卫星通信行业应用（卫星通信行业深度报告）

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1. 空天信息产业迎来黄金十年

信息技术产业已经走过主机时代、互联网时代、移动互联时代，现已进入空天信息时代。空天信息产业 是迈入全互联时代涌现的前沿新兴信息产业形态，也是支撑产业和社会数字转型的重要产业，更是引领全球经济发展主线的重要基础设施。空天信息产业是移动互联时代之后的新阶段。

以卫星通信、卫星遥感、卫星导航为代表的太空领域是军用和民用发展的重点领域，空天信息已广泛应用于国家安全、经济建设和大众民生的诸多领域，不仅具有军民共用的特点，也拥有巨大的市场价值。在军事上空天信息网络甚至可以起到类似战略导弹的致命拦截作用。空天信息网络面向政府和公众可提供六项典型场景应用：应急救灾保障、信息普惠服务、移动通信服务、航空网络服务、海洋信息服务、天基中继服务。

空天信息产业的政策环境越来越友好。从政策上看，我国鼓励空天信息产业的发展大致有两条主线：其一为相关政策从规划卫星制造到规划整体的空间基础设施建设；其二为鼓励商业航天大力发展，鼓励民营资本参与到建设。此外，航天法已经列入全国人大立法计划，力争在未来 3-5 年出台。从各类相关政策可知，国家在顶层设计方面已为空天产业蓬勃发展奠定了良好的基础，同时结合航天任务的规划数量和航天技术及基础设施的不断完善，我国空天信息产业已进入了发展的黄金十年。

1.1 建设通导遥一体的空天信息网络成为我国迫切需求

近年来，我国地面和空间信息网络建设已取得瞩目发展。截至 2018 年 12 月底，中国网民规模达 8.29 亿人，互联网普及率达到 59.6%，已经基本建成了覆盖全国的地面网络；航天技术发展也取得了巨大成就，以北斗卫星导航系统和高分辨率对地观测系统为代表的国家空间信息基础设施取得长足进步，截至2018 年 12 月底，我国在轨卫星数量已超过 200 余颗，已经初步建成了通信中继、导航定位、对地观测等系统，通导遥融合发展态势基本形成；空天信息的全面性、灵活性、时效性和准确性大幅提升，定时、定位和遥感观测的综合应用服务日益丰富。

但随着国民经济飞速发展和各类新兴技术的普及，我国对空天信息也有了更高层次的需求。覆盖面上， 我国对导航、遥感等天基信息的需求覆盖范围已从国内拓展到全球；在速度上，对空间信息的获取－传输－处理的响应速度趋向实时化，对海量天基信息的传输－处理－分发的时效性提出了新的要求。要实现天基信息全天时、全天候、全地域服务于每个人的目标，根本上解决现有天基信息系统覆盖能力有限、响应速度慢、体系协同能力弱的问题，亟需构建更为强大的卫星通信、导航、遥感一体天基信息实时服务系统。

国防方面，武器装备的飞速发展和作战模式的改变也为空天信息提出了更高层次的需求。从反导的角度 来看，战争中反导的难度已越来越大。以超高音速导弹为例，提升防御超高音速的导弹的成功率需要在发展准备阶段就密切跟踪，这便需要防御方拥有足够强大的空天信息网络。我们可以从美国太空发展局（SDA）提交的预算草案可以窥见当前空天信息网络与军事需求之间存在的巨大差距。据美国航天新闻网 10 月 7 日报道，根据美国太空发展局计划 2021～2025 财年投资 110 亿美元，用以部署军用大型卫星星座：“国防太空架构”（NDSA）。110 亿美元预算主要分为两大部分：5.82 亿美元为基线预算，用于 NDSA 路线图开发以将国防部现有太空项目融入 NDSA，同时用于导弹防御传输层传感器的研究和样机开发；106 亿美元用于“卫星层”建设，用于研究、设计、开发与测试大型军用卫星星座。

1.2 空天地一体化信息网络逐渐形成

20 世纪80 年代至90 年代，美国成功部署了跟踪数据中继卫星(Tracking and Data Relay Satellite，TDRS)系统，TDRS 被称为“卫星的卫星"，其中，多址链路是TDRS 的重要组成部分，美国的TDRS 多址链路技术演变分为三个阶段：

第一代 TDRSS 系统的多址体制采用空分多址结合码分多址方式，星上采用一个 S 频段多址相控天线， 具有 30 个阵元，全部用作接收阵列，发射阵列山其中的 12 个具有收发双工性能的阵元承担，在通信过程中，只需 24 个接收阵元、8 个发射阵元即可达到TDRSS 通信要求。系统采用空分多址和码分多址方式，在一个波束内的用户采用伪噪声码分多址技术，每个信道最大速率可达到 50kb/s。其空分多址的波束形成是在地面完成的，各个人线单元接收到返向链路的信号，经过低噪放等处理过程送给星上处理器， 并将信号频分复用（频点间隔设置为 7.5MHz 后形成中频信号，再通过上变频处理将信号从 K 频段传输下去送给地面基站，在地面接收到多个阵元的信号进行波束形成；

第二代 TDRSS 系统星上采用的多址天线为 S 频段六角形相控阵模式，并且因为星上形成波束，天线增益提高约 6dB，返向链路为 32 条，前向链路为巧条，系统增强了多址业务返向能力，占用 2.0G~2.3Ghz 波段进行多址访问，前向链路的数据传输率为 300Kbit/s，并能以传输速率 3Mb/s 同时接收五个用户星的信息；

空天信息网络第三代 TDRSS 完成了空间对接、高覆盖率和返回着陆等方面的卫星测控任务，并能够做到对于图像信号的实时传输，关于其多址链路技术，最近美国提出了按需接人的第三代中继卫星地面合成方案，第三代多波束合成方案采用地面接收 DBF 多波束合成技术，可以满足更多用户按需接址的通信要求。

2. 同步轨道卫星和地面通信有固定限制，低轨通信卫星更适合现代通信

同步轨道卫星（GEO）在地球赤道上空 35786km 的圆形轨道运行，卫星绕地球运行周期与地球自转同步，卫星与地球之间处于相对静止的状态。为保证卫星与地球同步运作，卫星只能被发射到赤道轨道面的特定高度，致使可容纳卫星数有限且信号不能覆盖极地地区。由于轨道高度过高，同步轨道卫星的波束覆盖区大，使频谱利用率低。同步轨道卫星通信延迟差达到 250ms，和地面基站相比大大增加。另外， 地球同步轨道卫星的发射困难，技术复杂；由于许多发射卫星的国家没有赤道附近领土，不可能在赤道上建立卫星发射场，因此卫星要经过几次的轨道变换才能成功，难度大大增加。加上地球同步轨道卫星体积大，重量大，发射时间长，使发射成本高。

同时地面通信系统覆盖范围小的多，4G 基站覆盖范围为 1-3km，而 5G 基站覆盖范围仅为 100-300 米， 基站建设和运营成本很高。此外，建设基站易受到地形和环境影响，在环境恶劣的沙漠、海洋、极地等地区地面通信系统建设成本高昂，无法实现全球覆盖。

低轨小卫星一般指高度在 500 到 1500 公里范围内，重量在 1000kg 以下的现代卫星。对用户而言，轨道高度的降低使通信延时缩短，数据传输率提高。由于低轨卫星可以不受地形和环境限制，因此与传统地面基站通信相比覆盖范围大大提升，可以真正做到全球无缝接入。低轨卫星传输损耗小的特点使用户终端小型化成为可能。对运营商而言，卫星体积小、重量轻，发射成本和同步轨道卫星相比大大降低。另外低轨卫星系统频谱利用率高最大单向传输延时和最大延时差和地球同步轨道卫星相比都大大减少， 与地面传输手段的延迟较为接近。虽然目前低轨通信卫星仍存在需要卫星数量多、维护困难等问题，但随着以技术手段的进步和以 Space X 公司为代表的可重复使用运载火箭的开发，低轨卫星的发射和管理成本将大大降低。

3. 低轨通信卫星技术趋于成熟

3.1 困扰早期以铱星星座为代表的低轨卫星系统的技术壁垒逐渐消除

“铱星”星座系统是美国摩托罗拉公司于 1987 年提出的一种利用低轨道星座实现全球个人卫星移动通信的系统，它与现有的通信网相结合，可以实现全球数字化个人通信。“铱星系统”区别于其他卫星移动通信系统的特点之一是卫星具有星间通信链路，能够不依赖地面转接为地球上任意位置的终端提供连接， 因而系统的性能极为先进、复杂，这导致其投资费用较高。星座的构型为玫瑰星座，卫星均匀部署在南北方向 677km 高的 6 条极轨近圆轨道上，轨道倾角为 86.4°。每颗卫星载有 3 个 16 波束相控阵天线， 其投射的多波束在地球表面形成 48 个蜂窝区。每颗卫星拥有 4 条 Ka 频段的星间通信链路，两条用于建立同轨道面前后方向卫星的星间链路，星间距离 4021~4042km；两条用于建立相邻轨道面间卫星的通信链路（仅适用于纬度 68°以下地域），星间距离 2700~4400km。异轨道面间链路的天线可根据加载到卫星上的星历信息进行指向调整，波束宽度足以适用纬度控制和卫星位置保持的容差。卫星在轨重量320kg，工作寿命 5~8 年。

由于低轨卫星通信系统也存在固有的缺点，如需要卫星数量较多，由此带来地面控制、维护系统比较复杂，对通信而言，影响较大的问题是波束切换和星间切换。低轨卫星相对地球高速运动，使得终端在通信过程中需要频繁的切换到其他波束或卫星上才能继续通话，即使当时设计方案最完整最有前景的的铱星系统仍无法克服：

技术方面，受当时设备性能制约，系统切换掉话率高达 15％，严重影响通话质量，并且数据传输速率仅有 2.4kb/s，其最小切换时间间隔 10.3 秒，平均切换时间间隔 277.7 秒。由于早期低轨卫星通信系统的带宽资源不能满足切换呼叫最低的带宽要求铱星系统在运行初期的切换成功率只有 85%，经过改进后仍然只有 92~98%，与陆地移动通信系统的切换掉话率不高于 0.05%的指标相差甚远。

1） 成本方面，铱星系统需要在获得第一笔订单之前就建成全部系统，风险很高，而地面通信网络的建设可以逐步进行，可以在回收一部分投入之后逐步扩建系统；

2） 系统能力方面，铱星在系统设计时确实先进，但此后蜂窝电话发展极其迅速，待到铱星服务之后， 技术已经落后，铱星电话的笨重、室内无法使用、通话的可靠性和清晰性低的缺点凸现出来。

但随着近二十年来通信技术、微电子技术的飞速发展，通信系统信号处理能力、通信带宽不断提升，从目前仍在运行的铱星二代、全球星等低轨卫星通信系统使用情况来看，困扰早期铱星系统的掉线率高等技术问题已经得到有效解决，为低轨卫星通信的普及应用扫清了障碍。

3.2 空天信息产业链迅速发展助力成本降低

在卫星制造成本和发射成本高居不下的时代，低轨道卫星星座不具备经济可行性。然而，随着技术的进步，卫星的体积、质量、成本逐年下降，可靠性、集成度逐年提升。加之近年来，越来越多的企业（包括民营企业）涌入中小型运载火箭行业，使得火箭发射供给快速提升，成本大幅下降。在此环境下，低轨道小卫星星座的大规模部署初步具备先决条件。

1） 火箭发射成本

美国航天探索公司 Space X，目前已经成功开发出可重复使用的猎鹰 1 号、猎鹰 9 号、重型猎鹰等可重复使用的运载火箭和拥有载人能力的龙飞船。公司可回收火箭近期发射屡获成功；2020 年 1 月 30 日，SpaceX 公司用“三手火箭”将第四批共 60 颗星链卫星送入轨道，随着公司技术的不断发展，猎鹰 9 号火箭单次发射成本大大降低，使更多低轨小卫星被送入太空成为可能。

未来，随着以 Space X 为代表的商业可重复使用运载火箭的开发，可以使猎鹰 9 运载火箭的单次发射成本稳定在 3000 万美元左右；按照每次发射 60 颗近地小卫星计算，单颗星链卫星的发射成本将降低到每颗 50 万美元左右，成本大大降低。

2） 小卫星制造成本

另外，同步轨道卫星寿命一般在 10-15 年，而低轨小卫星寿命在 5-8 年，较短的寿命决定了小卫星较高的更换频率。随着卫星发射技术的进步，使以 Space X 为代表的商用卫星发射公司成为可能，而越来越多的企业进入航天领域，又进一步促进了卫星和发射技术的升级，从而形成了一种“技术进步降低成本→更多力量参与研发生产→技术进步进一步降低成本”的正向循环。

3） 整体通信系统建设成本

根据 Wind 数据，2019 年中国 4G 用户规模为 12.1 亿户，目前中国境内 4G 平均网速是 3.61M/s；截至2019 年 5 月，全国共建成 437 万个 4G 基站，每个基站可供最多 500 终端接入；中国三大运营商在 4G 网络上的建设至少在 8000 亿规模。随着 5G 的应用，每个 5G 基站建设费用约是 48 万元；而由于 5G 基站覆盖范围仅为 100-300 米，远远小于 4G 基站的 1-3km 范围，建设成本会比 4G 更高。

根据《美国典型小卫星项目创新管理模式分析》，每颗 180kg 的LEO 小卫星发射价格约是 495 万美元， 300kg 小卫星价格约是 695 万美元。以星链计划为例，Space X 计划发射的 12000 颗 260kg 近地小卫星总共发射成本约是 873.5 亿美元，约合人民币 6060 亿元，小卫星寿命一般为 5-8 年。据 Space X 执行总裁马斯克透露，每 60 颗星链卫星可同时支持 40000 用户终端（每颗卫星支持 600 终端接入）以最低 25M/s 的速度使用。从我国 4G 基站与 Space X 低轨小卫星几个指标对比可以看出其发展前景：

未来，随着以 Space X 为代表的商业可重复使用运载火箭的开发，可以使猎鹰 9 运载火箭的单次发射成本稳定在 3000 万美元左右；按照每次发射 60 颗近地小卫星计算，单颗星链卫星的发射成本将降低到每颗 50 万美元左右，成本大大降低。

3.3 低轨卫星市场规模巨大，前景广阔

根据全球互联网统计信息（Internet World States）最新统计数据显示，2019 年全球互联网渗透率为58.8%，全球仍有约 31.8 亿人口没有被互联网普及。其中，亚洲和非洲占据了全球 72.1%的人口但互联网渗透率分别只有 54.2%和 39.6%，低于全球互联网渗透率的平均水平。照此计算，仅亚非两个大洲就拥有 27.4 亿未“互联”人口，约占全球互联网未普及人数的 86%。由于地面基站易受地形和环境制约，这些地面信息系统无法覆盖的地区和人口将是卫星通信广阔的市场空间。未完成互联网建设的国家主要是 因为1.人口密度低，建立基站不合算2. 人口密度高却缺少资金。但是由于联合国的网速统计标准是256K， 因此即使是被互联网覆盖的 41.2%的人口中，仍有部分人口仍处于 2G 和 3G 之间。根据联合国统计数字，2018 年 3 月份到 2019 年的 3 月份，互联网在非低收入国家，渗透率只增长了 1%，在低收入国家， 渗透率只增长了 0.8%；因此现有的全球互联网建设遇到了瓶颈期，很难再有很大提升。因此，低轨卫星成为当前刚需。

2020 年 1 月 14 日，欧洲咨询公司发布了最新的卫星制造与发射服务分析报告《2028 年前卫星制造与发射》报告。报告预测，卫星市场将在卫星数量、价值和质量上发生根本性的变化，制造和发射的卫星数量将增加 4.3 倍，平均每年发射 990 颗卫星，而前十年平均每年发射 230 颗卫星。未来十年，该市场将达到2920 亿美元，比前十年增长28%，前十年的总收入为2280 亿美元。未来十年在Starlink、OneWeb、 Kuiper、Telesat LEO 和 O3b mPower 等宽带项目的驱动下，预计 LEO 和 MEO 星座占总需求的 77%； 低轨卫星市场规模巨大，前景广阔。

3.4 多家国外公司投入低轨卫星研发，市场竞争激烈

为打开全球未“互联”的 30 亿潜在市场，多家海外公司已投入低轨卫星通信的研发中。2015 年，在谷歌（Google）等互联网巨头的推动和支持下，一网公司（OneWeb）、太空探索公司（SpaceX）、三星、低轨卫星公司（Leosat）等多家企业提出打造由低轨小卫星组成的卫星星座，为全球提供互联网接入服务。提供互联网服务的卫星星座并不是一个新事物，20 世纪 90 年代开始不断涌现提供通信和网络服务的卫星星座。

如果按照卫星与地面通信的竞争合作关系对卫星互联网星座的发展阶段进行划分，主要可以分为 3 个历史阶段：

1）第1阶段（20世纪80 年代末至 2000 年）：以铱星（Iridium）、全球星（Globalstar）、轨道通信（Orbcomm）、“泰利迪斯” （Teledesic）和“天空之桥” （Skybridge）系统为代表，力图重建一个天基网络、销售独立的卫星电话或上网终端与地面电信运营商竞争用户。

第 2 阶段（2000—2014 年）：以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表，既为电信运营商提供一部分容量补充和备份，也在海事、航空等极端条件下的面向最终用户提供移动通信服务，与地面电信运营商存在一定程度的竞争，但主要还是作为地面通信手段的 “填隙”，规模有限。

1）第 3 阶段（2014 年至今）：以“另外 30 亿人”网络公司（O3bNetworks）为代表，为全球用户提供干线传输和蜂窝回程业务，地面电信运营商是其客户和合作伙伴，卫星网络成为地面网络的补充。

从 2014 年底至今，全球范围内至少提出了 6 个大型低轨卫星星座项目，其中最具代表性的主要有 3 家， 分别是 O3b 创始人格雷格·惠勒新创立的一网系统（OneWeb）；SpaceX 和特斯拉汽车创始人埃隆·马斯克（ElonMusk）提出的星链（Starlink）计划，计划发射约 12000 颗卫星组建低轨卫星通信系统：原天线设备供应商 Kymeta 公司创始人发展的 Leosat 系统。这三大主要计划的主要参数如下：

3.4.1 One Web（一网计划）

“ 一网”（OneWeb）卫星互联网星座由 OneWeb 公司提出，该公司由原 O3b 创始人格雷格· 惠勒（GregWyler）于 2014 年成立。OneWeb 计划打造由 650 颗低轨卫星组成空间卫星星座，为全球用户提供互联网接入服务。

OneWeb 在 2015 年 6 月吸引了维珍集团和法国雅利安太空公司的 5 亿美元投资，2016 年 12 月获得软银公司 10 亿美元投资，2019 年 3 月 18 日获得等公司 12.5 亿美元投资，截至目前公司已经累计获得 34亿美元融资。目前公司的投资方还包括国际通信卫星公司、可口可乐、休斯网络、高通、空中客车、维珍银河等商业巨头。

OneWeb 卫星重约 150kg，设计寿命 5 年，发射包络约为 1m x 1m x 1.3m，配备两个太阳能电池板， 采用电推进系统进行轨道机动、构型保持以及主动离轨，并使用 Ku 波段通信天线实现用户链路和 Ka 波段通信天线实现网关链路，可提供高仰角、优于 50ms 延时、宽带速率达 50Mps 的互联网接入服务。

OneWeb 的第一代低轨星座设计方案，包含 648 颗在轨卫星与 234 颗备份卫星，总数达 882 颗。这些卫星将被均匀放置在不同的极地轨道面上，距离地面 1200km 左右。卫星高速运动，不同卫星交替出现在上空，保障某区域的信号覆盖。公司正在考虑增加卫星数量，总数达到近2000 颗。开始运行后，OneWeb星座不仅能覆盖美国，亦能覆盖全球还没有连接互联网的农村边远地区。OneWeb 的目标是，到 2022年初步建成低轨卫星互联网系统，到 2027 年建立健全的、覆盖全球的低轨卫星通信系统，为每个移动终端提供约 50Mbps 速率的互联网接入服务。

2019 年 2 月，OneWeb 首批 6 颗互联网卫星成功升空，OneWeb 将在 2019 年秋天开始发射更多卫星。最终，OneWeb 计划将另外 1000 余颗卫星送入不同高度的太空中，该公司卫星总数有望达到 1980 颗。

3.4.2 Space X 星链（Starlink）计划

Space X，美国太空探索技术公司，是美国一家私人航天制造商和太空运输公司；截至目前Space X 已经成功开发出可重复使用的猎鹰 1 号、猎鹰 9 号、重型猎鹰等可重复使用的运载火箭和拥有载人能力的龙飞船。

2015 年 Space X 首席执行官埃隆.马斯克宣布推出通过近地轨道卫星群提供覆盖全球的高速互联网接入服务的星链（Starlink）计划；SpaceX 计划在 2019 年到 2024 年内将 4425 颗卫星送到轨道平面，组成小卫星互联网星座，并在全球范围内提供互联网接入服务，并在 2020 年代中期之前在三个轨道上部署接近 12000 颗卫星：首先在 550 千米轨道部署约 1600 颗卫星，然后是在 1150 轨道部署约 2825 颗Ku 波段和 Ka 波段卫星，最后是在 340 千米轨道部署约 7500 颗 V 波段卫星。

整个计划预计需要约 100 亿美元的支出。2020 年 1 月 30 日，Space X 成功发射了猎鹰 9 号火箭，将第四批共60 颗Starlink 卫星全部送入轨道，使得目前在轨卫星总数达到240 颗。每颗星链卫星重约260千克，起飞约一小时后，卫星到达约290 千米的高空，并开展相关测试。完成测试后，这批卫星将上升至550 千米的轨道运行。值得注意的是，此次发射还搭载了一组升级后的卫星，以便提高光谱效率和吞吐量。

每颗小卫星大约可覆盖半径为 1060km 的区域，覆盖面积大约为 350 万平方公里。Starlink 第一阶段共1600 颗小卫星部署完成后，就能提供覆盖全球的宽带服务；第二阶段 4425 颗卫星全部部署完成后， Starlink 系统能为全球个人消费者和商业用户提供全球范围最高 1Gbps 的低延时宽带服务。

SpaceX 已获准发射近 12000 颗卫星，并表示有兴趣再发射 3 万颗卫星。为了履行发射许可义务，Space X必须在未来五到六年内发射近 6000 颗卫星；公司计划今年进行多达 24 次 Starlink 任务。SpaceX 总裁兼首席运营官 Gwynne Shotwell 去年底确认，从今年开始，每隔 2-3 周 SpaceX 就会发射 60 颗卫星。到 2020 年底，SpaceX 计划完成 24 次卫星发射，发射数目累计达到 1440 颗。

3.5 天基互联网将成为 5G 的倍增器

2G、3G、4G、5G 甚至是未来的 6G 都属于地面无线通信技术，需要通过光纤将各个基站连接起来组成交互网络，难以建设基站的荒野就是移动通讯的盲区。全球超过 80%的陆地及 95%以上的海洋包括 5G 在内的移动通讯网络都无法覆盖。

移动通讯基站建设性价比的考量是限制互联网覆盖面的重要因素。以美国为例，该国人口密度低，基站间平均距离远，铺设光纤投入产出比低，限制了地面通信的覆盖。在中国，是国家巨额资金的投入将通信网络向农村等边缘地区延伸才有了全国 4G 覆盖率达到 99．7％的奇观。即便如此中国在海洋、沙漠、雪原、民航等领域仍处于互联网的空窗期这对于即将实现物联网时代来说是无法容忍的；想要实现无视地形的信号覆盖就必须改变信号覆盖的策略。

2013-2018 年我国在 4G 建设中三大运营商总投入超过 8000 亿元，而未来的 5G 建设花费将超万亿。5G 基站覆盖范围小、能耗巨大的特点决定其在人口密集的城市、乡村才有必要铺设；而天基互联网系统能够实现全球覆盖且无视地形和环境要素。因此我们预测未来天基互联网和 5G 将形成一种相辅相成、互相融合的关系：以 5G 为代表的地面基站负责人口稠密的城市和乡村，而天基互联网负责人口稀少、建设基站困难的地区，如天空、海洋和极地；可以预见，天基互联网将成为以 5G 为代表的地面基站的倍增器；未来 10 年天基互联网将进入高速发展期，全球无缝覆盖 WiFi 即将成为现实。

4. 中国全力加入低轨卫星竞争行列

目前世界各国在加紧争夺频率和空间资源的争夺，站在用户需求的和大国博弈的角度，目前低轨卫星的竞争类似之前的 GPS,一个国家一旦选择不去竞争，就很难再有机会赶超。

2018 年 11 月，我国科技部拟将“与 5G/6G 融合的卫星通信技术研究与原理验证”课题，列入国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”重点专项中，说明我国也已经认识到卫星通信在未来通信领域的重要性，表明卫星通信将在 5G/6G 通信时代有广阔的应用前景。目前我国低轨通信小卫星星座计划主要有航天科技集团的“鸿雁星座”和航天科工集团“虹云工程”。

鸿雁星座计划：全球低轨卫星移动通信与空间互联网系统也称“鸿雁星座”，由是航天科技集团负责建设和运营，落户重庆，是我国投资规模最大的国家级商业航天项目，主要依托东方红卫星移动通信有限公司开展建设和运营。鸿雁星座一期 60 颗卫星预计 2022 年建成由 60 颗卫星组成的通信网络并组网运营，填补中国目前尚无低轨卫星通信系统的空白。二期预计 2025 年完成建设，通过数百颗卫星构建“海、陆、空、天”一体的卫星移动通信与空间互联网接入系统，实现全球任意地点的互联网接入。鸿雁全球卫星星座通信系统将由 300 颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成，具有全天候、全时段及在复杂地形条件下的实时双向通信能力，可为用户提供全球实时数据通信和综合信息服务。“鸿雁星座”首颗试验卫星“重庆号”已于 2018 年底成功发射，并计划在明年 7 月再发射两颗试验卫星，对空间互联网系统关键技术进行在轨验证，对移动通信、宽带互联网、物联网、导航增强等功能进行示范验证，对商业模式展开积极探索。建成后鸿雁星座将实现信号全球无线覆盖，为“一带一路”等区域实现宽带窄带相结合的通信保障能力。

鸿雁卫星搭载有 AIS 载荷和 ADS-B 载荷，可AIS 载荷可在全球范围内接收船舶发送的 AIS 报文信息， 全面掌握船舶航行状态、位置、航向等动态和静态信息，实现对远海海域航行船舶的监控管理；ADS-B 载荷可从外层空间对全球航空目标进行位置跟踪、监视及物流调控，提供航空数据业务，可支持飞机前舱的安全通信业务，为航空器追踪及应急处理提供可靠的通信保障，增强飞行安全性及突发航空事故搜救能力。

虹云工程：虹云工程是航天科工二院目前主要推动的商业航天项目之一，也是航天科工集团公司“五云一车”（飞云、快云、行云、虹云、腾云和飞行列车）商业航天工程之一，是基于低轨卫星星座而构建的天地一体化信息系统。据航天科工二院方面介绍，卫星将在距离地面约 1000 千米的轨道上组网运行， 构建出星载宽带全球移动互联网络。整个计划部署完成后，将在“一带一路”，甚至全球实现随时随地按需的互联网接入，“届时无论身处何时何地，都能用上航天科工自主研发的„星链‟wifi，实现网络无差别的 全球覆盖，无论在海域还是无人岛，都能接上互联网，和外界保持通信流畅。”按照规划，整个“虹云工程”被分解为“1 4 156”三步：

第一步：2018 年底前，发射第一颗技术验证星，实现单星关键技术验证

第二步：“十三五”末即 2020 年底射 4 颗业务试验星组建小星座，用户可进行初步业务体验

第三步：“十四五”中期（2022 年左右），实现全部 156 颗卫星组网运行，完成业务星座构建。

2018 年 12 月 22 日，“虹云”工程首星“武汉号”在酒泉卫星发射中心成功发射，虹云工程第一步已经完成。

“虹云”工程首星首次将毫米波相控阵技术应用于低轨宽带通信卫星，能够利用动态波束实现更加灵活的业务模式。除通信主载荷外，虹云工程首星还承载了光谱测温仪和 3S（AIS/ADS-B/DCS）载荷，将实现高层大气温度探测和船舶自动识别系统（AIS）信息、飞机广播式自动相关监视（ADS-B）信息和传感器数据信息采集（DCS），实现通、导、遥的信息一体化。

5. 国内卫星产业链日益成熟，空天信息产业云管端终将崛起

5.1 国内航天和卫星产业链具备核心自主能力

1996 年长征三号搭载美国卫星发射失败后的合作调查被美国议员做文章，众议院政策委员会主席考克斯牵头下，考克斯报告在美国国会以近乎全票的优势通过,并直接促成了 1999 年美国国防授权治案将卫星及相关零部件全部禁止向中国出口,甚至任何包含美国元器件的卫星都严禁由中国的火箭发射升空。这项禁令直接导致刚刚成熟的中国对外发射业务基本退出国际市场-因为当时世界上主要的卫星制造商，几乎没有不采用美国元器件的。

但多年来我国航天产业自力更生，已经形成了完整的自主产业链。

航天产业链主要由卫星制造、卫星发射、卫星应用及运营和卫星地面设备四个部分组成。

第一部分卫星制造方面，主要包括卫星制造、部件及分系统制造和航天飞机、载人飞船、人造地球卫星和空间探测器。其中，在航天站、航天飞机等太空探索方面还应考虑能源供应问题，如太阳能电池板的开发。特别是星载计算机和 FPGA 等是卫星控制的核心，

第二部分卫星发射由发射服务、运载火箭服务和利用系统、逃逸系统、遥测系统和运载火箭控制系统组成。

第三部分卫星应用及运营方面，主要由遥感业务、航天飞行管理、卫星移动服务、卫星固定服务和消费服务五大部分组成。其中卫星移动服务包括移动数据业务和移动话音业务；卫星固定服务由转发器租赁和管理网络服务组成；消费服务由卫星电视、卫星音频广播和卫星宽带业务、上行发射站、星载转发器和地面接收站组成。

第四部分卫星地面设备方面，由网络设备和消费设备组成。在消费设备中的全球卫星导航定位系统中， 需要板卡、芯片、电子地图、接收机、天线、运营服务和导航系统。

而在整个卫星和航天产业链里面，航天五院能够提供多年发射成功经验证明的航天器制导、导航与控制（GNC）系统，推进系统，程控系统及其部件，特别轩宇智能的航天级 FPGA 和存储等核心部件。

康拓红外的子公司轩宇空间成立于 2011 年，业务范围已从智能测试与仿真系统延伸至多个领域；2017 年公司增加微系统及控制部组件业务，包括 SoC2008（宇航用片上的系统芯片）、四核 SoC2012 以及Si2115 星载计算机模块等。公司宇航芯片拥有完全自主产权，以实现国产替代，已批量应用于各类国产卫星系统。随着技术积累以及应用范围的不断拓宽，公司目前已形成了测控仿真、智能芯片、防务装备、宇航、智能装备和工业自动化六大产品体系。其中公司智能测试与仿真系统、微系统及控制部组件构成公司收入的主要来源。

而航天五院下属的中国卫星是是专业从事小卫星研制及卫星应用的航天高新技术企业。现已发展成为具有天地一体化设计、研制、集成和运营服务能力的产业化集团公司，形成了航天东方红、航天恒星等一系列国内外知名品牌。在小卫星及微小卫星研制方面，已成功开发了以 CAST968 平台为代表的多个系列小卫星和微小卫星公用平台，并成功发射了对地观测、环境监测、空间探测等不同用途的 10 余颗小卫星；在卫星地面应用系统及设备制造方面，拥有地面站系统集成、卫星导航、卫星通信、卫星遥感、信息传输与图像处理五大领域 20 多类产品，其中高动态卫星导航定位终端、无人机信息链、北斗系列卫星导航定位终端、静中通、动中通等产品在国内市场处于技术与份额双领先的地位；在卫星运营服务方面，已具备提供广播电视传输、移动位置服务、卫星定位与导航服务、数据采集与信息发布等多项运营服务的能力。

亚光科技作为 10 所和 25 所的核心部件供应商，其 TR 组件为我国航天事业保驾护航，受益于空天信息化发展，公司已经已批复 1 条宇航级生产线、在为国家重点工程、武器列装的大型配套时，具有较强的

竞争力。其与 25 所成立的联合实验室未来有望在空天信息化方面做出更多贡献。

5.2 北斗和高分成为我国空天信息化自主的标杆，卫星通信成为通导遥一体化的发展重点

5.2.1 北斗三号组网成功，国产化下游应用全面铺开

2020 年北斗迎来全球组网，北斗应用全年铺开。北斗卫星导航系统是国家重要的时空基础设施，典型的自主可控和军民融合产业。随着北斗卫星导航系统全球部署，北斗卫星导航系统模式发生了根本改变。从以前仅仅用于卫星导航系统定位、导航扩展到现在各种社会应用，如位置感知的综合数据云智慧城市、战场自动化感知及战场自动化指挥。基于地基增强系统的综合信息服务是近几年发展起来的一种为用户提供与位置相关的信息服务的新兴产业。其中，北斗综合信息服务云平台能为核心服务和应用提供统一的运行、计算和存储支撑，形成北斗导航大数据能力。

目前国内已经形成完整的北斗自主产业链。上游集中在卫星制造、发射、地面配套、地基增强、星基增强等基础设施建设，以国家队为主，但千寻位置、海格通信、合众思壮等通过介入地基增强或星基增强系统，未来有望成为位置服务运营商。中游涵盖基础部件、终端、解决方案等，以民企为主，相关公司从终端环节，逐步向前端芯片板块、后端行业解决方案延伸。目前我国自主芯片、模块、板卡等产品的核心性能与国际水平相当，国产北斗导航型芯片模块累计销量已突破 8000 万片，高精度板卡和天线销量已占据国内 30%和 90%的市场份额。

2019 年，北斗产业链中游和上游受到芯片、板卡、核心器件、终端设备价格下降的影响，产值增速较去年进一步放缓，在全产业链中占比仍然呈现下降趋势。下游产值占比增长较快，主要原因在于终端集成环节竞争激烈，而下游运营服务准入门槛相比较低，促使终端提供商向运营服务商转变，同时无人驾驶和高精度服务近年来需求激增，并有效牵引消费级市场相关服务需求的释放，从而推动下游产业链快速发展，其产值在 2018 年总产值中占比为 41.6%。随着北斗导航系统全球组网的完成，北斗应用市场将不断深化，多厂商布局下游高精度地基增强服务将成为 2020 年亮点。

5.2.2高分一号系列卫星成功发射标志着我卫星遥感全球领先

高分一号是国家高分辨率对地观测系统重大专项天基系统中的首发星，其主要目的是突破高空间分辨率、多光谱与高时间分辨率结合的光学遥感技术，多载荷图像拼接融合技术，高精度高稳定度姿态控制技术， 5-8 年寿命高可靠低轨卫星技术，高分辨率数据处理与应用等关键技术，推动我国卫星工程水平的提升， 提高我国高分辨率数据自给率。

高分一号卫星实现了我国民用高分辨率遥感数据国产化，其主要用户为国土资源部、农业部和环境保护部。该星的设计寿命为 5-8 年；2013 年 4 月 26 日高分一号卫星精准入轨；2018 年 3 月 31 日，高分一号 02、03、04 卫星是国家民用空间基础设施规划的首批业务化应用卫星，是我国首个民用高分辨率光学业务星座，用于国土资源调查、监测、监管与应急等主体业务，并可服务于环保、农业、林业、海洋、测绘等行业。特别是在公安执法、灾害环保、漂物监察、土地影像、国际救灾等方面都发挥了重要的作用。

5.2.3 斗和高分系列的成功代表着我国空天信息自主产业链的成熟

北斗和高分系列的成功代表着我国空天信息化产业链的成熟，通过中国卫星和康拓红外等解决了微系统及控制部组件业务、航天用 FPGA、以 CAST968 平台为代表的多个系列小卫星和微小卫星公用平台， 以及地面终端相关核心部件供应也解决了卡脖子问题。中国商业小卫星通信星座也必将成功。

5.3 地面段相关公司发展壮大，也为空天信息产业发展提供了基础

随着空天信息产业的发展壮大，通导遥三者都将成为数据增长点，如何用好这些数据将是接下来地面段的发展重点。

首先是地面终端作为空天大数据的传感器，相关产业链的成熟也为空天大数据的发展提供了基础。如北斗方面目前我国自主芯片、模块、板卡等产品的核心性能与国际水平相当，国产北斗导航型芯片模块累计销量已突破 8000 万片，高精度板卡和天线销量已占据国内 30%和 90%的市场份额，相关上市公司北斗星通、海格通信、华力创通、中海达、华测导航、振芯科技、合众思壮等不断发展壮大，将国外竞争对手挤出中国市场，并开始布局一带一路。而华力创通作为中国版海事卫星的天通一号民用基带供应商， 在面临新一代小卫星通信系统基带的需求时，有望继续作为核心供应商为低轨小卫星通信系统提供地面段核心部件。

另外作为通导遥一体化后空天大数据分析的主要承载平台，GIS 软件的自主化日益重要。其中超图软件提供的 SuperMap 系列 GIS 平台，在跨平台，云端一体化，全国产化支持和大数据方面拥有众多创新研究成果。同样欧比特作为全国领先的卫星遥感服务商，深入布局卫星大数据行业，并产生了可观订单。

6. 重点公司介绍

6.1 康拓红外

6.2 超图软件

6.3 华测导航

6.4 合众思壮

6.5 北斗星通

6.6 中国卫星

6.7 华力创通

6.8 欧比特

6.9 亚光科技

……

（报告来源：东兴证券）

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