商业航天优秀成果 l 基于低轨卫星的"星地一体"导航增强系统
火眼位置数智科技服务有限公司致力于成为低轨卫星导航增强的高精度定位服务运营商。公司于2019年成立,注册资本7946.13万元,公司拟通过在1100公里的轨道高度发射 44 颗小型卫星进行组网,提供全球覆盖的厘米级高精度导航增强服务。作为战略基础设施,将为海量的物联网终端、自动驾驶和智能网联汽车、无人飞行器、智慧城市市政设施、应急防灾减灾监测、测绘测量、农业无人农机、手机、可穿戴设备及其它消费类电子产品等领域提供厘米级高精度定位服务。
火眼位置数智科技服务有限公司(以下简称“火眼位置”)投资建设运营的低轨卫星“星地一体”导航增强系统是未来诸多新兴产业发展的前沿性战略基础设施,是正在培育和成长的新质生产力项目,对拉动上下游产业、促进经济转型及高质量发展都具有重要意义。
火眼位置将在1100公里轨道高度发射44颗小卫星(单星重量100公斤左右),形成覆盖全球的高精度定位卫星网络。卫星播发导航增强信号给全球海量终端用户,用户为此付费。
1.研发设计创新
火眼位置低轨卫星导航增强系统在星座设计上,与传统卫星定位系统不同。例如,采用更多数量的低轨卫星组成星座,能够实现更密集的全球覆盖。这是因为火眼位置低轨卫星轨道高度较低(约1100公里),相比中高轨卫星,信号传播延迟更小,能够更及时地向地面终端发送导航增强信号。同时,火眼位置长期深耕低轨星座构型保持技术,提出了独立知识产权的《基于参数偏置的低轨构型保持技术》,当前已有一项发明专利授权和三项软著授权技术应用,星座基于参数偏置方案,寿命期内无需进行卫星轨道机动,保障导航增强业务不会产生中断。
2.技术应用创新
火眼位置低轨卫星导航增强系统中的高精定位算法部分采用了PPP-RTK技术, 创新地融合了精密单点定位与实时动态技术。它在网络改正数生成与播送方式上进行创新,利用多参考站数据生成更精确改正数。在模糊度固定策略上,结合 PPP 长距离观测与 RTK 差分信息,采用更稳健方法。因此系统整体具有快速收敛特性,适用于快速定位场景;广域覆盖且应用灵活,在多领域有广泛前景;增强了可靠性与稳定性,能应对复杂环境。
3.生产制造创新
低轨卫星由于其轨道较低,对卫星的体积和重量要求相对灵活,这使得卫星的生产可以朝着小型化方向发展。通过采用先进的微机电系统(MEMS)技术,将卫星的各种组件(如惯性测量单元、通信模块等)小型化。这种小型化卫星便于批量化生产,降低了卫星的制造成本。与传统的大型卫星相比,生产效率更高。
4.运营维护创新
建立“星地一体”的运维模式是低轨卫星高精定位系统运营维护的创新之处。在地面建立控制中心,通过通信链路与卫星进行实时交互。地面控制中心可以对卫星进行远程控制,如轨道调整、设备重启等操作。同时,利用地面的监测站网络对卫星信号进行接收和监测,将地面数据与卫星传输的数据相结合,全面掌握卫星的运行状态。
5.经营管理创新
火眼位置基于低轨卫星的“星地一体”导航增强系统将探索多种多样的创新商业模式。一是采用数据服务收费模式,向用户(如交通、物流、测绘等行业)提供高精度的定位数据,根据数据的精度、使用时长、使用量等因素收取费用。二是与硬件制造商合作,将定位芯片等硬件与数据服务捆绑销售,为用户提供一站式解决方案。三是开展基于位置运营数据的增值服务,如为高价值终端或资产提供位置监控运营服务,为消费者创造新的体验,同时开辟新的收入来源。
成果优势
1、精度优势
火眼位置已于2021年成功发射一颗试验卫星,并完成两次成功的工程化验证,技术已经得到验证,定位精度可实现5-10厘米。
2、频率优势
火眼位置是国内低轨导航增强领域唯一获得L频率的民营企业,并已完成国内审批和国际电联公示。通过沿用全球四大导航系统信号播发的L波段频率,可与现有产业生态和定位终端产品对接友好,终端里的导航芯片无需重新流片,只通过软件包植入即可接收火眼位置低轨星座的下发信号,实现高精度定位。无需重新建立生态、教育市场,可提供标准化的高精度定位产品和服务,市场推广成本低,可迅速形成巨大市场规模。
3、覆盖优势
火眼位置低轨卫星星座建设完成后,可实现对于全球的7x24小时导航增强信号覆盖,可有效避免传统地基导航增强服务需10公里建设一个基站,无法覆盖偏远地区、海洋、沙漠、国外等区域的困难。
4、容量优势
火眼位置组建覆盖全球的高精度定位卫星网络,用卫星广播式单向播发信号,可大大避免地基导航增强服务面临的并发容量局限,以低成本服务千行百业的海量终端。低轨星基高精度定位系统是未来万物互联场景下的高精度位置服务终极解决方案。
5、成本优势
传统地基导航增强服务由于覆盖和容量的限制,需要投入大量资金用于地基的建设以满足足够的区域覆盖,同时,大量的地基建设也带来了巨大的运维投入。相比地面基站需要几百人做全国范围内的地面站维护,火眼位置空间段建成后只需几十名地面运营人员对卫星进行管控,整体成本会大大降低。
应用领域
在交通领域,为自动驾驶车辆提供分米级甚至厘米级的实时位置信息,助力车辆精准行驶和安全导航,也能优化网约车接送服务。
在物流行业,可精确跟踪货物运输车辆位置,保障偏远地区运输安全和效率。
在低空经济领域,能为低空飞行器提供精准定位,确保飞行安全与高效调度。助力物流无人机实现精准配送,拓展城市低空物流新渠道。促进通用航空发展,提升飞行服务品质,推动低空经济迈向新高度。
对建筑物而言,能及时发现倾斜、沉降等异常,为安全评估和维护提供可靠依据。对于设备设施,如道路、桥梁等,可精确监测形变情况,预防潜在故障。不受地形和环境限制,实现广域覆盖监测,为基础设施的安全稳定运行保驾护航。
于农业领域,实现精准播种、施肥和灌溉等操作。在海洋渔业中,为船舶提供稳定可靠的定位服务。
在工业物联网场景,和物联网及5G技术融合,精准定位让巡检设备准确到达目标位置,减少误差。实时监测巡检路线,确保高效覆盖。及时发现异常,提升巡检的智能化水平和准确性,保障设施安全稳定运行。
针对应急救援,利用低轨卫星导航增强可迅速确定受灾位置和范围,为政府决策提供精准信息。在应急救援中,助力指挥中心高效调度救援力量,其不受地面条件限制,即使在偏远地区也能保证定位精度,确保政府全面掌握应急情况,及时采取有效措施,最大程度减少灾害损失,保障人民生命财产安全和社会稳定。
项目成效
现有北斗系统实时定位精度一般只有米级,面对未来新兴产业,如自动驾驶,精准农机、低空经济、智能手机、可穿戴设备等领域,高精度定位将成为普适性的需求。
火眼低轨星座是卫星导航的基础设施,高精度运营服务处于卫星导航产业的中游,能带动应用端导航芯片、天线、终端产品结构件、高精度终端制造等产业,对服务端的算法软件、应用软件(地图导航、网约车、生活服务、车道级高精度导航、红绿灯读秒、定位查询、绿灯导航、共享位置保平安、驾车巡航模式等高精度的应用)、自动驾驶、低空经济等产生推动和牵引。
1.专业(测量测绘)市场商业价值
2023年国内市场高精度应用终端280万台,国产化程度超过80%;产值从2010年的11亿元增长到2023年的214亿元,年复合增长率超过25%;主要应用在精密测绘、高精度车载导航和高精度车载地图等测量测绘车辆、测量无人机等行业。
2.行业市场商业价值
交通、电力、自然资源管理、石油石化、农业、气象、水利、林草、生态、教育、旅游、金融、卫生与健康、通信、体育、广电等,单北斗各行业千万级用户国产化换装进行中;
交通行业,仅“两客一危”(大客车、公交车和危化品车辆)和货车保有数量3千万辆,强制加装行车记录仪,需要北斗+GPS换成单北斗模式;未来出于干线运输智能化、车辆精细化安全管理等方面考虑,高精度将成为“两客一危”车辆的标配;(火眼位置已成为中国智慧交通人工智能联盟的成员)。
国家管网有十万公里输油管线,对厂区内工作人员、危化品车辆、重要装置的定位监控、输油管线巡检等都需要高精度定位服务,2024年已有2.4亿元预算用于采购巡检手持机,火眼联合联通数科已经中标1000台北斗巡检手持终端,未来还有1万台采购需求。
电力行业,截止2023年底,南方电网自建617座北斗定位基准站组成高精度服务网,在无人机自主巡检、输电线塔杆地灾监测、现场抢修和应急通信等16个场景应用高精度定位服务,已完成12万台北斗终端部署;火眼位置与国网思极(国家电网位置服务公司)已达成在新疆3万台无人机自主巡检、国家电网巴西输电线塔杆巡检业务的框架协议。
另外,国家能源集团、中国石油、中国石化在油气勘探开发、智能油气田、智能矿山等领域均已部署上百万台的北斗终端,高精度定位服务已成为行业标配。
诸如上述的十几个大行业、大场景对于星基提供的高精度定位服务需求迫切,市场前景无限广阔。
3.大众市场价值
导航定位已经融入到大众生活的日常之中,在智慧出行、智慧交通、智慧医疗和智慧体育等多种生活场景得到广泛的应用。
乘用车方面,2023年全国乘用车销量为2600万辆,2023年全国新车高精度定位系统搭载量为80万辆,同比增长150%。2024年配备高精度的车辆将达到260万辆,渗透率将达到10%。目前火眼与国内最大高精度定位设备提供商导远电子(高精度市场占有率80%)已形成合作意向,向导远电子提供基于低轨星基的全球化高精度定位服务,助力中国车企出海。
两轮车(个人和共享的自行车和电动车)方面,我国保有量为3.7亿辆,2023年国内电动两轮车销量已到达5600万辆。未来北斗高精度定位模块将成为电动自行车新国标的强制安装项,以解决安全监控、乱停乱放等社会难题。对两轮车加强管理和规范化发展而言,廉价及好用的高精度产品势在必行。火眼位置与美团进行过充分沟通,其对于共享车辆、无人配送场景的高精度定位服务需求强烈。
可穿戴设备方面,2023年我国可穿戴设备出货量为1.4亿台,同比增长16.7%,具有定位功能的4200万台;高精度目前已经在儿童手表、老年人定位手环、运动鞋中使用,并逐步成为普适性标配应用。在物联网终端领域,火眼正在与某电信运营商及芯片厂商进行通导一体的物联网模组的联合研发,该模组将搭载火眼位置的低轨星基导航信号,广泛应用于物联网行业。
2023年全球智能手机出货量为11.7亿部, 国内智能手机为2.76亿部,其中2.69亿部手机带有导航定位功能,占比98%。火眼位置正在与华为、小米进行技术交流和对接。
(转自:北京物联网智能技术应用协会)