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新时代证券中小盘伐谋主题【惯性导航:军民融合促惯导民营企业快

归档日期:11-25       文本归类:惯性导航      文章编辑:爱尚语录

  惯导产品广泛应用于海陆空天等各类军用和民用领域,包括各类军用和民用的飞机、火箭、车辆、船舶的导航、姿态控制和仪表显示模块,以及卫星通信、消费电子、交通测量等特定领域。近年来,我国的国防开支稳步增长,据财政部公开数据,2018年我国国防开支预算达到1.11万亿,同比增长8.25%;惯导作为导航和仪表系统的重要组成部分,受益于装备信息化要求,市场需求快速增长。据清华大学导航技术工程中心在《惯性技术在军民市场应用前景与展望》一文中的分析预测,2015年用于研发及国防装备的惯性产品市场容量为293亿元,产品市场规模将以年均25%左右的速度快速增长。

  军品市场格局集中,价值量和壁垒来自核心器件。军用惯导对于精度指标的苛刻要求决定了惯导核心器件的研发和制造难度高,过去国内仅有数家科研院所具备研制光纤陀螺、激光陀螺和中高精度加速度计的能力;相应的核心器件价格高昂,惯导产品的价值量也主要集中在核心器件上。惯导产品的下游应用领域非常广,覆盖军用和民用的多个领域。其中,民用市场格局分散,海外公司的产品可以参与市场竞争,国内企业产品同质化明显;军用惯导产品的市场格局相对较好,但受技术实力、采购体系和军工资质的限制,相关产品主要由军工集团下属的科研院所进行研制和生产,民企渗透率较低。

  军民融合战略不断深入,看好惯导行业民参军企业快速发展。党的十八大以来,军民融合发展上升为国家战略,随着《推进装备领域军民融合深度发展的思路举措》、《关于推动国防科技工业军民融合深度发展的意见》等一系列重要政策陆续出台,军民融合发展战略逐步进入落地实施阶段。我们认为政策和企业层面的积极变化已经陆续出现,装备采购体系中由于历史和体制原因造成的障碍正在被逐步清除和规范,军工产品定价和采购机制变化有利于引入竞争,民营企业逐渐掌握核心器件的制造能力,技术实力显著提升。我们看好掌握惯导核心器件生产能力,且已具备装备生产相关资质的企业,借助军民融合战略东风,实现民参军业务快速发展。

  受益标的:星网宇达(002829)、晨曦航空(300581)、耐威科技(300456)等。其中,星网宇达全面发力智能无人战略,具备中高端光纤陀螺和加速度计的研制能力,其军工业务有望迎来快速发展;晨曦航空是稀缺的飞控和航空电子标的,产品进入列装体系,客户稳定,军工信息化业务有望加速;耐威科技通过并购全球领先的MEMS代工企业赛莱克斯,实现了导航和MEMS代工业务双轮驱动,2017年航空电子业务实现突破。

  惯性技术是以牛顿定律为基础的多学科交叉技术,是一项通过感知物体在惯性空间的角速度、线速度,进而获取物体的姿态、位置和速度等信息,从而实现对运动物体姿态和运动轨迹进行测量和控制的技术。也是惯性仪表、惯性导航、惯性测量、惯性稳控等技术的统称。

  惯性导航是一项广泛应用于军用、民用领域的高精尖技术。目前主要的导航技术有惯性导航、卫星导航、天文导航等。惯性导航和卫星导航是目前主流的两种导航技术,惯性导航基于对载体的角速度和加速度测量推算载体的运动信息,数据更新率和短期精度高,不依赖外界,但误差随时间累积而不断放大,价格较贵;卫星导航通过与卫星通信来计算自身的位置和运动信息,误差与运行时间无关,价格较低,但易受干扰,动态性能差。多数场景往往采用惯导和卫星导航联合工作的方式提供低成本的精确导航,但在军用、特定应用场景下,惯导是唯一选择。

  典型的惯导产品包含3组陀螺仪和加速度计,分别测量三个自由度的角速度和加速度,通过积分即可获得物体在三维空间的运动速度和轨迹。在实际应用中,需要利用GPS、北斗等方式产生的信号进行初始化,结合惯导信号和卫星导航信号进行进行卡尔曼滤波处理,得出其最佳推算的定位信息。

  陀螺仪是决定惯性导航精度的关键部件,目前主流的惯导技术根据陀螺仪技术路线的不同,分为光学陀螺(光纤陀螺、激光陀螺)和MEMS(微机电)陀螺。惯导技术的发展主要依赖三方面科技发展水平作为支撑:新的测量原理、惯性器件及其制造工艺、计算机软硬件技术。

  早期惯导系统是以机械陀螺为核心,以模拟电路为主要硬件实现形式的机械框架平台式惯导系统。随着计算能力的提升,惯导系统可以通过计算能力直接解算,不再需要构建稳定平台,从而出现了捷联式惯导系统。

  关键的陀螺仪则由机械陀螺(液浮陀螺、气浮陀螺、静电陀螺、挠性陀螺等)向光学陀螺(激光陀螺、光纤陀螺)演进,目前形成了激光陀螺和光纤陀螺分别占据高、中端领域的技术格局。MEMS(微机电)技术作为全新的技术路线,在体积上有明显优势,精度上还有较大进步空间。未来的技术演进路线仍然会围绕体积和精度指标展开,潜在的技术路线包括NEMS(Nano Electro Mechanical System,更小尺寸的微机电技术)、原子干涉陀螺等,但离实际应用仍有较长距离。

  目前,主流的惯性技术主要使用光学陀螺和MEMS陀螺。其中,光学陀螺主要应用在精度要求较高的领域,MEMS陀螺则能较好平衡精度、体积和成本的关系。

  1.3.1、激光陀螺原理:Sagnac原理结合干涉效应,量产陀螺的精度巅峰

  激光陀螺主要基于Sagnac原理研制,主要原理为构建正反两条光环路,当环路发生转动时,两个环路的光程差出现变化,两束光发生相位移动,从而产生干涉效应,通过测量干涉效应即可还原角速度的大小。激光陀螺的制造难度主要集中在谐振腔体和反射镜的加工上,世界范围内掌握该项技术的国家屈指可数。

  激光惯导是主流惯导系统中精度指标最高的惯导系统,主要应用在航空航天、潜艇、舰船等对精度和动态性能要求苛刻的领域,这些领域往往具备战略意义,投入不计成本,但需求数量相对较少;同时,激光惯导的制造工艺苛刻,研发费用高昂,没有量产分摊研发费用,导致产品单价极高,通常在百万级别。

  1.3.2、光纤陀螺原理:基于Sagnac原理,军工应用最广泛的陀螺产品

  光纤陀螺的原理与激光陀螺类似,即通过Sagnac原理把角速度转化为光程差,从而进行测量。而光纤可以绕制许多圈,从而很容易将光路面积增加成百上千倍,以实现提高陀螺灵敏度的目的。光纤陀螺由两大部分组成:光学部分和信号处理部分。光学部分主要是光源和光纤线圈组成。

  光纤惯导的精度指标略低于激光惯导,主要满足中高精度的战术和战略需求,包括战术导弹、飞机、车辆、舰船等,与激光惯导的应用领域有一定的重叠。价格通常在几十万左右。

  1.3.3、MEMS陀螺技术原理:半导体与机械技术的结合,体积和成本的重大突破

  MEMS陀螺的制作主要基于半导体生产中成熟的沉积、蚀刻和掺杂等工艺完成。技术原理上,所有MEMS陀螺都是非旋转结构,通过获取一个振动机械元件上的哥氏加速度效应,实现角速率检测。

  MEMS惯导的精度指标明显低于光学陀螺,但具备成本低、体积小的优势,在战术武器、民用消费级产品上有广泛应用。价格水平范围较大,显著低于光学陀螺。

  按照精度性能,陀螺仪可以分为:高精度陀螺(惯性级、陀螺漂移率优于0.001度/小时)、中精度陀螺(导航级、陀螺漂移率优于0.001度/小时)低精度陀螺(速率级、陀螺漂移率优于0.1-1度/小时)。

  以导航级陀螺为例,它能使用户获得大约1海里/小时的位置精度和1毫弧度的方位精度。而漂移优于0.01度/小时意味着能测量相当于每3年旋转1圈的旋转角度。同时,由于导航级陀螺的测量上限要求是3000度/秒(107度/小时)或更高。这就要求导航级陀螺必须具备10-2-107度/小时的动态范围,横跨9个数量级。大多数导航系统还要求这种测量以100-200次/秒的高频率进行,苛刻的性能要求导致陀螺仪表结构复杂,价格高昂。

  加速度计的种类很多,按工作原理可分为线位移式和摆式、振梁式、振弦式、压电式、压阻式、摆式积分陀螺加速度计等,按支承方式有液浮、气浮、挠性、磁悬浮、静电等。目前常用的有液浮、摆式和挠性加速度计。

  目前,通过改进支承技术等方式,加速度计的精度水平已经明显领先陀螺仪的精度水平。典型加速度计的阈值已经达到10-8-10-9G。通过误差测试、分离、补偿和校准后,其零偏稳定性可达到10-6G。

  挠性加速度计是一种检测质量由挠性架构支撑的加速度计,也是一种摆式加速度计,他的摆组件弹性地连接在某种类型的挠性支撑上。挠性支撑消除了轴承的摩擦力矩,当摆组件的偏转角很小时,由此引入的微小弹性力矩往往可以忽略,保证了系统精度。

  振梁式加速度计基于吉他弦的工作原理,即频率与施加的拉力平方根成比例。从而摆脱了传统摆式加速度计容易受动态输入干扰的缺点。振梁式加速度计具有小型化、低功耗、低成本、数字输出和易于大批量生产等优点。

  MEMS加速度计普遍采用蚀刻、光刻等手段加工而成。原理上基本都采用挠性加速度计原理,即都有敏感质量,采用挠性支撑。典型实现方式包括梳齿式、摆式等结构。

  惯导技术最早应用于军用装备领域。目前军用装备领域仍是惯导行业的最主要应用领域,包括航空、航天、舰船、战车、导弹等领域都有成熟应用;随着MEMS技术的发展,惯导产品的成本逐渐降低,惯导技术在民用领域也开始被广泛使用,包括动中通、海上通信、消费电子等多个领域。

  惯性导航技术是武器装备导航、测量、稳定控制的核心关键技术,可以在不依赖外部声、光、电的情况下,高频率输出运动载体的全部导航信息,具备极强的隐蔽性和自主性。随着技术发展,装备的信息化、智能化水平显著提升,惯导产品的应用领域不断增加。

  航天领域:惯导技术广泛用于火箭、以洲际导弹为代表的战略武器平台。由于战略武器的高自主性、运动全信息、高可靠性等要求,各国在研发之初就立足于使用惯导系统作为其核心导航制导传感器;同时,精度直接决定了洲际导弹等战略武器的威力。这决定了各国在航天领域对惯导技术保有持续需求。

  航空领域:惯导技术主要应用于飞行控制领域。随着国产飞机系列化研制的推进,国产的激光/光纤惯导系统批量应用于近年来陆续列装的各类新机型;同时,无人机的战术作用日益显现,带动了中低级惯导系统需求的快速增加。

  武器领域:在武器系统制导化趋势的推动下,制导弹药的需求不断增加,制导弹药的惯导部分视精度要求不同,通常采用光纤惯导或者MEMS惯导,典型产品如多管火箭炮等。战术级武器的使用量很大,是惯导在军用领域的主要市场。

  车辆领域:传统主战坦克和步兵战车的核心性能是火力、防护和机动,在数字化战场要求下,现代战车增加了通讯的要求。现代化陆军战车普遍配备惯性平台了以实现动态瞄准、姿态控制、导航等需求。信息化需求和智能化新需求共同塑造了惯导在车辆领域的广阔前景。

  航海领域:惯导技术广泛应用在舰艇的导航、罗经、武器平台等方面,是舰船导航的核心技术。在我国远洋经济发展和海军走向深蓝的背景下,我国对于海军的投入持续增加,舰船和武器平台的信息化要求持续提升。

  “战斧”BGM-109巡航导弹是由美国通用动力公司于1972年开始研制、1983年在海军服役的一款全天候亚音速多用途巡航导弹。该型导弹在海外战争中一站成名,为实现手术刀式的打击效果,“战斧”导弹在巡航阶段和末端使用了多种制导方式,包括惯性制导、GPS、数字场景匹配、主动雷达和红外等多种手段。

  从制导方式上,战斧导弹的中段制导主要采用惯导+GPS/数字场景匹配的方式;末端制导视目标的不同,主要采取主动雷达、红外和数字场景匹配等方式,为了提高末端制导精度,往往会综合不同传感器的数据,以避免单一传感器缺陷。惯性导航系统可以提供高频率的导航信息和姿态信息,是巡航导弹导航中不可或缺的关键传感器。

  惯性导航的民用市场主要集中于导航、测绘、石油勘探、应急通讯、智能交通等领域。随着MEMS技术的快速发展,惯导组件已经成为消费电子设备、可穿戴设备、物联网终端的标配;无人驾驶技术对惯导的需求则可能塑造下一个消费级惯导产品市场。

  另一方面,我国的惯性技术产业化应用起步较晚,民营企业整体的技术实力较弱,多数还是以采购国外进口惯性器件并销售为主,同质化竞争较为激烈。

  以无人驾驶为例,目前典型的Level 3、Level 4级无人驾驶方案在导航部分都依赖卫星导航(GNSS)和惯导系统(INS)的联合制导,INS信号不会被遮蔽和干扰,且能以较高频率输出信号,在导航系统中起到了至关重要的作用。以目前业界领先的某异构多传感器前融合平台为例,平台采用了5颗激光雷达、6颗摄像头、1台毫米波雷达和1套GPS&IMU系统,共同组成了整个传感器平台。

  惯导产品在军用领域的市场非常广阔。近年来,我国的国防开支以每年约10%的增速稳定增长,根据财政部数据,2018年国防开支预算达到1.1万亿。同时,装备的信息化建设持续加码,对应的惯导产品需求也在快速增加。清华大学导航技术工程中心在《惯性技术在军民市场应用前景与展望》中预测,惯性导航及控制类产品市场规模将以年均25%左右的速度快速发展,2015年用于研发及国防装备的惯性产品市场容量将达到293亿元。

  民用MEMS惯导产品市场空间快速增长。惯性导航在民用船舶、飞行器、卫星通信等导航控制领域和手机等消费电子领域应用广泛,以及其他如卫星通信、石油勘探等工业领域。随着MEMS技术的快速发展,MEMS惯导成为民用惯导领域的增长亮点。根据Yole Development的测算,2016年MEMS惯性传感器的全球市场约为35亿美元。

  从海外市场来看,欧美等国在研发惯导产品方面经费投入较大,研究起步较早,技术和产品有一定优势,包括Honeywell、Darpa等公司在产品和技术上明显领先国内同业。经过数十年的发展,在高端产品方面我国与外国顶尖产品的技术差距在不断缩小,目前美欧最先进的光纤陀螺精度优于0.001°/h;我国已自主开发出性能稳定的0.01°/h的光纤惯性系统和0.001°/h的激光惯性系统。

  但考虑到惯导是军用核心技术,欧美国家一直对军用惯导产品实施严格的技术封锁和禁运措施,在美国国防部历年公布的军用关键技术清单中,惯性技术一直作为军用关键技术并被列入《出口产品管制条例》中。因此,在我国的军用惯导领域主要是国内企业和产品之间的竞争。

  技术和体制因素决定军用惯导领域市场格局高度集中。惯导器件作为军用核心器件,过去一直禁止进口,为了打破技术封锁,以国防科技大学、北京航空航天大学、北京理工大学等高校及航天三院33所、中航工业618所等单位为代表的科研院所经过了数十年的潜心发展,建立了我国相对完善的惯导产品体系。各个研究所在惯导器件研发、系统调试、测试数据等方面积累了宝贵的经验,形成了对民营企业的技术优势。

  民营企业进入市场的过程中需要花费较大的时间和精力,很难进入存量市场。因为军品采购具有很强的特殊性。一方面,军品采购具有严格的配套管理体系。国内军方对于军品采购制定了严格的配套管理体系;对于定型产品,其整机及主要部件和供应商均已确定,未经相应的审批程序,不得更改。另一方面,军品采购具有较好的延续性。我国的军费支出实行严格的计划管理,在整体国防投入不断增加、军费开支保持稳定增长的情况下,各军种装备费用开支保持相应的增长趋势;因此,从整体上来看,军品采购具有较好的延续性。具体到各类型武器,基于国家武器装备的有序替代,军品订单具有较强的延续性。

  从产业链的角度分析,上游器件的研发、制造难度最大,价值量最高,目前大部分器件已经实现了国产化,供给充足,价格比较稳定,少部分高端产品仍依赖进口,面临较大管制压力。

  下游的惯性技术的用领域非常广,覆盖军用和民用的多个领域。民用市场的市场格局较为分散,国内市场的同质化竞争较为激烈;军用市场方面,惯导技术广泛应用于海陆空天各领域,军用产品的精度要求相对较高,多数为定制化研发,市场格局相对较好,但受技术实力、采购体系、资质的限制,这些领域的装备主要由军工集团下属的科研院所进行研制和生产,民企渗透率极低。

  随着国防科技体制改革的深入,我国的国防工业效率要求日益提高,在部分军工领域,军方希望打破行业界限,引入民营企业,以竞争促进效率提升。党的十八大以来,军民融合发展上升为国家战略,成立了中央军民融合发展委员会,凸显国家层面对军民融合发展的重视程度。

  中央军民融合发展委员会第一次全体会议明确了军民融合战略任务:推进基础设施统筹建设和资源共享、国防科技工业和武器装备发展、军民科技协同创新、军地人才双向培养交流使用、社会服务和军事后勤统筹发展、国防动员现代化建设、新兴领域军民深度融合。意味着军民融合战略进入到了落地实操阶段。

  引入社会力量参与国防建设是军民融合发展的重要方向,民参军是军民融合发展的活力来源。2018年以来,包括《军工科研项目指南公开发布规程》在内的军民融合各项政策快速落地,民营企业参与军工项目的障碍逐步扫清。2018年4月,习出席全国网络安全和信息化工作会议并发表重要讲话,指出网信军民融合是军民融合的重点领域和前沿领域,也是军民融合最具活力和潜力的领域。

  我们认为,过去军用惯导的市场格局较为稳固,惯导行业超过200亿的市场空间和上市民营惯导企业不足10亿的军用惯导产值形成鲜明对比。我们认为,在民营企业核心竞争力不断提升,军民融合发展战略持续推动的背景下,现有市场格局有望松动。原因如下:

  民营企业进入装备采购体系的障碍在被逐步清楚和规范。以典型的“军工四证”为例,部队采购体系对相关认证体系的梳理和精简已经初见成效,“装备承制单位资格审查”与“武器装备质量管理体系认证”两证合一的工作于2017年10月1日正式实施。各类由于历史和体制原因造成的障碍正在被逐步清除和规范。

  军工产品定价和采购机制变化有利于引入竞争。军品的采购和定价机制改革强调对定价机制的优化和对单一来源采购的限制,目前的军品定价机制在成本加成的基础上根据实际情况进行了诸如目标价管理、激励约束利润等调整和补充,客观上增加了企业自主定价的能力。另一方面,改革限制了单一来源采购,在采购环节引入了更多的竞争机制,这意味着军用惯导行业传统的市场格局不再稳固。

  民营企业技术实力的显著提升。虽然受制于体制和技术难度的问题,民营企业进入军用惯导行业的难度较高,但惯导行业的技术扩散仍然是在进行的,随着星网宇达、晨曦航空、耐威科技等优质民企陆续上市,民企惯导阵营的实力在明显加强。星网宇达和晨曦航空都具备了光纤陀螺的生产能力,晨曦航空的募投项目完成后也将具备激光陀螺的生产能力,耐威科技在收购了Silex后具备了生产MEMS惯导的能力。核心器件的突破意味着行业技术壁垒不再坚固,惯导行业民营企业的竞争力有了质的变化。

  我们看好掌握惯导核心器件生产能力,且已具备装备生产相关资质的企业,借助军民融合战略东风,实现民参军业务快速发展。受益标的包括:星网宇达(002829)、晨曦航空(300581)、耐威科技(300456)等。

  星网宇达是国内稀缺的民营惯性导航产业化龙头。公司主要产品包括导航、测量、稳控三大方向。产品应用在飞机、船舶、车辆的导航和姿态控制、卫星通信和驾考等军用和民用领域。近年来,公司选择围绕惯导核心器件研发和丰富应用解决方案两个方向发力,在军品业务方向进展显著。

  核心器件实现自研自产,解决方案能力强。公司自研光纤陀螺的精度达到国内先进水平,加速度计完成研发和产线年可贡献规模产值。公司扩展了红外探测、雷达探测、光电探测等感测方式,并购了凯盾环宇、明航科技等优质公司,产品线和技术储备不断丰富。

  公司提出智能无人系统战略,围绕产业链不断丰富智能感知、智能通信和智能平台生态圈。公司在原有的惯性技术基础上,丰富了红外探测、雷达探测、光电探测等感测方式,并购了凯盾环宇、明航科技等行业内优质公司。伴随业务的快速发展,目前公司的惯导产品在主要技术指标上已经达到国内先进水准,产品线明显丰富,核心竞争力得到极大提升。

  4.2、晨曦航空:稀缺飞控和航空电子行业民企标的,军工信息化业务有望加速

  晨曦航空是国内稀缺的航空惯导和航空电子配套商。公司的核心管理层主要出自于中航工业618所,在军用航空领域有着很高的认可度,已经成为国内军用直升机惯导的主要配套厂商之一。公司具有航空用综合惯导系统、发动机参数采集器等先进航空电子产品。

  航空惯导技术壁垒极高,公司具备光纤陀螺和激光陀螺的生产能力。公司的航空惯性导航产品主要是以惯性导航技术为核心,将卫星导航系统、多普勒导航系统等多系统信息融合构成的综合导航产品。依托公司多年来的航空电子研发经验,具备了航空用高性能导航计算机技术、系统误差和补偿技术、数据综合融合技术等核心技术,技术壁垒极高。同时,公司具备了量产光纤陀螺和激光陀螺的技术能力,相关募投项目进展顺利。

  公司具备稳定客户群体,产品进入列装体系。2017年军工订单有所波动,部分航材备件订单推后,2018年公司存量订单有望加速执行。

  耐威科技以卫星导航、惯性导航系统的研发和制造起家,通过收购全球MEMS纯代工龙头赛莱克斯进入了MEMS代工领域。目前形成了导航、MEMS、航空电子三大核心业务。

  惯性导航产品主要包括惯性导航系统、组合导航系统及惯性传感器。公司在卫星导航产品方面同样有较强的实力,主要包括GNSS系列板卡、导航解算软件。公司的组合导航产品有多款用于军用,其激光惯导产品已批量配套某型号战斗机。

  2016年公司收购全世界最大MEMS纯代工企业Silex,目前Silex在欧洲拥有6英寸和8英寸两条MEMS代工产线;同时,在大基金和Silex的共同参与下,公司在北京亦庄投资建设了一条8英寸的MEMS代工产线年达产。未来有望依靠亦庄产线打造MEMS领域的虚拟IDM。

  航空电子业务2017年取得突破,公司的航空综合显示系统、航空信息备份系统产品成功配套某型号战斗机,航空数据采集记录系统产品成功配套某型号武装直升机,2017年航电业务实现收入1.03亿,同比增长181.92%。

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