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科技新聞

解讀慣性導航7大民用市場,挖掘百億機遇

文字:[大][中][小] 2020-10-23    瀏覽次數:683    

  國內慣性導航產業格局

  慣性導航產業鏈主要分為器件制造、模塊組裝和軟件設計兩個層級。在產業鏈上游,慣導系統元器件主要包括電子元器件、慣性器件和其他參考信息設備;產業鏈中游主要產品包括信息采集處理模塊、測量單元模塊和衛星測姿模塊,以及對各模塊進行系統集成和軟件設計。

  慣性器件是核心裝置,在慣導系統領域中制造難度最大,價值占比最高,但毛利率水平低于中游。產業鏈上游慣性器件研發和制造難度最大,價值量也相對較高,但其毛利率低于中游模塊組裝和軟件設計。目前我國在中低端陀螺儀已基本實現了國產化,高端陀螺儀仍依賴進口。對于精度需求不高的民用慣導系統,上游陀螺儀供給充分,價格穩定。



 慣性(組合)導航產業鏈

  資料來源:星網宇達招股說明書,中信建投證券研究發展部

  民營企業多集中在中游。

  產業鏈中游主要根據下游客戶對慣性產品需求及實際工作環境將上游廠商生產的標準化慣性器件進行慣性技術測試等相關工序,并根據參數及目標工作環境調整慣性技術系統以對慣性器件進行糾偏、補償等,結合集成相關功能性芯片、基礎元器件等工序,并選用適當算法、參數,開發適合客戶行業及工作特點的軟件,最終進行系統集成形成能為下游終端用戶直接應用的慣性技術產品。

  下游應用領域包括軍用和民用兩部分,軍用市場基本被國內軍工企業占據,民營企業集中在民用市場。

  軍用領域方面,慣導系統在艦艇船舶、航空飛行器、航天飛機、制導武器、陸地車輛、機器人等裝備上均有所應用。我國軍工企業具備慣性技術全產業鏈的生產能力,大部分的軍用慣性市場被軍工企業占據。民用市場包括大地測量、石油鉆井、電子交通、汽車安全、消費電子等領域,民營上市公司中僅有耐威科技具備 MEMS 傳感器(含陀螺儀)的生產能力,且 MEMS 傳感器的生產具有規模效應,規模越大,成本越低,競爭力越強。

  目前,軍用慣性技術主要向著高性能和高可靠性發展,民用市場則向高精度、低成本和小型化方向發展。

  對于軍用市場,主要向著高性能和高可靠性發展,一方面,戰略武器需要更高精度的慣性儀表與系統技術,另一方面,對于常規運載體,需要可靠性更高的慣性技術;而對于民用領域,則主要是向著高精度、低成本、小型化發展。

  國內具備慣性傳感器研究和制造實力的多集中在軍工企業,民營企業主要參與中游慣導系統設計和制造。

  目前,具備慣性傳感器制造能力的企業主要有中航六一八所、航天三十三所、航天十三所、航天電子、耐威科技等,多為軍工企業。具備慣導系統制造能力的企業包括航天三十三所、航天十三所、中航六一八所、航天電子、航天七零四所、耐威科技、西安晨曦、中星測控和星網宇達等,民營企業多集中在中游慣導系統設計和制造上。

  慣性導航產品市場的主要競爭者

  目前慣性導航在各軍種裝備中廣泛應用,每年市場空間超過百億。而民用市場應用場景豐富,需求滲透正逐步提升。

  1、無人機

  通過利用慣性器件及捷聯慣性導航技術,可以為無人機提供精確的速度、位置和姿態等信息,從而實現其精確的導航定位和姿態控制。目前無人機在軍事領域的應用最為成熟,同時隨著人們對無人機認知程度的加深.其在遙感測繪、邊海防、森林防火、管道巡線、應急救災、警務執法等民用領域呈現出迅猛的發展態勢。


  民用無人機行業將繼續保持高速增長

  資料來源:Wind,中信建投研究發展部

  2025 年中國民用無人機細分領域市場規模展望

  資料來源:前瞻產業研究院,中信建投研究發展部

  我國民用無人機市場將繼續保持高速增長。根據前瞻產業研究院預測,我國民用無人機產品銷售和服務總體市場規模 2018 年有望達到 110.9 億元,到 2020 年將達到 465 億元,2025 年將達到 750 億元;其中,航拍及娛樂仍是最大的應用領域,市場規模有望達 300 億元。我們認為,未來無人機領域的慣性導航產品將充分受益于無人機市場的高速增長,成為民用市場重要增長點之一。

  2、石油勘探領域

  慣性技術在資源勘探中,主要用于測量井身軌跡和鉆頭的實際位置,從而保證井深達到預定位置。隨著石油資源日益枯竭,勘探和開發情況愈加復雜,因此就需要精度更高、性能更加可靠的石油測斜儀器。而慣性技術的應用,使得這種要求得以滿足,通過采用高精度、高分辨率的慣性及磁傳感器來精確測量鉆井過程中井斜角、方位角及工具面角等工程參數,從而實現井身軌跡與鉆頭位置的實時監測。

  2017 年石油和天然氣固定資產投資完成額觸底回升。2014 年至 2015 年油價的下跌,使得我國主要石油和天然氣生產企業均降低了國內油田的勘探與開采,通過提高國際原油采購降低自身運營成本,從而減少了對石油勘探開采設備的市場需求。隨著 2016 年油價觸底回升,2017 年我國石油和天然氣固定資產投資完成額觸底回升,同比增長 13.9%。今年 1 月至 7 月,完成額累計同比增長 10.7%,石油和天然氣資源勘探開發和設備投資進一步好轉。

  2016 年油價開始逐步回升

  資料來源:Wind,中信建投研究發展部

 2017 年石油和天然氣固定資產投資完成額觸底回升

  資料來源:Wind,中信建投研究發展部

  2011 年,基于慣性技術的石油測斜儀銷售額約為 18 億元,占石油測斜儀銷售額的 70%。我們按照近幾年石油和天然氣固定資產投資完成額的增速推算,不考慮慣性技術石油測斜儀占比的提高,2017 年市場空間約為16 億左右。我們認為,隨著油價回暖,石油和天然氣資源勘探開發和設備投資進一步好轉,基于慣性技術的石油測斜儀市場未來有望回暖。

  3、電子路考

  智能化電子路考系統是一套集計算機技術、自動控制、衛星定位、慣性導航及數字化通信技術為一體的綜合性考試設備系統。該系統通過安裝在車上的陀螺儀、慣性導航及衛星定位系統等設備實時監測車輛的行駛軌跡和運行姿態,以及超、會車過程中的車輛相對位置等數據信息,從而實現對考試全過程的精確判分,擯棄了傳統人工考試的隨意性.保證了考試結果的客觀公正性。

  目前,智能駕考系統的需求來自于兩方面,一是考試車的替換需求,二是教練車的滲透需求。2012 年末,公安部頒布了《機動車駕駛證申領和使用規定》(公安部令第 123 號),其中對駕駛員考試做出了全面修改,為適應新的全國駕駛員考試要求,考試實施場地將實現智能化評判與實時監控,因此,在 2012 年下半年,智能駕考系統的需求開始激增,隨著駕駛人考試考點場地逐步完成升級改造,駕駛人考試系統市場未來需求將趨于平穩。鑒于駕考系統一般使用壽命為 3-5 年,未來駕考系統市場主要來源于替換需求。另一方面,隨著駕考對駕駛人的考察范圍逐步擴大,考生需要加強培訓力度才能順利通過考試,駕駛員考試培訓學校為適應新的考試規則,也將升級改造自身培訓場地,這也將從整體上提高駕考行業對駕駛員考試和訓練系統的需求。因此智能駕考系統未來增長還來自于駕校教練車的滲透需求。

  隨著經濟的快速發展,我國車輛數量迅猛增加。截至 2017 年底,我國汽車保有量達 2.17 億輛,同比增長11.85%,駕駛人總數為 3.42 億人,同比增長 10.32%。截至 2018 年 2 月 9 日,我國共有 2876 個縣級行政區劃,按照每個縣級區劃有一個車管所計算(假設縣級車管所在科目二考試時具有 10 輛考試車、在科目三考試時具有10 輛考試車),約有 5.7 萬輛考試車;截至 2017 年 6 月底,我國共有駕校 16743 所,教練車達 75 萬輛左右。我們按每套系統單價 7000 元,有 10%的教練車安裝了智能駕考系統計算,則市場空間約為 9.24 億。對于智能駕考系統來說,其使用壽命一般為 3-5 年,以此估算每年駕考系統使用空間約為 2.3 億左右。


  汽車保有量穩步上升

  資料來源:Wind,中信建投研究發展部

  汽車駕駛人數穩步上升

  資料來源:Wind,中信建投研究發展部

  駕考系統市場空間估算

  資料來源:中信建投研究發展部

  4、移動通信——動中通

  “動中通”是指通過天線基座對天線進行動態調整,使平臺保持和通訊衛星相對穩定的狀態,從而保證通訊質量。慣性傳感器是動中通的核心部件,在車輛運動過程中根據慣性測量信息自動控制天線的方位、仰角和極化角,確保天線的波束中心始終精確指向衛星,使系統在靜態、高速、高動態下均可穩定運行,具有很高的機動性和靈活性。“動中通”共分四類:車載、船載、機載和全自動便攜站等產品,主要應用于應急通信、移動辦公、電視臺現場直播、航空寬帶、商船通信、軍用通信、游艇、漁船等領域。



  星展測控的“動中通”和“動中看”產品

  資料來源:星展測控官網,中信建投研究發展部

  動中通整體市場空間估計在 72 億以上。慣性技術在軍民市場應用前景與展望中的數據顯示,2010 年,我國動中通系統的市場需求為 500 套/年,2011 年達到 800 套/年。我們認為,車載動中通的需求來自于軍隊、公安和武警以及縣級以上的政府應急管理部門(包含政務、地震、水利、交通等)。截至 2018 年 2 月 9 日,我國共有 2876 個縣級行政區,大約有近 3000 只武警中隊、3000 個縣級公安局和 1800 個政府應急管理部門(包含政務、地震、水利、交通等),若每個部門配置 2 個車載動中通設備,則市場需求達 1.5 萬套;船載動中通需求來自于海警、海監船,根據倫敦國際戰略研究所統計,中國海警有 370 艘艦船,海監有 400 余艘執法船,則市場空間也有近千套。根據星網宇達招股說明書顯示,動中通單價約為 30~60 萬/套,按照 45 萬/套計算,整體市場空間在 72 億以上。

  5、高速鐵路

  慣性技術是高速鐵路檢測中普遍采用的技術方法之一。高速鐵路出現后,如何快速、準確地判斷軌道是否發生型變、損失、路基是否沉降變得尤為重要,而基于慣性技術的路軌檢測車則可以自動地測量軌道高低、軌向、水平、扭曲和軌距等軌道不平順度以及軌道損傷等。因此,軌檢小車一方面可用于鐵路鋪設,另一方面可以完成鐵路的日常養護以及維修等。

  GPS 慣導組合軌檢小車

  資料來源:新浪網,中信建投證券研究發展部

  我國高速鐵路軌道檢測設備與發達國家相比有所滯后。作為全世界第一高鐵大國,我國仍主要沿用過去的鐵路檢測設備,難以適應高速鐵路發展的需要;而國外進口的軌道檢測設備價格昂貴,以進口的 GEDO_CE 軌檢小車為例,平均價格約為 140 萬/套,且供貨數量、供貨周期都難以得到保障。

  未來三年軌道檢車小車需求約為 625 輛,平均每年市場空間約為 1.77 億左右。根據我國中長期鐵路規劃,預計到 2020 年我國高速鐵路里程將達到 3 萬公里。截至 2017 年底,現有高速鐵路里程為 2.5 萬公里,未來三年將新增 0.5 萬公里的高速鐵路。根據相關鐵路建設數據顯示,平均每建設 40 公里高鐵需要一輛軌道檢測小車,則未來三年大約需要 125 輛。按照每 60 公里高鐵需要一輛軌道小車進行維護,則 3 萬公里需要 500 輛。我們認為,未來三年大約需要 625 輛軌道檢測小車,按照小車出廠價 85 萬/輛計算,平均每年市場空間約為 1.77 億。



  預計 2020 年高鐵里程達到 3 萬公里

  資料來源:Wind,中信建投研究發展部

  高鐵動車組數量穩步上升

  資料來源:Wind,中信建投研究發展部

  目前,星網宇達等公司在供電弓網檢測領域上也應用了慣導技術。弓網系統的作用是為電動列車提供電能,滑動接觸,不間斷、可靠安全地供電,因此需要測量供電弓網的空間幾何位置信息,而星網宇達等公司可以提供基于慣性導航測量弓網潛在故障部位的產品,并且在 2016 年上半年給成都國鐵電氣提供了 31 套設備,估計價格在 30 萬左右。

  我們預計,未來三年基于慣性技術的供電弓網檢測設備的市場空間在 1.5 億至 2.0 億左右。根據國家鐵路局《2017 鐵路統計公報》數據,2017 年我國在運動車組為 2935 標準組,列車為 23840 輛。不考慮行車密度增加,則 2018~2020 年我國仍需新增動車組 587 組=3/(3-0.5)*2935-2935.若考慮行車密度增加,保守預計 2020年每公里高鐵動車組為 0.125 組,則新增數量為 815 組。我們預計,每輛高鐵上配備一個光纖慣導,大致單價在 20-30 萬左右,未來三年市場空間在 1.5 億至 2 億左右。

  6、民用飛機

  對于民用飛機,慣性技術主要作為 GPS 的補充導航手段,多用于航向姿態測量,要求低壽命周期成本。民用飛機航路較為固定,且飛行環境比較平穩,一般來說主要依賴全球定位系統(GPS) 和地面導航設備,慣導系統只是作為一種補充手段。因此,對于民用飛機,慣性導航系統的經濟性和可靠性因素占比較重,價格低、精度低、使用周期長的慣導系統更適合民用飛機。

  目前,民機機型主要配置的是激光陀螺捷聯慣性導航系統。20 世紀 80 年代中后期,環形激光捷聯慣性導航系統開始大量裝備民機,主要民機機型均配置了這種設備。目前,為民用飛機提供環形激光陀螺儀的公司主要為霍尼韋爾和諾格,如霍尼韋爾公司的 Laseref 系列慣性基準單元(IRU),配套波音 737-300/400/500、747-400、757、767、787 及空客公司 A310、A300-600,以及巴西 Embraer170/175/190/195 等。諾格公司的激光捷聯慣性基準系統 LTN90-100 用于 A300-600 及俄航的伊爾 96-300 客機;LTN92 用于波音 747、麥道 DC10、灣流Ⅱ/Ⅳ等;LTN101 用于包括 A320、A330 和 A340 在內的多種客機和貨運飛機等。

  商飛、波音預計 2017-2036 年我國噴氣式客機和渦扇支線客機市場

  資料來源:商飛、波音官網,中信建投證券研究發展部

  由于光纖陀螺可靠性更高、壽命更長、成本更低,部分新機型準備采用光纖陀螺慣導系統。與當前環形激光陀螺技術相比,光纖陀螺技術所帶來的更高的可靠性、更長的壽命對于民用飛機導航市場格外重要。諾格公司的 MEMS 加速度計和 FOG 基慣性基準單元 LTN101E 被 A380 飛機選用,FOG 構成的姿態航向參考系統(ARHS)LCR92μ大量裝備支線飛機如多尼爾 328、隼 20 及灣流 G 等,以及 S-76、S-92 和貝爾 412 直升機。

  隨著我國民用飛機產量和國產化比例的提高,未來 20 年民用飛機慣導需求有望達到 2500 套。根據中國商飛預測,預計 2017~2036 年我國將需求單通道噴氣式客機 5475 余架,渦扇支線客機 1097 架。截至 2018 年 5月,單通道噴氣式客機 C919 訂單達 815 架,渦扇支線客機 ARJ21 訂單達 453 架。我們預計,C919 未來 20 年產量有望達到 2000 架,ARJ21 產量達到 500 架,則國內民用飛機慣導需求將達到 2500 套。

  7、消費電子和汽車

  MEMS 慣性傳感器全球市場規模約 50 億美元左右,下游主要應用領域為消費電子和汽車。根據半導體權威機構 Yole Development 的數據,預計到 2018 年,全球 MEMS 行業的產值將突破 220 億美元,其中 MEMS 慣性傳感器約占 MEMS 行業總規模的 23%,預計將在 50 億美元左右,主要應用領域為消費電子和汽車。

  低精度 MEMS 慣性傳感器通常用在消費電子類產品上。這類產品包括手機、游戲機、無線鼠標、數碼相機、硬盤保護器、智能玩具、計步器等等,主要用來進行加速度、傾斜、振動和轉動測量。如智能手機中的加速度傳感器,當用戶拿著手機運動時,會出現上下擺動的情況,這樣可以檢測出加速度在某個方向上來回改變,通過檢測改變的次數,從而實現計步功能。

  中級精度 MEMS 慣性傳感器通常作為工業級產品。這類產品主要用于汽車電子穩定系統(ESP 或 ESC)、精密農業、工業自動化、大型醫療設備、機器人、儀器儀表、工程機械等等。比如在汽車領域,通過慣性傳感器測量加速度的變化,可及時打開安全氣囊,保護駕駛員和乘客免受撞擊傷害。

 MEMS 傳感器在全球消費電子和汽車領域市場規模

  資料來源:Yole Développement,中信建投證券研究發展部

  我們預計,2020 年我國 MEMS 慣性傳感器市場將達到 150 億。智研咨詢數據顯示,2015 年中國 MEMS 傳感器市場規模為 308 億元人民幣。預計未來 5 年中國 MEMS 傳感器年復合增長率在 20%左右,到 2020 年市場規模將近 650 億元。假設慣性傳感器依然占據 23%的市場份額,則 2020 年我國慣性傳感器市場將接近 150 億。

文章參考自中信建投證券。

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