPS星座中各衛(wèi)星并不直接通信，沒有星間鏈路，均與地面的控制和監(jiān)測部分直接通信。(2)地面監(jiān)控(段)部分GPS的地面控制系統(tǒng)包括三個關(guān)鍵組件：主控制站(MasterMonitorStation)、監(jiān)測站(MonitorStation)和注入站(GroundAntenna)。初創(chuàng)時期，GPS的控制部分是由一個主控制站、五個監(jiān)測站和三個注入站組成的，其主要任務(wù)是監(jiān)視和控制衛(wèi)星的運行，編制衛(wèi)星的星歷(即導(dǎo)航電文)以及維護系統(tǒng)時間。主控制站：主控制站作為地面控制的中心，它負責(zé)接收從各個監(jiān)測站傳來的跟蹤數(shù)據(jù)，實時測算和對比軌道參數(shù)以及鐘差參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸給各個注入站。此外，主控制站還監(jiān)控在軌衛(wèi)星的運行狀況，并進行必要的診斷和調(diào)整。它還從各監(jiān)測站收集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，然后計算出衛(wèi)星的星歷和時鐘修正參數(shù)，并通過注入站將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給衛(wèi)星。此外，主控制站還負責(zé)向衛(wèi)星發(fā)送控制命令，在衛(wèi)星遇到問題時，調(diào)動備用衛(wèi)星來替代。監(jiān)測站：監(jiān)測站的任務(wù)是對與其建立了信號接收通道的衛(wèi)星進行連續(xù)跟蹤和測量。為了確保數(shù)據(jù)的準確性，監(jiān)測站通常配備了高精度的信號接收器和精密的銫鐘，這樣可以對接收到的軌道數(shù)據(jù)進行及時處理。除此之外，監(jiān)測站還會接收衛(wèi)星的信號、檢測衛(wèi)星的運行狀況、收集氣象數(shù)據(jù)，并將這些信息發(fā)送給主控制站。注入站：注入站的主要職責(zé)是在接收到主控制站發(fā)送的信息后，等待衛(wèi)星在其上方經(jīng)過時，將衛(wèi)星的星歷和鐘差等信息按照特定的格式和協(xié)議發(fā)送給衛(wèi)星，并將其存入衛(wèi)星的存儲器。同時，注入站還負責(zé)向衛(wèi)星發(fā)送控制命令。分布情況：主控站位于美國科羅拉多州(Calorado)法爾孔(Falcon)空軍基地。注入站分布在不同地點：阿松森群島(Ascendion)位于大西洋，迭戈加西亞(DiegoGarcia)位于印度洋，卡瓦加蘭(Kwajalein)位于東太平洋。監(jiān)控站分為以下幾個部分：一個與主控站位于同一地點，三個與注入站分別位于阿松森群島、迭戈加西亞和卡瓦加蘭，另一個監(jiān)控站位于夏威夷(Hawaii)，位于西太平洋。截至2017年系統(tǒng)更新后，GPS控制系統(tǒng)由一個主要控制站、一個備用主控制站、11個指揮和控制天線以及增加的16個監(jiān)控站點組成。(3)用戶(段)部分GPS用戶段(GPSUserSegment)是指各種GPS用戶終端，其主要功能是接收衛(wèi)星信號并提供用戶所需的位置、速度和時間等信息。典型的用戶設(shè)備通常包括接收機、定時器、數(shù)據(jù)預(yù)處理器、計算機和顯示器等組件。一旦接收機捕獲到衛(wèi)星信號，就會持續(xù)跟蹤這個信號，能夠進一步測量接收天線到衛(wèi)星的偽距離和距離變化率，同時解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，接收機內(nèi)置的微處理計算機可以按照定位解算方法進行計算，得出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度和時間等信息。它能夠接收衛(wèi)星發(fā)射的微弱信號，解調(diào)并解析出衛(wèi)星軌道參數(shù)和時間信息，并且測量導(dǎo)航參數(shù)，例如距離、距離變化率等。然后，通過計算機的處理，得出用戶的位置坐標(biāo)(可以是二維或三維坐標(biāo))以及速度矢量分量。衛(wèi)星信號接收機存在多種類型，適用于不同領(lǐng)域的需求。這包括用于航空、航天和航海領(lǐng)域的機載導(dǎo)航型接收機，用于測量和定位的測量型接收機，以及一般大眾使用的車載和手持型接收機。此外，接收設(shè)備還可以嵌入到其他設(shè)備中，形成組合型導(dǎo)航定位設(shè)備，例如導(dǎo)航手機和導(dǎo)航相機等。2.3.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理與原子鐘GPS之所以能夠提供精準的定時，主要是因為GPS衛(wèi)星上安裝的原子鐘。原子鐘是一種計時裝置，最初由物理學(xué)家發(fā)明，用于探索宇宙的本質(zhì)。目前，原子鐘被認為是世界上最精確的時間測量工具。精密鐘表在日常生活中可能每年會有大約1分鐘的誤差，對一般生活用途來說并沒有太大影響。然而，在高要求的生產(chǎn)和科學(xué)研究中，需要更為精確的時間測量工具。原子鐘的工作原理是利用原子吸收或釋放能量時產(chǎn)生的電磁波來進行計時。由于這種電磁波的頻率非常穩(wěn)定，再加上對原子鐘的精密控制和監(jiān)測，因此原子鐘能夠提供極高的時間測量準確性，如今的原子鐘誤差為10萬年內(nèi)不大于1秒?？臻g冷原子鐘的工作原理涉及以下步驟：首先，通過激光冷卻和俘獲技術(shù)，獲得接近絕對零度(微開爾文級別)的超冷原子團。然后，采用移動光學(xué)黏團技術(shù)將這些原子沿軸向釋放。在微重力環(huán)境下，原子團可以以超慢速均勻的直線運動。原子團處于純量子基態(tài)時，經(jīng)過環(huán)形微波腔，與分離的微波場發(fā)生兩次相互作用，導(dǎo)致原子產(chǎn)生量子疊加態(tài)。通過原子雙能級探測器測量處于兩種量子態(tài)上的原子數(shù)量比例，可以獲取原子躍遷的概率。通過改變微波頻率，可以獲得原子鐘的Ramsey條紋譜線。將該譜線反饋到本地振蕩器，從而獲得高精度的時間頻率標(biāo)準信號。這一過程利用了超冷原子的量子性質(zhì)，使得空間冷原子鐘能夠提供非常高精度的時間測量。2.4.衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的構(gòu)成GPS接收機是一種無線點接收設(shè)備，其主要功能是接收、跟蹤、變換和測量來自GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位信號。這些接收機具備無線電接收設(shè)備的特點，但也具備捕獲、跟蹤和處理微弱的GPS衛(wèi)星信號的能力?？梢詫PS接收機視為一種傳感器，其主要任務(wù)是感知GPS衛(wèi)星相對于接收機的距離以及衛(wèi)星信號的多普勒頻移，并從衛(wèi)星信號中解調(diào)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)定位和速度測量等功能。接收機通常由多個關(guān)鍵模塊組成，包括天線模塊、射頻前端模塊、基帶處理模塊以及應(yīng)用處理模塊。這些模塊協(xié)同工作，使GPS接收機能夠高效地接收和處理衛(wèi)星信號，從而提供準確的位置信息和導(dǎo)航支持。導(dǎo)航信號射頻接收前端模塊(1)接收機天線接收機的天線部分由兩個主要組件組成，包括天線和前置放大器。天線的主要功能是將GPS衛(wèi)星信號中的極微弱電磁波轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流信號。通常天線與低噪聲放大器集成在一起，具有以下特點：多方向接收：這種天線設(shè)計能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號，而不會產(chǎn)生死角，因此可以實現(xiàn)全向性接收。多路徑防護與屏蔽：天線采取了多種措施，以減少多路徑效應(yīng)，確保從衛(wèi)星發(fā)射的信號不會因反射或折射而導(dǎo)致誤差。穩(wěn)定的相位中心：天線的相位中心保持高度穩(wěn)定，并且與幾何中心一致，這確保了信號的準確接收和測量。這種整合設(shè)計的天線部分是GPS接收機的重要組成部分，它的性能特點有助于提高接收機的精確性和可靠性。(2)前置放大器LNA其功能在于將微弱的GPS信號電流放大到合適的水平。GPS信號首先由天線接收，然后進入射頻前端，經(jīng)過多次混頻處理，以獲得頻率較低的中頻模擬信號。接著，這個模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻信號，然后交由基帶處理模塊進行信號捕獲和跟蹤。射頻前端模塊需要具備一系列優(yōu)勢特性，包括低噪聲、低功耗、高增益和高線性特性等。其噪聲性能對接收到的信號質(zhì)量具有直接影響，進而會影響到后續(xù)的基帶處理性能和導(dǎo)航定位的精確度。(3)變頻器/混頻器/射頻解調(diào)器經(jīng)過GPS前置放大器放大后的信號仍然非常微弱。為了確保接收機通道具有穩(wěn)定的高增益，并將L頻段的射頻信號轉(zhuǎn)化為低頻信號，需要使用變頻器/混頻器/射頻解調(diào)器。在這個過程中，還包括了濾波器，其作用是讓特定頻率的信號通過，同時抑制其他頻率信號，以確保最小的信號插入損耗。尤其是前置濾波器對整個接收系統(tǒng)的性能影響很大，因此需要具備低噪聲的特性。混頻器用于將高頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號。GPS天線接收的信號通常具有高頻率，中心頻率約為1575.42MHz左右，而這種高頻信號不太適合直接進行離散采樣。混頻器的工作原理是將來自低噪聲放大器輸出的射頻信號與本地振蕩器產(chǎn)生的本振信號相乘，從而實現(xiàn)信號從高頻到中頻的轉(zhuǎn)換。這個過程是信號處理中的關(guān)鍵步驟，有助于后續(xù)的信號解調(diào)和處理。(4)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換通過前面幾級的混頻、濾波、和放大等處理，GPS衛(wèi)星信號已經(jīng)獲得了充分的信號功率增益，同時中心頻率也已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為較低的中頻。這些操作為接下來的模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供了有利條件，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要任務(wù)是將這一模擬信號最終轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。(5)參考晶振為整個電路提供的時鐘信號在混頻電路中至關(guān)重要，同時在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中也扮演著重要的角色。由于接收機的射頻前端對時鐘精度要求極高，因此通常采用溫度補償晶振作為時鐘源。這樣的晶振能夠在不同溫度條件下保持穩(wěn)定的頻率，確保整個系統(tǒng)的時鐘信號精確可靠。2.5.衛(wèi)星導(dǎo)航通信頻譜微波是電磁波的一種，其頻率范圍介于300MHz到3THz之間(1THz=1000GHz)，對應(yīng)的波長范圍從1米到0.1毫米不等。盡管微波的頻帶寬度非常廣泛，但目前的微波通信主要集中在3GHz到40GHz之間的頻段，不過也正在向更高頻率范圍擴展，例如71GHz到86GHz的E波段。常見的電磁波傳輸方式包括地波傳播、天波傳播以及視線傳播等。地波傳輸通常在頻率低于2MHz的長波范圍內(nèi)，它能夠沿著地球表面?zhèn)鞑?，覆蓋數(shù)百到數(shù)千千米的距離，典型的應(yīng)用包括AM廣播等。天波傳輸則主要在2MHz到30MHz之間的短波頻段，可以通過大氣電離層反射回地面，實現(xiàn)遠距離通信。目前，廣泛使用的微波頻段主要集中在6GHz到42GHz，但幾乎已經(jīng)被占據(jù)。V波段位于約60GHz左右，但由于大氣吸收損耗嚴重，因此其傳輸距離相對較短。未來，微波通信將會在E波段迎來新的發(fā)展機會，這個頻段具有高容量、低站間干擾、頻譜資源充足等特點，將成為微波通信領(lǐng)域的重要增長領(lǐng)域。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所使用的無線電信號屬于特高頻范圍(300MHz至3GHz)。不同的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通常在載波頻譜方面采取分隔的策略，使它們的頻段互不干擾。同時，也存在部分頻譜被不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共享的情況。例如，GPSL5和GALE5s共享一部分頻譜，北斗B2和GALE5b也共享一部分頻譜，而GPSL1與GAL則有一部分頻譜共用。與此不同，俄羅斯的GLOL1則使用獨立的頻譜。2.6.全球?qū)Ш较到y(tǒng)的電文及定位的基本原理以GPS為例，GPS提供兩種不同的定位服務(wù)方式：標(biāo)準定位服務(wù)(SPS)和精密定位服務(wù)(PPS)。這兩種服務(wù)方式的主要區(qū)別在于它們所使用的擴頻碼不同。標(biāo)準定位服務(wù)(SPS)使用的是粗碼(Coarse/AcquisitionCode)，通常被稱為C/A碼，而精密定位服務(wù)(PPS)則使用的是精碼(PreciseCode)，通常被稱為P碼。無論是C/A碼還是P碼，都屬于偽碼的一種。L1頻段的載波調(diào)制采用了C/A碼和P碼，其碼元速率為1.023MHz。在L1頻段中，L1C/A信號的精度通常為300米。L2頻段的載波調(diào)制只使用P碼。L5頻段的載波調(diào)制采用了較高的碼元速率，為10.23MHz。在L5頻段中，測距精度可以達到30米。一個完整的導(dǎo)航電文包含25頁，總共包括25*1500比特，需要12.5分鐘才能傳輸完成；每一頁或幀包括5個子頁，合計5*300比特，傳輸一幀需要30秒；每個子頁包含10個字，總計10*30比特，傳輸一個子頁需要6秒；每個字包含30比特。每個子頁的開頭都包含遙測字(TelemetryWord，TLM)和轉(zhuǎn)換字(HandoverWord，HOD)。通過衛(wèi)星發(fā)送的電文，GPS接收機能夠周期性地從衛(wèi)星中解調(diào)出衛(wèi)星傳遞的數(shù)據(jù)，例如衛(wèi)星的位置信息，這使得接收機能夠計算出衛(wèi)星在空間中的坐標(biāo)(????、????、????)以及衛(wèi)星的時間信息，即發(fā)送衛(wèi)星位置信息時的絕對時間????。3.精測妙控，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈中游衛(wèi)星導(dǎo)航就目前全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能對比而言，中國第三代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能在亞太地區(qū)可以達到，甚至在某些性能參數(shù)上超越了其他三大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。然而，自2018年底以來，美國已經(jīng)著手建設(shè)下一代(第三代)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。根據(jù)美聯(lián)社的報道，美國第三代GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將由32顆衛(wèi)星組成，每顆衛(wèi)星的造價高達5億美元，定位精度達到1米，相較于第二代系統(tǒng)提高了3倍，抗干擾性能也提高了8倍，衛(wèi)星的使用壽命將延長至15年。計劃在2034年前完成整個系統(tǒng)的建設(shè)和部署。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭和國民經(jīng)濟發(fā)展中扮演著十分重要的角色。北斗芯片組包括射頻芯片、基帶芯片以及微處理器芯片，這些芯片使設(shè)備能夠接收北斗衛(wèi)星發(fā)射的信號，從而實現(xiàn)精確的定位和導(dǎo)航功能。2022年7月，和芯星通發(fā)布了一款新一代北斗高精度定位模塊UM982，該模塊基于新一代射頻和基帶芯片，融合了高精度算法，采用了22納米工藝制程。該產(chǎn)品面向無人機、割草機、精準農(nóng)業(yè)和智能駕駛等領(lǐng)域，具備跟蹤主天線和從天線的能力，支持包括北斗三全球信號在內(nèi)的全系統(tǒng)全頻點，還能夠?qū)崿F(xiàn)片上RTK定位和雙天線導(dǎo)向解算等功能。司南導(dǎo)航自主研發(fā)的第三代GNSS芯片產(chǎn)品QuantumIIISoC芯片支持全星座、全頻點的信號處理，數(shù)據(jù)更新率可達100Hz，并集成自主研發(fā)的芯上RTK、抗干擾、組合導(dǎo)航等多項核心技術(shù)。此外，SoC搭載片上處理器，大幅提升了產(chǎn)品的集成度，實現(xiàn)了高精度產(chǎn)品從板卡到模塊的跨越。與國外的同類芯片產(chǎn)品相比，司南的產(chǎn)品不但實現(xiàn)了100%的國產(chǎn)化，而且在功耗、穩(wěn)定性及可靠性方面具備強大的競爭力。這使得我國的終端產(chǎn)品不再面臨受控于人的局面。3.1.衛(wèi)星導(dǎo)航行業(yè)發(fā)展情況導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)是將多顆導(dǎo)航衛(wèi)星通過特定的技術(shù)和策略組織在一起，形成一個協(xié)同工作的網(wǎng)絡(luò)體系。這種組織方式能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星之間的信息傳遞和資源共享，從而為地面用戶或其他應(yīng)用提供更加連續(xù)、高效和廣泛的服務(wù)。利用衛(wèi)星的空間優(yōu)勢，組網(wǎng)可以實現(xiàn)大范圍、高可靠性的信息傳輸，尤其在地理環(huán)境復(fù)雜或基礎(chǔ)設(shè)施不足的地區(qū)。導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)，可以提供全球無縫的導(dǎo)航定位服務(wù)。截至2023年1月1日，根據(jù)UCS統(tǒng)計，各國具體運營導(dǎo)航衛(wèi)星的數(shù)量分布上圖，有6個國家(或地區(qū)組織)當(dāng)前運營著導(dǎo)航衛(wèi)星，其中我國運營的導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)量最多，有58顆，占比35.37%；美國運營34顆，占比20.73%；俄羅斯運營30顆，占比18.28；歐盟運營28顆，占比17.07%；日本和印度分別運營5顆和9顆，對應(yīng)著各自的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。盡管我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)起步最晚，但實現(xiàn)功能上較其它三大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比多出了全球短報文通信服務(wù)。依據(jù)《2022全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)市場報告》，在2021年，全球GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))和EO(遙感觀測)領(lǐng)域的收入總額已超過2000億歐元，并預(yù)計在未來十年內(nèi)將達到接近5000億歐元的水平。預(yù)計到2031年，全球GNSS設(shè)備安裝數(shù)將超過100億臺。大眾消費類市場再次占據(jù)主導(dǎo)地位，包括出行旅游、健康和道路汽車市場，為GNSS應(yīng)用設(shè)備貢獻了高達98%的市場份額。類似于GNSS接收器的全球出貨量，GNSS設(shè)備的安裝數(shù)量中，主要由消費解決方案市場主導(dǎo)，占據(jù)2021年全球GNSS設(shè)備安裝總數(shù)的89%，以及2031年全球安裝總數(shù)的86%。在未來十年，預(yù)計全球份額將略微下降3%，主要原因是智能手機的使用壽命延長導(dǎo)致出貨量下降。同時，隨著車載系統(tǒng)在新車出貨量中的應(yīng)用和集成不斷增加，道路和汽車市場在全球GNSS設(shè)備安裝數(shù)量中的份額將從2021年的9%增長到2031年的12%。除了消費解決方案、旅游和健康市場、道路與汽車市場之外，其他GNSS細分市場領(lǐng)域中，航空和無人機市場將占據(jù)重要地位，預(yù)計其GNSS設(shè)備安裝數(shù)量將從2021年的4200萬臺套增長至2031年的4900萬臺套。2021年，海事市場是第二大市場，但在未來十年內(nèi)其市場份額將略微下降1%，預(yù)計全球市場份額將從2021年的17%(相當(dāng)于1100萬臺套)下降至2031年的16%(2031年為1700萬套)。與此同時，農(nóng)業(yè)將成為未來最重要的GNSS細分市場領(lǐng)域之一，預(yù)計到2031年，其市場份額將達到18%(從2021年不到500萬臺套增長至2031年約2000萬臺套)。全球GNSS下游市場收入(包括設(shè)備和服務(wù))將從2021年的1990億歐元增長至2031年的4920億歐元，年復(fù)合增長率為9.2%，主要來自增值服務(wù)的收入。在未來十年，增值服務(wù)收入預(yù)計將以每年11%的速度迅速增長，到2031年有望超過3540億歐元(相較于2021年的約1260億歐元)。全球GNSS增強服務(wù)的收入預(yù)計每年將增長7%，到2031年其年收入將接近510億歐元，比2021年的250億歐元翻了一番。到2031年，全球GNSS服務(wù)收入(包括增值服務(wù)和增強服務(wù))將達到4050億歐元，占全球GNSS下游市場總收入的82%。根據(jù)最新的《2023中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)，2022年我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)的綜合產(chǎn)值達到了5,007億元人民幣，較2021年增長了6.76%。其中，與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用直接相關(guān)的核心產(chǎn)值(包括芯片、器件、算法、軟件、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、終端設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等)同比增長了5.05%，達到1527億元人民幣，占總產(chǎn)值的30.50%。另一方面，由衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用和服務(wù)帶動的相關(guān)產(chǎn)值同比增長了7.54%，達到3480億元人民幣，占總產(chǎn)值的69.50%。目前，我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)領(lǐng)域仍有大約14,000家企事業(yè)單位，員工人數(shù)超過50萬人。截至2022年底，境內(nèi)上市的相關(guān)企業(yè)總數(shù)為92家(含新三板)，這些上市公司的衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)相關(guān)產(chǎn)值約占全國總產(chǎn)值的9.02%左右。白皮書指出，隨著北斗應(yīng)用的泛在化、嵌入化、隱形化、標(biāo)配化和業(yè)務(wù)化發(fā)展，未來更多的市場需求將從對定位導(dǎo)航授時技術(shù)及綜合位置服務(wù)的需要，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷r空信息采集與服務(wù)的需要，這會使北斗應(yīng)用規(guī)模變得更加巨大，應(yīng)用場景和模式變得更加多元化，市場也將被重新定義，形成以時空信息獲取、處理和服務(wù)為主的新經(jīng)濟形態(tài)，并必將成為數(shù)字經(jīng)濟的重要組成部分。進入2023年，隨著國家新基建、數(shù)字經(jīng)濟等重大戰(zhàn)略的實施，領(lǐng)域如時空大數(shù)據(jù)、城鄉(xiāng)數(shù)字底座、無人系統(tǒng)、智能信息服務(wù)等領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展，進一步拓展了北斗時空信息應(yīng)用與服務(wù)的廣闊市場，推動了衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)在各行業(yè)各領(lǐng)域的深度應(yīng)用，市場活躍度預(yù)計將觸底反彈，整個產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益也有望保持企穩(wěn)回升的趨勢。根據(jù)研究統(tǒng)計，2022年，五大區(qū)域?qū)崿F(xiàn)綜合產(chǎn)值約3,778億元，在全國總體產(chǎn)值中占比高達75.44%。其中，京津冀地區(qū)綜合產(chǎn)值達到1,048億元，珠三角地區(qū)綜合產(chǎn)值達到1,028億元，長三角地區(qū)綜合產(chǎn)值達769億元，華中地區(qū)綜合產(chǎn)值達到497億元，西部地區(qū)綜合產(chǎn)值達到436億元。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2022年四季度，五大區(qū)域共累計推廣應(yīng)用各類北斗終端超過1,300萬臺/套。而從更大的國家重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略范圍來看，在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、海南自由貿(mào)易港、黃河流域、長江經(jīng)濟帶等區(qū)域，已累計推廣應(yīng)用各類北斗終端接近1,700萬臺/套。3.2.高精度衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備向著更精確、低功耗方向發(fā)展多模、多頻、多通道技術(shù)正在廣泛應(yīng)用。為了提高精度和可靠性，GNSS導(dǎo)航和定位正在朝著高精度方向發(fā)展。為了減少對單一系統(tǒng)的依賴，GNSS芯片制造商不斷研發(fā)支持多模式和多頻段的芯片和模塊。這些多模多頻技術(shù)的定位模塊可以同時支持多個頻段和衛(wèi)星系統(tǒng)，使定位更加靈活。隨集成了射頻和基帶處理功能的一體化(SoC)芯片的興起，導(dǎo)航定位系統(tǒng)性能不斷提高，芯片制造成本不斷降低。同時引用超低功耗技術(shù)，適用于便攜設(shè)備和大眾消費類應(yīng)用。這些新一代芯片的高靈敏度基帶技術(shù)可以在城市峽谷、樹蔭等復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)可靠的定位。另一項重要的技術(shù)發(fā)展是精密單點定位(PPP)。這一技術(shù)通過地球同步軌道衛(wèi)星提供的精密衛(wèi)星軌道和鐘差數(shù)據(jù)，對誤差項進行校正，使用單臺接收機的非差觀測數(shù)據(jù)進行高精度單點定位。在軍用領(lǐng)域，衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展方向主要包括提高定位精度、抗干擾性、可靠性以及魯棒性。在定位精度方面，地面基準站的加強可以幫助消除衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的區(qū)域誤差，從而提高定位的精度。此外，軍事應(yīng)用中的導(dǎo)航系統(tǒng)需要具備更高的抗干擾性、可靠性和魯棒性。自海灣戰(zhàn)爭以來的幾次局部戰(zhàn)爭實踐表明，衛(wèi)星導(dǎo)航已成為海陸空天武器系統(tǒng)以及構(gòu)建全數(shù)字化戰(zhàn)場的關(guān)鍵技術(shù)。因此，導(dǎo)航系統(tǒng)和電磁頻譜的爭奪和控制變得更加激烈，導(dǎo)航戰(zhàn)有可能成為現(xiàn)代電子戰(zhàn)的重要作戰(zhàn)形式。在民用領(lǐng)域，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展集中在消除定位盲區(qū)、多系統(tǒng)融合、通信導(dǎo)航一體化以及拓展新應(yīng)用。為了消除定位盲區(qū)，我國正在建設(shè)廣域室內(nèi)外高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)，即羲和系統(tǒng)，以解決衛(wèi)星導(dǎo)航在室內(nèi)和地下信號受阻的問題。同時發(fā)展多系統(tǒng)融合旨在實現(xiàn)不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的合作兼容，以提高系統(tǒng)的精度和可用性，目前我國已與美國和俄羅斯分別于2017年及2019年簽訂協(xié)議，實現(xiàn)了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS及格洛納斯系統(tǒng)在信號領(lǐng)域的射頻兼容與互操作。未來，通信導(dǎo)航一體化融合是智能融合發(fā)展的趨勢，將導(dǎo)航和通信融為一體，以提供時空信息的智能服務(wù)。隨著我國北斗三號全球組網(wǎng)的完成，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)將迎來應(yīng)用與服務(wù)的強勢發(fā)展時期。衛(wèi)星導(dǎo)航將成為新興技術(shù)的引領(lǐng)者，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和整合提供支持，包括無人系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)等基于衛(wèi)星導(dǎo)航的新時空技術(shù)和服務(wù)產(chǎn)業(yè)，拓展出一大批萬物互聯(lián)的新興產(chǎn)業(yè)群。我們認為在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域GNSS芯片的技術(shù)創(chuàng)新將成為永恒的命題。高精度GNSS芯片不僅推動衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，也為終端和系統(tǒng)集成提供支持，是整個產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在固有的脆弱性和限制。導(dǎo)航信號必須穿越大氣層和電離層，受氣象條件變化的影響；同時，建筑物和地形可能導(dǎo)致信號反射，使接收到的信號經(jīng)歷多次傳播。此外，頻譜分配問題和相鄰頻段干擾也對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成挑戰(zhàn)。這些問題使衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)不容易在各種環(huán)境下保持高可用性，對國家基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅。GNSS數(shù)據(jù)接收設(shè)備需解決距離數(shù)千公里的衛(wèi)星問題，但不能預(yù)測接收到哪顆衛(wèi)星的信號。相對運動、時鐘漂移等因素使信號的匹配變得復(fù)雜，而噪聲使信號檢測困難。干擾信號進入會進一步加劇問題。因此，GNSS芯片需要采用多種算法，如多維矩陣運算、內(nèi)存優(yōu)化、非差推導(dǎo)、電離層處理等，以減小干擾對定位的影響。盡管衛(wèi)星導(dǎo)航下游不同應(yīng)用的用戶終端設(shè)備存在一定差異，但各類終端的共同點即裝載了衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊以及天線等器件。衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊方面，其包括芯片、板卡等元器件。技術(shù)發(fā)展上具體涉及低成本(LC)、提高靠干擾技術(shù)(RTID)、發(fā)展終端與高精度定位的實時動態(tài)測量(RTDM)、等技術(shù)。在高精度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端中，定位模塊及高性能天線價格較高，導(dǎo)致價格成為高精度終端推廣受阻的重要原因。目前，國產(chǎn)高精度板卡在國內(nèi)的市占率仍然較低，成本成為制約高精度定位產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵因素，因此國內(nèi)高精度板卡降低成本是主要的發(fā)展方向之一；同時衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用中的無人系統(tǒng)對衛(wèi)星導(dǎo)航精度、可靠性及智能性具有較高要求，涉及到衛(wèi)星導(dǎo)航終端接收機的抗干擾技術(shù)，與高精度定位的實時動態(tài)測量和環(huán)境智能化技術(shù)。天線方面，作為北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，天線的特性將直接影響到設(shè)備終端的信號質(zhì)量與重量體積。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展，集成天線技術(shù)發(fā)展集中在高精度、高增益和小型化上。具有高介電常數(shù)、低介電損耗、近零溫度系數(shù)等特點的微波介質(zhì)陶瓷材料技術(shù)是以后的發(fā)展趨勢。同時，由于高性能天線價格較高，也是制約高精度定位產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵因素，因此低成本也是衛(wèi)星導(dǎo)航天線方面的重要發(fā)展趨勢。3.3.衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈情況衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同樣可以分為三大核心組成部分：空間段、地面段和用戶段。在用戶段中，可以進一步將其劃分為上、中、下三個流程。上游的基礎(chǔ)組件是確保產(chǎn)業(yè)獨立自主的核心環(huán)節(jié)，主要包括基帶芯片、射頻芯片、板卡和天線等關(guān)鍵部件，是整個產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)基礎(chǔ)可控、國產(chǎn)化最關(guān)鍵的部分。中游則著重于終端和系統(tǒng)的整合，承載著衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能，與用戶體驗高度相關(guān)，是產(chǎn)業(yè)增長的主要領(lǐng)域。而下游則提供針對各種行業(yè)應(yīng)用的解決方案和運營維護服務(wù)。在產(chǎn)業(yè)鏈方面，衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)屬于衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的下游領(lǐng)域，具體為衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。目前，除了航天科技、航天科工集團、中科院等相關(guān)國有企事業(yè)單位外，大量私營企業(yè)也開始積極參與，導(dǎo)致市場競爭日益激烈。我國的衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成了相對完整的內(nèi)部循環(huán)。產(chǎn)業(yè)鏈的上游部分包括關(guān)鍵的自主可控基礎(chǔ)組件，主要包括基帶芯片、射頻芯片、板卡、天線等。中游部分是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涵蓋了終端設(shè)備的集成和系統(tǒng)的綜合構(gòu)建。下游部分則包括提供各種解決方案和運維服務(wù)，以滿足多個行業(yè)的需求和應(yīng)用。在北斗產(chǎn)業(yè)鏈中的各家上市公司中，由于產(chǎn)業(yè)鏈的完整性和綜合能力的提升，極少數(shù)公司僅專注于產(chǎn)業(yè)鏈的某一環(huán)節(jié)。相反，大多數(shù)公司都會擴展到至少兩個相鄰環(huán)節(jié)。一些公司，例如合眾思壯、北斗星通和海格通信，采取了全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋的戰(zhàn)略。我們認為，在全球政治不確定性和經(jīng)濟反全球化的背景下，北斗的發(fā)展對于我國衛(wèi)星導(dǎo)航自主化至關(guān)重要。鑒于中美之間的貿(mào)易關(guān)系波動，北斗作為國內(nèi)自主創(chuàng)新的代表，具有重要的戰(zhàn)略價值。北斗最初是為軍事應(yīng)用而設(shè)計的，軍事市場的訂單量大，利潤空間廣，這有助于反向推動國內(nèi)軍工行業(yè)的崛起和發(fā)展。4.衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的發(fā)展遙感這一術(shù)語由美國海軍研究局的EvelynL.Pruitt在20世紀60年代提出。在《衛(wèi)星遙感技術(shù)》一書中，遙感被定義為一種不直接接觸目標(biāo)物體，而是通過各類傳感器捕獲目標(biāo)所發(fā)射和反射的電磁波信息，進而收集、處理和生成圖像，以實現(xiàn)對地面多種景象的探測和識別的綜合地面觀測技術(shù)。衛(wèi)星遙感是一種從高處利用傳感器檢測和接收目標(biāo)物體所發(fā)射和反射的電磁波信息，以識別物體的特性和空間分布，并通過遙感技術(shù)平臺對衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行分析和處理的方法，廣泛應(yīng)用于國防、自然資源管理、交通、氣象、海洋學(xué)、環(huán)境保護和應(yīng)急響應(yīng)等領(lǐng)域。衛(wèi)星遙感系統(tǒng)通常包括空間段的遙感衛(wèi)星以及地面段的地面設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)，而運載火箭、發(fā)射場以及測控系統(tǒng)為衛(wèi)星遙感系統(tǒng)提供必要的技術(shù)支持。衛(wèi)星遙感是航天遙感的一部分，依據(jù)載有遙感器械的平臺及運行高度的差異，將其與航空遙感區(qū)別開來。4.1.遙感衛(wèi)星的分類遙感衛(wèi)星主要分為光學(xué)遙感衛(wèi)星和雷達遙感衛(wèi)星兩類，其中，光學(xué)遙感衛(wèi)星具有較高的分辨率。雖然光學(xué)遙感衛(wèi)星的空間分辨率出色，但容易受到環(huán)境條件的影響，而雷達遙感衛(wèi)星具有全天候工作的能力，但其分辨率相對較低。光學(xué)傳感是衛(wèi)星傳感中最常見的類型。這種傳感器能夠捕捉人眼可感知的波長范圍內(nèi)的光線以及附近紅外線的光線。光學(xué)傳感通常被視為一種被動技術(shù)，因為它依賴于從地球表面反射的光線。衛(wèi)星傳感器能夠在多種電磁波頻率范圍內(nèi)檢查地球表面，提供豐富的觀測數(shù)據(jù)。另一方面，雷達遙感則是一種主動技術(shù)。在這種技術(shù)中，傳感器向地球發(fā)射微波，然后記錄這些微波在其接收器上的反射情況，以分析地球表面的特性。這種方式在觀測功能方面提供了廣泛的可能，能夠在不同的環(huán)境和條件下獲得關(guān)于地球表面的重要信息。4.2.大氣的散射和大氣窗口在傳播過程中，輻射遇到微小粒子會導(dǎo)致其傳播方向的改變，并使輻射向多個方向散布。散射與吸收有所不同，它僅改變了輻射的傳播方向，而不會將輻射轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。大氣散射是太陽輻射衰減的主要因素，而且散射主要在可見光區(qū)域發(fā)生。對于遙感圖像而言，散射降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，導(dǎo)致圖像模糊不清。太陽輻射在照射地面并反射回傳感器的過程中需二次穿越大氣層。在照射地面時，散射增加了漫反射的成分，影響了反射的入射成分；在返回傳感器時，除了反射光外，還有散射光進入傳感器。這種二次影響增加了信號中的噪聲成分，從而降低了遙感圖像的質(zhì)量。大氣發(fā)生散射主要有三種：瑞利散射(當(dāng)電磁波通過具有比波長小得多的粒子時)為??<<??；米氏散射(當(dāng)電磁波通過具有與其波長差不多的粒子時)為??≈??；非選擇性散射(當(dāng)電磁波通過具有比波長大得多的粒子時)為??>>??。太陽輻射抵達地表后，會發(fā)生三種主要現(xiàn)象：部分被反射、部分被吸收，還有一部分透過地表。這意味著地表接收到的太陽輻射能量可以分為三部分，即反射能量、吸收能量和透射能量。在遙感記錄中，我們主要關(guān)注地表反射的太陽輻射能量。通常情況下，大多數(shù)物體對可見光波段都不會產(chǎn)生透射效應(yīng)，但一些物質(zhì)，如水，在特定波長范圍內(nèi)表現(xiàn)出較強的透射能力，特別是0.45~0.56um的藍綠光波段。一般水體的透射深度可達10~20m，而在清澈的水體中，透射深度甚至可達100米。此外，地表吸收太陽輻射后會升高到約300K的溫度，從而產(chǎn)生自身的熱輻射，其峰值波長位于9.66um，在長波段，即6um以上的熱紅外區(qū)域，具有明顯的特征。反射作用指的是在可見光和近紅外波段(0.3~2.5um)中，地表物體自身的熱輻射幾乎可以忽略不計，而主要是由地物反射太陽輻射而產(chǎn)生的波譜。透射作用則表示太陽輻射穿透地表并透過一定深度，這種現(xiàn)象稱為透射。在自然界中，大多數(shù)地物對可見光波段幾乎沒有透射能力；對于紅外波段，只有具備半導(dǎo)體特性的地物具有一定的透射能力；而微波波段的電磁波具有較明顯的透射能力，其透射深度取決于微波的波長。另外，水體在可見光波段表現(xiàn)出相對較強的電磁波透射能力。物體反射率隨波長變化的特性被稱為地物反射光譜特性。這個特性可以通過以波長為橫軸、地物的光譜反射率為縱軸，繪制在平面坐標(biāo)系中的曲線來表示，這個曲線被稱為反射波譜曲線。同一種物體的波譜反射曲線在不同波段展示不同的反射率。將這些曲線與遙感傳感器接收的輻射數(shù)據(jù)在相應(yīng)波段上進行對比，有助于識別遙感數(shù)據(jù)與地物之間的關(guān)系和規(guī)律。4.3.衛(wèi)星遙感成像的基本原理遙感技術(shù)通常使用綠光、紅光和紅外光這三個波段進行探測。綠光波段通常用于檢測地下水、巖石和土壤的特性，紅光波段用于監(jiān)測植物的生長、變化以及水污染等情況，而紅外波段則用于探測土地、礦產(chǎn)和資源。此外，微波波段也被應(yīng)用于氣象云層和海底魚群等的探測。因此，衛(wèi)星遙感的基本原理是將能夠感測物體電磁波特性的傳感器安裝在衛(wèi)星平臺上，然后將收集到的電磁波按照一定規(guī)則轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)，形成遙感影像。這些遙感影像被地面站接收后，通過一系列的數(shù)據(jù)處理和分析，可以提供給不同的用戶用于各種應(yīng)用。傳感器是一種用于收集、探測和記錄地物的電磁波輻射能量的裝置，它是遙感技術(shù)的核心組成部分。傳感器的性能包括對電磁波段的響應(yīng)能力、空間分辨率、圖像幾何特性以及獲取地物電磁波信息的量和可靠程度等，這些性能決定了遙感的效能。傳感器通常由以下四個主要組成部分構(gòu)成：收集器：它負責(zé)捕獲來自地物的電磁波能量。例如，航空攝影機的透鏡和掃描儀的反射鏡都屬于收集器的一部分。對于多波段傳感器，還需要進行分光處理，將光分解成不同波長的波段范圍。探測器：這是傳感器的關(guān)鍵部分，它將收集到的輻射能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或電能。探測器可以包括攝影感光膠片、光電管、光電倍增管、光電二極管、光電晶體管等光敏感應(yīng)元件，以及碲化銦、碲鎘汞、熱敏電阻等探測元件。處理器：處理器用于對探測器輸出的化學(xué)或電信號進行處理。這包括膠片的顯影和定影，以及電信號的放大、濾波、調(diào)制、變換等操作。輸出器：輸出器負責(zé)輸出獲得的圖像和數(shù)據(jù)，使其可供進一步分析和使用。輸出器可以是攝影膠片、磁帶記錄儀等設(shè)備。這些組成部分協(xié)同工作，使傳感器能夠有效地捕捉地物的電磁波輻射信息，從而實現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的獲取和應(yīng)用。4.4.遙感衛(wèi)星的分類及成像方式攝影成像攝像機可以分為以下幾種類型：1.分幅式攝像機：這種攝像機一次曝光就能夠獲得目標(biāo)的一幅影像。視場角越大，地面覆蓋范圍也越廣闊。2.全景攝影機：全景攝影機有幾種不同的類型，包括縫隙式攝影機和鏡頭轉(zhuǎn)動式全景攝影機。3.多光譜攝影機：這種攝影機有以下特點：能夠直接獲取可見光和近紅外范圍內(nèi)若干個波段的影像。分為多相機組合型(將多架相機組裝在一個外殼上，每架相機配置不同的濾光片和膠片，以獲取同一地物不同波段的影像)、多鏡頭組合型(在同一架相機上安裝多個鏡頭，配以不同波長的濾光片)、光束分離型(使用一個鏡頭，通過二向反射鏡或光柵分光，將不同波段的影像記錄在各焦平面上)等不同類型。4.數(shù)碼攝影機：數(shù)碼攝影機的成像原理和一般攝影機相似，結(jié)構(gòu)也類似，不同之處在于數(shù)碼攝影機的記錄介質(zhì)不是感光膠片，而是光敏電子器件，如CCD(電荷耦合器件)。掃描成像掃描成像是一種通過探測器和掃描鏡逐點、逐行地對目標(biāo)地物進行采樣的方法，以獲取目標(biāo)地物的電磁波輻射特性信息，并生成一定譜段的圖像。高光譜遙感成像包括空間維度成像和光譜維度成像?？臻g維度成像是通過飛行平臺的平動和搭載于飛行平臺上的成像光譜儀以一定的工作模式來實現(xiàn)的。常用的工作模式包括擺掃型和推掃型。擺掃型有時被稱為聚焦模式(Spotlight)或跨軌掃描儀(CrossTrackScanners)。它通過使用一個“鏡子”來反射光線到一個探測器上，并且這個“鏡子”會來回移動，以收集從一個像素上測量的數(shù)值。然而，這種移動部件成本較高，且容易受損。擺掃式的掃描方向與飛行路徑垂直，每次采集一個像素的數(shù)據(jù)。推掃式，有時也稱為沿軌跡掃描儀(AlongTrackScanners)，使用的探測器安裝在垂直于航天器飛行方向的位置。當(dāng)飛行器向前移動時，推掃式可以一次采集一行圖像數(shù)據(jù)(如下圖所示)。與擺掃式相比，推掃式接收的信號更強，因為擺掃式在一個像素內(nèi)的曝光時間較長，但在同一時間內(nèi)只能采集一個像素的數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致了接收的信號較弱。然而，推掃式的不同探測器可能具有不同的敏感性，如果沒有正確校準，可能會導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)條紋噪聲。目前，主流的傳感器通常采用推掃式成像方式。掃描成像的方法可以分為以下三種：1.光/機掃描成像：這種方法一般在掃描儀的前部裝有光學(xué)鏡頭，并通過機械旋轉(zhuǎn)裝置使鏡頭擺動，以實現(xiàn)成像。2.固體自掃描成像：固體自掃描成像采用固定的探測元件，通過遙感平臺的運動來對目標(biāo)地物進行掃描成像。3.高光譜成像光譜掃描：高光譜遙感利用大量連續(xù)的波段(通常是幾十到上百個)和非常窄的波長范圍(通常為5-10nm)的光譜數(shù)據(jù)，對地面物體進行遙感成像，以便探測和識別地物的類別、組分以及其他細節(jié)特征。高光譜遙感具有以下兩個顯著特點：高光譜分辨率：波長范圍小且包含眾多波段，使其具有較高的光譜分辨率；圖譜合一(又稱為譜像合一)：在獲取大量目標(biāo)的窄波段連續(xù)光譜圖像的同時，獲得每個像素幾乎連續(xù)的光譜數(shù)據(jù)。微波遙感微波傳感器是一種技術(shù)，通過它可以獲取目標(biāo)地物發(fā)射或反射的微波輻射，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與解讀來實現(xiàn)地物的識別。微波遙感具有以下特點：可以實現(xiàn)全天時、全天候的觀測，因為微波波長較長，微波輻射受到的散射較小，適用于各種天氣條件；具有強大的穿透能力，能夠穿透冰、雪、森林、土壤等物質(zhì)；在海洋遙感領(lǐng)域有特殊應(yīng)用價值，因為微波能夠穿透云層，且其波長適合于觀測海面上的動態(tài)情況，如海風(fēng)和海浪；微波遙感的分辨率較低，但測量精度較高；根據(jù)傳感器的工作方式，微波遙感可以分為主動遙感和被動遙感。1.主動微波遙感主動微波遙感是一種通過向目標(biāo)地物發(fā)射微波信號并接收目標(biāo)向后散射的信號來進行地觀測的遙感方法，其主要使用的傳感器是雷達。①雷達雷達(Lidar)是一種用于測距和定位的產(chǎn)品，它主要操作在微波頻段。雷達可以分為兩種主要類型：成像雷達和非成像雷達，而成像雷達又可以進一步細分為真實孔徑雷達和合成孔徑雷達。雷達是一種傳感器，其工作原理是通過發(fā)射機天線將高功率電磁波脈沖在極短的時間內(nèi)發(fā)射向目標(biāo)地物，然后使用同一天線接收目標(biāo)地物反射的回波信號，然后對這些信號進行處理和顯示。不同的物體反射的回波信號在振幅和相位上都有所不同，經(jīng)過接收和處理后，雷達可以測量出目標(biāo)地物的方向、距離等數(shù)據(jù)。②側(cè)視雷達側(cè)視雷達的工作方式是將其天線與傳感平臺的運動方向形成一定角度，使其傾斜安裝朝向一側(cè)或兩側(cè)。這種安裝方式使側(cè)視雷達生成的圖像更具有立體感。側(cè)視雷達具有兩個獨特的屬性，分別是距離分辨力和方向分辨力。距離分辨力是指側(cè)視雷達通過分析回波信號的時間延遲確定不同目標(biāo)之間的距離差異，從而提供了目標(biāo)位置的準確信息。方向分辨力表示側(cè)視雷達可以通過分析回波信號的入射角度確定目標(biāo)相對于傳感平臺的位置，進而提供目標(biāo)的方向信息。③合成孔徑雷達合成孔徑雷達(SAR)是一種高分辨率成像雷達技術(shù)，能夠在極低能見度的氣象條件下獲得與光學(xué)相機相似的高分辨率雷達圖像。其工作原理是通過利用雷達與目標(biāo)的相對運動，采用數(shù)據(jù)處理方法將較小的真實天線孔徑合成成一個較大的等效天線孔徑的雷達，因此也被稱為綜合孔徑雷達。合成孔徑雷達具有以下顯著特點：高分辨率：合成孔徑雷達能夠提供出色的圖像分辨率，允許捕捉目標(biāo)地物的精細細節(jié)。全天候工作：與光學(xué)傳感器不同，合成孔徑雷達不受天氣和光照條件的限制，可在各種天氣條件下穩(wěn)定運行，確保了可靠的遙感觀測。偽裝物體識別和掩蓋物穿透：合成孔徑雷達能夠有效地識別偽裝和穿透掩蓋物，使其在軍事偵察、地質(zhì)勘探和自然災(zāi)害監(jiān)測等應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。高方位分辨力：合成孔徑雷達在方位(即目標(biāo)在水平方向上的位置)上具有高分辨力，能夠準確測量和識別目標(biāo)的位置和移動。2.被動微波遙感被動微波遙感是一種不直接生成圖像的遙感技術(shù)，而是利用微波輻射計和微波散射計來接收目標(biāo)地物發(fā)射的微波輻射，以實現(xiàn)對地物的觀測和探測。微波輻射計主要用于測量目標(biāo)地物發(fā)射的微波輻射，這些輻射包含了關(guān)于地物本身的信息，例如溫度、濕度、云層屬性等。通過對這些微波輻射的測量和分析。微波散射計則主要用于測量微波輻射在目標(biāo)地物上的散射特性。地物表面的微波輻射會受到地表特征、植被、濕度等因素的影響，通過微波散射計的測量，可以研究地表的特性和變化，包括土壤濕度、植被覆蓋、地表粗糙度等。被動微波遙感技術(shù)雖然不同于傳統(tǒng)的光學(xué)遙感，但在全天候觀測、穿透云層和植被等方面具有獨特的優(yōu)勢，因此在地球科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測和氣象學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為我們更深入地了解地球提供了有力的工具。4.5.典型的遙感衛(wèi)星星座1.Landsat美國NASA的陸地衛(wèi)星(Landsat)計劃，早期稱為地球資源技術(shù)衛(wèi)星(ERTS)，自1972年7月23日起已成功發(fā)射8顆衛(wèi)星(第6顆發(fā)射失敗)。截至目前，Landsat1至Landsat4已經(jīng)陸續(xù)失效，而Landsat5則于2013年6月退役。Landsat7于1999年4月15日成功升空，而Landsat8則于2013年2月11日成功發(fā)射升空，并在經(jīng)過了100天的測試運行后開始正式獲取影像數(shù)據(jù)。LandSat衛(wèi)星運行在近極地、近圓形的太陽同步軌道，其軌道高度約在700至900公里之間。這些衛(wèi)星的軌道傾角約在98.2度(對于LandSat4、5、7、8、9)和99.125度(對于LandSat1、2和3)之間。它們的軌道周期大致在99到103分鐘每圈之間變化。而重復(fù)周期為18天(對于LandSat1、2和3)和16天(對于LandSat4、5、7、8和9)，這意味著它們在這個時間間隔內(nèi)會經(jīng)過相似的地球位置，以確保時間序列的一致性。2.SPOT衛(wèi)星自1978年以來，法國與歐洲共同體的比利時、瑞典等國家合作，共同設(shè)計和制造了一系列名為"地球觀測實驗系統(tǒng)"(SPOT)的衛(wèi)星，也被稱為"地球觀測實驗衛(wèi)星"。迄今為止，已經(jīng)成功發(fā)射了7顆這樣的衛(wèi)星。“SPOT”這個名稱源自法文短語“SystemeProbatoired'ObservationdelaTerre”，意為地球觀測系統(tǒng)。SPOT衛(wèi)星運行在距離地球表面約832公里的近極地軌道，這是一個近圓形太陽同步軌道，其軌道傾角為98.7度。SPOT衛(wèi)星經(jīng)過赤道時刻通常是地方時上午10：30。它們的回歸天數(shù)(重復(fù)周期)為26天。由于采用傾斜觀測策略，因此實際上可以在4到5天內(nèi)對同一地區(qū)進行多次觀測。SPOT衛(wèi)星搭載了高分辨率可見光掃描儀(HRV)傳感器，這是一種基于CCD推掃式掃描的儀器。在HRV的焦平面上，每條掃描線由6,000個線性排列的CCD探測元件組成。除了單顆衛(wèi)星的觀測能力外，SPOT6、SPOT7、Pleiades1A和1B(Pleiades星座由法國航天公司CNES和法國國防部合作開發(fā)的高分辨率地球觀測衛(wèi)星)四顆觀測衛(wèi)星可以組成一個四星星座。這四顆衛(wèi)星位于同一個軌道平面上，彼此之間相隔90度，因此整個星座具備每日兩次的重訪能力。這意味著不僅可以獲取SPOT衛(wèi)星提供的大幅寬范圍型數(shù)據(jù)，還可以使用Pleiades衛(wèi)星的0.5米分辨率數(shù)據(jù)進行更詳細的地表描述，以滿足各種地球觀測需求。從SPOT1到SPOT7，光譜分辨率和波段數(shù)量逐漸增加，同時根據(jù)應(yīng)用需求對光譜進行更精確的劃分。在空間分辨率方面，有了巨大的進步，從最初的10米級分辨率提高到了更精細的米級分辨率，而每單位長度的CCD單元數(shù)量也從6000增加到了12000。此外，在傳感器層面上，SPOT衛(wèi)星從最初的單一傳感器逐漸發(fā)展為多源、集成式的傳感器系統(tǒng)，這些傳感器能夠融合不同波段和不同分辨率的數(shù)據(jù)，以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域的需求。3.高分系列衛(wèi)星中國的高分系列衛(wèi)星是"高分專項"的一部分，旨在提供高分辨率的地球觀測數(shù)據(jù)。這個專項項目是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》中確定的16個重大專項之一。在專項項目啟動并實施了9年之后，已經(jīng)成功發(fā)射了7顆民用高分衛(wèi)星，它們包括高分一號、高分二號、高分三號、高分四號、高分五號、高分六號和高分七號。這些衛(wèi)星分別具備不同的觀測能力和特點，例如高分一號擁有高分辨率的寬幅觀測能力，高分二號具備亞米級全色觀測能力，高分三號擁有1米分辨率雷達觀測能力，而高分四號具備同步凝視能力，高分五號則專注于高光譜觀測，高分六號用于陸地應(yīng)急監(jiān)測，高分七號則具備亞米級立體測繪能力。這一系列衛(wèi)星的初步構(gòu)建了一個穩(wěn)定運行的中國高分衛(wèi)星遙感系統(tǒng)。目前，高分一號至高分七號衛(wèi)星在軌運行正常，高分一號和高分二號衛(wèi)星已經(jīng)達到了它們的5年設(shè)計壽命要求。盡管已經(jīng)運行了一段時間，但這些衛(wèi)星仍然正常工作，并且預(yù)計在可預(yù)見的未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)繼續(xù)為地球觀測提供寶貴的數(shù)據(jù)。高分七號(GF-7)是中國的一顆民用亞米級光學(xué)傳輸型立體測繪衛(wèi)星，具有設(shè)計壽命長達8年。該衛(wèi)星搭載了雙線陣立體相機和激光測高儀等先進的有效載荷，標(biāo)志著亞米級立體測繪相機技術(shù)的重要突破。它的任務(wù)是獲取高空間分辨率的光學(xué)立體觀測數(shù)據(jù)和高精度激光測高數(shù)據(jù)。高分七號衛(wèi)星的分辨率非常高，不僅能達到亞米級水平，而且具備目前國內(nèi)最高水平的定位精度。這使得它能夠輕松地拍攝出高質(zhì)量的3D影像。高分七號將為中國乃至全球的地形和地貌制圖提供精度在1米以內(nèi)的高質(zhì)量立體地圖數(shù)據(jù)，為多個領(lǐng)域的應(yīng)用提供支持和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。高分系列衛(wèi)星涵蓋了多種不同類型的觀測能力，包括全色、多光譜和高光譜觀測，配備光學(xué)和雷達傳感器，軌道類型涉及太陽同步和地球同步軌道。這一系列衛(wèi)星構(gòu)建了一個多功能的對地觀測系統(tǒng)，具備高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率的能力，以滿足各種地球觀測需求。4.6.太空經(jīng)濟新引擎：遙感衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈衛(wèi)星遙感是從高空通過傳感器探測及接收來自目標(biāo)物體所輻射及反射的電磁波信息，從而識別物體的屬性及其空間分布等特征，并通過遙感技術(shù)平臺獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行分析處理的技術(shù)，衛(wèi)星遙感廣泛應(yīng)用于國防、自然資源、交通、氣象、海洋、環(huán)保、應(yīng)急等領(lǐng)域。2022年，中國遙感衛(wèi)星發(fā)射數(shù)為105個，遙感衛(wèi)星發(fā)射增速顯著且應(yīng)用場景廣泛，商業(yè)化潛力大。伴隨空間分辨率及光譜波段數(shù)不斷提升，用戶對高分辨率遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量及數(shù)量要求日益提高，同時政策層面開始逐步放開并支持衛(wèi)星遙感行業(yè)商業(yè)化發(fā)展，預(yù)計近十年內(nèi)衛(wèi)星遙感服務(wù)行業(yè)將呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢。從長期發(fā)展趨勢來看，隨著衛(wèi)星發(fā)射成本逐漸降低及衛(wèi)星遙感技術(shù)日漸成熟，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及平臺的成本有望不斷降低，衛(wèi)星遙感行業(yè)未來市場規(guī)模有望迎來爆發(fā)式增長。我國的衛(wèi)星遙感應(yīng)用起步于上世紀70年代，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，已逐漸滲透到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，培育出一系列具有廣闊市場前景的新興產(chǎn)業(yè)，成為我國戰(zhàn)略性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。衛(wèi)星遙感應(yīng)用不僅在我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮重要作用，還在各級政府深入貫徹科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建和諧社會、關(guān)注民生、提高公共管理和公共服務(wù)水平等方面發(fā)揮越來越重要的作用。隨著我國地理信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，衛(wèi)星遙感信息服務(wù)的市場需求也將持續(xù)快速增長。2015年我國遙感衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模為56.1億元，到2022年增長至130.8億元，年復(fù)合增速達12.85%。我國衛(wèi)星遙感應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，衛(wèi)星遙感已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土、水利、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境、測繪、交通、氣象、海洋、地球科學(xué)研究等方面得到廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)在我國國土資源大調(diào)查、西氣東輸、南水北調(diào)、三峽工程、三河三湖治理、退耕還林、防沙治沙、交通規(guī)劃與建設(shè)、海岸帶監(jiān)測及海島測繪及區(qū)域經(jīng)濟調(diào)查管理等重大工程建設(shè)和重大任務(wù)中發(fā)揮了不可替代的作用。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)作為主要的態(tài)勢感知資料，在下游各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。這一產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的衛(wèi)星制造和基站建設(shè)，中游的數(shù)據(jù)采集和處理，以及下游的多領(lǐng)域行業(yè)應(yīng)用。具體而言，上游部分包括政府、企業(yè)和軍隊的衛(wèi)星建設(shè)和基站建設(shè)，中游部分則包括商業(yè)運營商和政府運營商的數(shù)據(jù)接收和處理，而下游則提供多領(lǐng)域的增值服務(wù)，如戰(zhàn)場感知、氣象觀測、海洋監(jiān)測、國土資源測繪等，廣泛應(yīng)用于特種和民用領(lǐng)域。遙感衛(wèi)星是我國在軌工作衛(wèi)星中數(shù)量最多的一類，可根據(jù)具體應(yīng)用進一步分為氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星以及海洋衛(wèi)星。氣象衛(wèi)星：我國的風(fēng)云氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)已經(jīng)基本形成，且國策精度不斷提高、業(yè)務(wù)能力日趨增強。隨著經(jīng)濟和技術(shù)的不斷發(fā)展，氣象服務(wù)、環(huán)境保護、資源開發(fā)等領(lǐng)域?qū)πl(wèi)星觀測的需求也在不斷增長。陸地衛(wèi)星：自1999年發(fā)射第一顆傳感型陸地資源衛(wèi)星一號以來，我國已陸續(xù)發(fā)射了超過10顆陸地資源衛(wèi)星，具備可見光、紅外線、合成孔徑雷達(SAR)等多種觀測能力。我國還開發(fā)了大、中、小等多個系列的陸地衛(wèi)星，并建立了衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的地面處理系統(tǒng)，形成了較完整的陸地資源衛(wèi)星監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。全球遙感衛(wèi)星的趨勢則是“更快、更廣、更精細”：2013年DigitalGlobe發(fā)射了拍攝分辨率46cm的GeoEye，2016年發(fā)射的WorldView4號衛(wèi)星，分辨率達到了30cm。我國市場上分辨率低于2米的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用中，我國陸地衛(wèi)星光學(xué)圖像暴露出了譜段數(shù)量少、輻射定標(biāo)精度不高等短板，影響了其在地物參量定量反演方面的應(yīng)用，在可反演參量類型、參量反演精度及數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準化等方面均與國外存在較大差距。當(dāng)前國內(nèi)衛(wèi)星圖像輻射定量應(yīng)用研究仍較多依賴中等分辨率成像光譜儀(MODIS)、先進甚高分辨率輻射計(AVHRR)等國外圖像數(shù)據(jù)。海洋衛(wèi)星：近年來，我國已制定了長期的自主海洋衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃，發(fā)展了海洋水色、海洋動力環(huán)境和海洋監(jiān)視監(jiān)測三大系列海洋衛(wèi)星，逐步建立以我國自主衛(wèi)星為主導(dǎo)的海洋空間監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。然而，在海洋領(lǐng)域的觀測仍存在一些不足，如海面高度測量和海面風(fēng)速測量的限制。為解決這些問題，我國計劃在未來繼續(xù)研制和發(fā)射新一代海洋水色衛(wèi)星、新一代海洋動力環(huán)境衛(wèi)星、鹽度衛(wèi)星、1米分辨率的C-SAR衛(wèi)星、高時間分辨率的靜止軌道海洋衛(wèi)星等。未來的發(fā)展趨勢包括提高海洋水色衛(wèi)星的光譜分辨率和信噪比、增加觀測要素、改進觀測的時空分辨率，同時發(fā)展小時級高時間分辨率的靜止衛(wèi)星海洋水色觀測技術(shù)。新一代海洋動力環(huán)境衛(wèi)星將增加海面高度和海浪譜觀測功能，發(fā)展全極化微波散射計和海洋鹽度計，以實現(xiàn)對海洋溫度、鹽度、流速、浪高、海面風(fēng)速等動力環(huán)境多要素的精細觀測。另外，還計劃發(fā)射高分辨率SAR業(yè)務(wù)化極軌衛(wèi)星，發(fā)展靜止衛(wèi)星SAR觀測技術(shù)以用于海洋監(jiān)視監(jiān)測。5.受益于政策支持，衛(wèi)星遙感市場規(guī)模有望持續(xù)擴大衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈下游的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用主要以衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理與信息提取、提供具體應(yīng)用場景相關(guān)解決方案的服務(wù)為主。目前，伴隨國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃中的遙感衛(wèi)星體系穩(wěn)步推進，以及商業(yè)衛(wèi)星遙感的蓬勃發(fā)展，我國的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取能力呈現(xiàn)質(zhì)量齊升之勢，但在衛(wèi)星遙感下游應(yīng)用中，遙感圖像處理系統(tǒng)平臺作為衛(wèi)星遙感應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵工具，已經(jīng)逐漸成為制約自主衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用和空間信息業(yè)務(wù)發(fā)展的重要因素之一。戰(zhàn)爭對遙感技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了推動作用，第一次世界大戰(zhàn)促使遙感技術(shù)由地面向空中延伸，同時激發(fā)了紅外技術(shù)探測的萌生；第二次世界大戰(zhàn)進一步推動了遙感技術(shù)的發(fā)展，使其應(yīng)用范圍擴展至更高更遠的領(lǐng)域，并促進了雷達技術(shù)的進步；冷戰(zhàn)時期，超級大國之間的激烈競爭推動了空間技術(shù)的飛速發(fā)展，為遙感技術(shù)的突破提供了關(guān)鍵條件。根據(jù)UCS的數(shù)據(jù)，截至2022年底，我國在軌遙感衛(wèi)星數(shù)量達到332顆，居全球第二位，僅次于美國的499顆。國內(nèi)的地球觀測衛(wèi)星體系包括“高分”、“風(fēng)云”、“海洋”、“資源”等多個國家核心衛(wèi)星，用于日常觀測和應(yīng)急觀測任務(wù)。此外，還借助商業(yè)衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)如“北京”、“吉林”、“高景”、“巢湖”等來填充和增強核心衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的覆蓋與能力。國家政策大力支持和引導(dǎo)衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)發(fā)展：國務(wù)院《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出打造國產(chǎn)高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星運營服務(wù)平臺，采用政府和社會資本合作(PPP)模式推進遙感衛(wèi)星等建設(shè)，推進商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展和衛(wèi)星商業(yè)化應(yīng)用?！笆奈濉币?guī)劃中提出打造全球覆蓋、高效運行的通信、導(dǎo)航、遙感空間基礎(chǔ)設(shè)施體系，將衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列入頂層規(guī)劃，衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)步入現(xiàn)代化的全新發(fā)展階段。當(dāng)前我國衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)的市場需求由政府主導(dǎo)，市場規(guī)模持續(xù)擴大據(jù)共研網(wǎng)數(shù)據(jù)，2015-2022年中國遙感衛(wèi)星行業(yè)市場規(guī)模由56.1億元增至130.8億元，CAGR達12.86%。我國衛(wèi)星遙感商業(yè)化空間較大：據(jù)UCS數(shù)據(jù)，截至2022年12月，我國遙感衛(wèi)星商業(yè)化率為32%，相比全球79%的水平仍有較大提升空間。資本大量涌入遙感衛(wèi)星領(lǐng)域，推動商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)展。據(jù)泰伯智庫不完全統(tǒng)計，2022年中國商業(yè)航天賽道融資總額超過113億元，其中衛(wèi)星遙感融資額達28.1億元，占比25%，是融資總額第二多的領(lǐng)域，僅次于火箭發(fā)射。我國擁有一完整的衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)鏈，但面臨上游衛(wèi)星制造和發(fā)射成本高昂的挑戰(zhàn)，以及下游應(yīng)用市場未完全開發(fā)的問題。遙感衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈由上游的衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射和地面設(shè)備制造企業(yè)組成，中游的遙感衛(wèi)星運營商、數(shù)據(jù)增值和應(yīng)用企業(yè)，以及下游的各行業(yè)客戶構(gòu)成。我國衛(wèi)星制造和發(fā)射的高成本問題仍然顯著，而下游應(yīng)用市場主要集中在軍隊和政府領(lǐng)域，B端和C端應(yīng)用市場尚未充分開發(fā)，制約來了衛(wèi)星遙感行業(yè)的發(fā)展。然而，我國已經(jīng)積累了豐富的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源，隨著上游數(shù)據(jù)成本的下降以及衛(wèi)星遙感技術(shù)在下游市場的不斷滲透，數(shù)據(jù)增值和應(yīng)用企業(yè)有望實現(xiàn)顯著的增長。我們認為國內(nèi)遙感市場具有巨大的潛力，雖然目前市場結(jié)構(gòu)分散，但是上下游之間存在互相滲透的機會，從而有望提高行業(yè)的集中度。遙感數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)主要關(guān)注國產(chǎn)化的近程。目前，在國內(nèi)遙感圖像處理基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域，主要的參與者包括美國Harris公司(ENVI)、美國ESRI公司(ArcGIS)、加拿大PCI公司(PCIGeomatica)、美國Google公司(GoogleEarthEngine)以及中國的航天宏圖(PIE)。隨著政府鼓勵衛(wèi)星應(yīng)用軟件國產(chǎn)化的政策逐漸實施，國內(nèi)遙感圖像處理基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域有望取代進口產(chǎn)品，推動國產(chǎn)化進程。根據(jù)軍隊信息化建設(shè)提速背景，國內(nèi)特種遙感軟件行業(yè)有望受益于以下因素：(1)各軍種戰(zhàn)場感知能力不斷迭代升級；(2)戰(zhàn)場感知需求逐漸下沉到單兵武器裝備；(3)各軍種戰(zhàn)場感知信息融合加速發(fā)展。我們認為，隨著戰(zhàn)場環(huán)境的不斷復(fù)雜化和感知需求的細化，各軍種的戰(zhàn)場感知能力需要不斷升級，這將推動特種遙感軟件行業(yè)的擴容。戰(zhàn)場中，新型作戰(zhàn)力量如無人裝備和導(dǎo)彈等的重要性不斷提升，同時，戰(zhàn)場電磁環(huán)境等也變得更加復(fù)雜。在這種趨勢下，各軍種的戰(zhàn)場感知能力必然需要不斷升級，這將推動特種遙感軟件行業(yè)的快速發(fā)展；同時戰(zhàn)場感知需求逐漸向單兵武器裝備下沉，這是未來的趨勢。參考美國軍隊的信息化建設(shè)，戰(zhàn)場感知需求從指揮系統(tǒng)逐漸下沉到單兵裝備。這種趨勢表明，特種遙感軟件的滲透率將提高，從而為行業(yè)帶來廣闊的增長空間。我國在遙感數(shù)據(jù)處理和信息提取技術(shù)方面已取得顯著進展。然而，仍需要解決遙感數(shù)據(jù)定量化的問題，以及信息提取技術(shù)中的知識驅(qū)動和數(shù)據(jù)驅(qū)動方法論的融合；國內(nèi)的遙感數(shù)據(jù)處理平臺相對滯后，需要在新型計算架構(gòu)、全面性、和二次開發(fā)能力等方面不斷提升；同時國內(nèi)需要建設(shè)更先進的遙感數(shù)據(jù)云平臺，以滿足多領(lǐng)域的大規(guī)模云計算需求。鑒于我國國民經(jīng)濟建設(shè)對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的自主可控性的潛在需求巨大，因此需要在遙感圖像處理平臺的技術(shù)研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用方面采用國產(chǎn)衛(wèi)星資源，構(gòu)建符合全球標(biāo)準和規(guī)范的產(chǎn)品和技術(shù)體系。此過程需要充分整合通信、導(dǎo)航、網(wǎng)絡(luò)、GIS等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)成果，建設(shè)高性能和智能化的實用軟件工具和平臺，以提供更廣泛、更深入的業(yè)務(wù)服務(wù)。通過逐步拓展和完善市場機制，建立可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力。在下游應(yīng)用領(lǐng)域，目前在國內(nèi)遙感應(yīng)用領(lǐng)域的主要參與者可以分為四種類型：1)像航天世景、航天泰坦這樣的航空航天科技下屬國有企業(yè)；2)類似中科星圖、中科天啟這樣的科研院所和高校孵化企業(yè)；3)民營企業(yè)如航天宏圖、二十一世紀等；4)衛(wèi)星中心下屬企業(yè)，如國測星繪、華云氣象等。我們認為衛(wèi)星遙感領(lǐng)域未來上游和下游之間的相互滲透將是不可避免的趨勢。上游企業(yè)為了更好地變現(xiàn)，可能會將服務(wù)范圍延伸到下游。同時，為了鎖定數(shù)據(jù)成本、提高市場競爭力，下游企業(yè)也可能投資發(fā)射衛(wèi)星。那些能夠深耕核心業(yè)務(wù)、打造競爭壁壘的企業(yè)將獲得更多的市場份額?；谶@些趨勢，行業(yè)的集中度有望加速提升。我們認為，得益于技術(shù)升級與應(yīng)用生態(tài)相結(jié)合，國內(nèi)遙感領(lǐng)域有望催生出平臺型巨頭企業(yè)。隨著地理信息應(yīng)用對時效性和精度等方面的要求不斷提高，衛(wèi)星遙感應(yīng)用將從靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)，潛在用戶群體逐漸擴大。能夠提供更快速、更高效服務(wù)的企業(yè)將有機會迅速擴大市場份額；衛(wèi)星遙感應(yīng)用越來越分散化，需要平臺型企業(yè)提供數(shù)據(jù)、計算能力和算法，提供接口和便捷服務(wù)，進一步擴大應(yīng)用生態(tài)；疫情加速了行業(yè)的洗牌，有助于促進市場的集中度提升。6.衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化不斷提速，萬億市場蓄勢待發(fā)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈下游的應(yīng)用及運營以軟件+數(shù)據(jù)服務(wù)為主要商業(yè)模式，多家公司自建星座系統(tǒng)，以提升運營與應(yīng)用服務(wù)能力。商業(yè)模式上，中科星圖、航天宏圖等以軟件為主要驅(qū)動，同時開拓數(shù)據(jù)服務(wù)等業(yè)務(wù)；航宇微、長光衛(wèi)星等側(cè)重于提供相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。近年來，世紀空間、長光衛(wèi)星等已經(jīng)參與建設(shè)星座，在產(chǎn)業(yè)鏈上游實現(xiàn)卡位；航天宏圖通過定增募投進行分布式干涉SAR遙感衛(wèi)星發(fā)射，可不