联合研究 丨行业深度 Table_Title IMU 惯 导 行 业深度：精准定位，智能升 级%1 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 2/23 丨 证券研 究报告 丨 报告要点 Table_SummaryIMU 惯导 是一种能够测量物体在三个正交方向的加速度和角加速度的装置，通常与高精度卫星导航组合使用，广泛应用于各类无人化、自动化场景的导航系统中。惯导通常根据加速度计和陀螺仪类型 进行分类，其中以激光和光纤的“两光”方案和 MEMS 方 案最为常见。MEMS 惯导 凭借体积小、成本低等诸多优势，有望在民用消费电子市场中大规模应用。国内代表惯导企业在技术上已接近国际先进水平，但 在规模、产品、技术体系、发展 史等方面与国际企业还存在一定差距。随着各行业智能化升级不断进行，中国惯导企业 未来在民用市场成长空间巨大。分 析师及 联系人 Table_Author 于海宁 杨洋 高登 SAC：S0490517110002 SAC：S0490517070012 SAC：S0490517120001 钟智铧 祖圣腾 刘泽龙 SAC：S0490522060001 SAC：S0490523030001%2WUBYuNmRmPqRtNmPrMpQpO7NdN8OsQpPoMtQjMmMxPfQqQpObRmNrPuOnMzQxNpOoM 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 丨证券研究报告丨 更多研报请访问 长江研究小程序 cjzqdt11111 Table_Title2 IMU 惯导行业深度：精准定位，智能升级 联 合研究 丨行业 深度 Table_Summary2 IMU 惯导：应用 广泛 的位 置传感 器 IMU（Inertial Measuring Unit，惯性测量单元）是一种能够测量 物体在三个正交方向的加速度和角加速度的装置。基于 IMU 采集的数据，可以进一步处理 从而获得物体的速度和位移等位置信息，当前广泛应用于各类无 人化、自动化场景的导航系统 中。相较其他常见导航系统，惯导主要基于自身传感器 对位置和速度信息做出判断，具有 不易受外界干扰、短时精度高等优点。此外，惯性导航 通常与高精度卫星导航组合 使用，一方面可 验证卫导结果 的自洽性，并对 无法自洽的绝对定位数据进行滤波和修正，还可以 在高精度 卫星导航信号消失 之后，仍然提供持续若干秒的亚米 级 定位精 度，为自动驾驶汽车 争取宝贵的异常处理的时间，保持车辆 在 车道线内。MEMS 惯 导有 望在 民用 市 场大规 模应 用 惯导 根据核心器件加速度计和陀螺仪类型不同 进行分类，其中以激光和光纤的“两光”方 案和MEMS 方案最为常见。根据核 心性能参数的不同，一般将陀螺仪分为战略级、导航级、战术 级、消费级。激光和光纤方案主要涉及战略、导航、战术三级，而 MEMS 方案则属要为导航、战术、消费级。应用领域方面，激光和光纤方案 主要用于 航空航天 航海、高端 工业等对性能要求较高的领域，在 对成本较为敏感的消费级市 场应用较少。MEMS 惯导凭借体积小、成本低等 优势，有望在民用 市场中规模应用。以智能驾驶行业为例，在 假设条件下，我们测算出其 IMU 市场规模 2026 年 可达 30 亿元，而应用于机器人的 IMU 市场规 模预计未来可超越智能驾驶领域。国产 MEMS 惯 导替 代空 间 较大 海 外龙 头份 额较 高，国 内惯 导 企 业以 央企 和院所 为主。根据 Yole 统计的数 据，2021 年 世界MEMS 惯性 产品 市场份 额集 中 在 Honeywell、ADI、Northrop Grumman/Litef 等行业巨头 手中，市 场份 额 前 三的 公 司合 计占 有 50%以 上 的份 额。国内 从事 高 性 能 MEMS 惯 性 传 感 器研发及应用的单位主要为央企集团和科研院所，目前已实现产业化 应用的单位主要包括美泰科技等。技 术水平方 面，国内代表公司在 MEMS 领域可对标国际先进 水平，但在客户拓展方面存在明显差距，营 收体量较小，主要面向国内 市场。从产业链 角度看，Honeywell、ADI 等国外巨 头 整 合 了 芯 片 设 计、晶 圆 制 造、封 装 和 测 试 整 个 产 业 链，其 MEMS 产品体系相对丰富。Sensonor、Silicon Sensing 除 开发 MEMS 惯性器件外，还进 行相关模组、系统产品的生产。从经营规模、产 品和技 术体系、发展历史等 方面比较，国内企业与 国际企 业还存在一定差距。投资建 议：MEMS 惯导下游应用领域众多，通常与高精度卫星导航组合使用，随着下游各行业智能化升级不断进行，我们预期其在 民用市场的规模将 显著大于特殊市场。从产业链投资角度，我们 建议关注：1、加速度计、陀螺仪等 核心器件环节，当前国产化程度较低，未来替代空间巨大，建议关注 MEMS 制造企业：士兰微；2、惯导标定算法及方案集成商环节，面向智能驾驶、机器 人等下游高景气赛道 的相关配套商有望受 益，建议关注：华依科技，中海达；3、惯导与卫导 通常组合 使用，部分卫导厂商在惯导 算法领域亦有布局和组合导航产品出货，重点推荐：华 测导航。风险提 示 1、下游行业发展不及预期；2、国产化进程不及预期。2023-07-31%3 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 4/23 联合研究|行业深 度 目录 IMU：应用广泛的位置传感单元.6 惯性导 航不 易受 外界 干扰、短时 精度 高.8 加速度 计和 陀螺 仪是 惯性 导航的 核心.9 MEMS 惯导有望在 民用市场大规模应用.11 MEMS 加 速度 计为 目前 较 为先进 的类 型之 一.11 MEMS 陀 螺仪 为目 前较 为 先进的 商用 陀螺 仪.12 智能驾 驶领 域 MEMS 惯 导 市场规 模测 算.17 国产 MEMS 惯导替代空间较大.18 海外巨 头份 额较 高，国内 惯导企 业以 央企 和院 所为 主.18 国产 MEMS 惯 导领 域不 断 突破，未来 成长 潜力 较大.19 投资建议.21 风险提示.22 图表目录 图 1：华依 科技 IMU3000 高 精度惯 性测量 单元.6 图 2：Bosch Sensortec BMI 323 惯性 测量单 元.6 图 3：IMU 惯导的 一般组 成结 构和工 作原理.6 图 4：IMU 应用场 景举例.7 图 5：IMU 在智能 驾驶中 的应 用实例（一）.8 图 6：IMU 在智能 驾驶中 的应 用实例（二）.8 图 7：RH5 的控制 框架.8 图 8：RH5 的本体 感觉状态 估计系 统中的 核心是 IMU 传 感器.8 图 9：卫星 导航示 意图.9 图 10：惯 性导航 工作原 理.10 图 11：捷 联式惯 性导航 的工 作原理.10 图 12：不 同技术 加速度 计性 能情况.12 图 13：市 场上主 要陀螺 仪的 应用时 间及组 件数（件）.13 图 14：不 同技术 陀螺仪 性能 及下游 应用领 域.14 图 15：2019 年 高性 能陀螺仪 细分市 场情况（百万 美元）.14 图 16：全 球无人 机市场 规模 及预测（亿美 元）.15 图 17：中 国民用 无人机 市场 规模（亿元）.15 图 18：全 球无人 驾驶汽 车市 场规模（亿美 元）.16 图 19：MEMS 产 品 在高端工 业领域 的市场 规模及 预测（亿美元）.17 图 20：MEMS 产 品 在无人系 统领域 的市 场 规模及 预测（亿美元）.17 图 21：高 性能 MEMS 惯 性 传感器 行业状 况、市 场竞争 情况.18 表 1：惯性 导航和 卫星导 航对 比.9 表 2：不同 类型惯 导系统 发展 前景.10%4 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 5/23 联合研究|行业深 度 表 3：加速 度计性 能指标.11 表 4：陀螺 仪性能 指标.13 表 5：不同 级别陀 螺仪的 性能 指标.13 表 6：MEMS 惯 性 传感器应 用领域.15 表 7：智能 驾驶领 域惯导 规模 测算.17 表 8：IMU 惯导主 要厂商 产品 布局.19 表 9：全球 IMU 公司 市场地 位对比.20 表 10：中 国惯导 产业链 及公 司梳理.21%5 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 6/23 联合研究|行业深 度 IMU：应用 广泛的 位置传 感单元 IMU（Inertial Measuring Unit，惯性测量单元）是一种能够测量物体在三个正交方向的加速度和角加速度 的装置。基于 IMU 采集的数据，可以进一 步处理从而获得物体的 速度和位移等 位置信息。图 1：华依科 技 IMU3000 高精 度 惯性测量 单元 图 2：Bosch Sensortec BMI 323 惯性测量 单元 资料来源：华依 科技公 司官网，长 江 证 券研究所 资料来源：Bosch Sensortec 公众号，长江证券 研究所 图 3：IMU 惯导的 一般组 成结构 和 工作原理 资料来源：和绪 科技，长江证 券研究 所 IMU 的应用场景 广 泛，导航为前景广阔的重 要场景之一。高 性能 IMU 应用逐 渐拓展到无人系统、自动驾驶、高端工业、高可靠等领域，而中低性能 IMU 主要应用于消费电子和汽车等领域。其中，伴随着无人系统、自动驾驶的快速发展，导航已成为前景最为广阔的应用场景之一。%6 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 7/23 联合研究|行业深 度 图 4：IMU 应用场 景举例 资料来源：Bosch Sensortec，赢 富仪 器，导远 电子，Robb Report，MotorAuthority，长江证 券研究 所 以自动驾驶为例，现在通常的车载惯性传感器组件可以测量某个方向的运动状态，而惯性测量单元（IMU）作为一个 嵌入了三轴线性加速度计和三轴角速度陀螺仪的模块，可测量六个自由度（“6 DOF 或六 轴”）。通过组成六轴结构的线 性运动（三维空间）和旋转测量组件（滚动，俯仰和偏航），IMU 能够捕获车辆运动状 态的全部分量。IMU 不仅仅可用于安全气囊和车辆稳定 性控制，并且可以实时跟踪计算车辆的位置和方向。因此，IMU 通过精确校准消除温度和 偏差漂移后，结合扩展卡尔曼滤波器算法能在短时间内对车辆进行精准定位，且不需要任何辅助。更先进的系统会融合 车轮速度和角度信息，以辅助卡尔曼滤波器定位估计，进一步提高定位精度。IMU 可以验证 RTK GPS 结果 的自洽性，并对无法自洽的绝对 定位数据进行滤波和修正，还可以在 RTK GPS 信号消失之后，仍然提供持续若干秒的亚米级定位精度，为自动驾驶汽车争取宝贵的异常处理的时间。同样的道理，IMU 也可 以在相对定位失效时，对相对定位的结果进行 航迹推演，在一段时间内 保持相对定位的精度；例如，在车道线识别模块失效时，基于失效前感知到的道路信息和 IMU 对汽车航 迹的推演，仍然能够让汽车继续在车道内行驶。智能家居汽车自动驾驶体育运动无人机姿态控制VR/MR机器人感知%7 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 8/23 联合研究|行业深 度 图 5：IMU 在智能 驾驶中 的应用 实 例（一）图 6：IMU 在智能 驾驶中 的应用 实 例（二）资料来源：焉知 汽车，长江证 券研究 所 资料来源：焉知 汽车，长江证 券研究 所 对于平衡感知和动作灵敏度要求较高的机器人而言，IMU 模块更是核心组成之一。以RH5 机器人为例，其配有多种传感器：IMU（惯性测量单元）、关节编码器、力扭矩传感器、足部接触传感器和立体声摄像机，其中 本体感觉状态估计系统由 IMU 传感器、关节 编 码器 和足 部接 触传 感器 组成。外部 运动 捕捉 系统 由 3 台连 接 到计 算机 的摄 像机 组成，用于跟踪机器人 IMU 框架 上的反射标记，为全身控制器提供准确快速的状态反馈，并通过网络实时传输数据，检索人形浮动基的姿态，与基于 IMU 数据的本体感觉状态估计方法进行直接比较。图 7：RH5 的控制 框架 图 8：RH5 的本体 感觉状态 估计系 统中的核 心是 IMU 传感器 资料来源：IMU Markers，长 江证券 研 究所 资料来源：IMU Markers，长 江证券 研 究所 惯性导航 不易受 外 界干扰、短时精度高 导航是指引物 体 从一个 地方移动到另一个地 方的过程。导航 技术 通常包括定位、与已知位置比较两个环节。在古代，天体导航技术 即基于太阳、月球、行星和导航星的位置 来确定当前所处的位置。现代导航技术主要包括无线电导航、雷达导航、卫星导航和惯性导航等多个类别。无线电导航：利用电磁波波速 恒定的特性，通过陆基无线电波的接收、发射和处理来测量 所 在 载 体 相 对 于 导 航 台 的 方 向、距 离、速 度 等 导 航 参 量。经 典 的 无 线 电 导 航 系 统 有Loran-A、Loran-C 和 Omega 等。%8 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 9/23 联合研究|行业深 度 雷达导航：向物标反射器 主动 发射脉冲电波，并接收、放大反射波，经检波后作为图像信号显示。通过物标的方位和距离测定雷达 位置并进行导航。卫星导航：通过接收和处理导 航卫星 信号，从而对地面、海洋、空中和空间用户进行导航的技术。依据星座的不同，卫星导航 可分为 GPS 导航、北斗星导航等。惯性导航：通过测量载体在惯 性参考系下的角速度和加速度来实现导航的技术。图 9：卫星导 航示意 图 资料来源：文汇 报，长 江证券 研究所 惯性导航具有 不 易受外界干扰、短时 精 度高等优点。相较于 无线 电导航和雷达导航，惯性导航的应用限制较少，应用范围更广。与卫星导航相比，惯性导航可额外提供姿态信息。同时，惯性导航可以进行实时、连续工作，其数据的更新频率快、短时 精度高。表 1：惯性导 航和卫 星导航 对比 比 较 项 目 惯性 导 航 卫星导航 对卫星信 号的依 赖性 不依赖卫 星信号 依赖于卫 星信号 工作时的 隐蔽性 隐蔽性好，不受 外界信 息干扰 易受外界 干扰 导航定位 误差 随运动载 体运行 时间误 差不断 积累 误差与运 动载体 运行时 间无关 能否提供 载体的 姿态、航向 信息 可提供载 体的姿 态、航 向信息 单终端无 法提供 载体 的 姿态信息 产品经济 成本 价格昂贵 价格较低 资料来源：赛微 电子招 股说明 书，长 江 证券研究 所 加速度计 和陀螺 仪 是 惯性导 航 的核 心 惯性导航 的 基 本 工 作 原 理 是 利 用 陀 螺 仪 和 加 速 度 计 测 量 载 体 在 惯 性 参 考 系 下 的 角 速 度和加速度，并 对时间进行积分以计算载体的速度和位移，从而得到相对于最初位置的移动距离和移动方向。%9 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 10/23 联合研究|行业深 度 图 10：惯 性导航 工作原 理 资料来源：赛微 电子招 股说明 书，长 江 证券研究 所 根据构建导航 坐 标系方 法的不同，惯性导航分为平 台式惯性导航和捷联式 惯性导航。平台式惯性导航是采用物理平台模拟导航坐标系统，以物理平台跟踪解算所需的导航坐标系。捷联式惯性导航是 将加速度计和陀螺仪直接安装于载体，以加速度计和陀螺仪采集的数据直接求解位置信息。表 2：不同类 型惯导 系统发 展前景 类 型 主 要 应 用 级 别 定位 误差 典 型值 定向误 差 典 型值 技 术特征 环境适 应性 发展 前景 平台式惯导系统 中高导航 级、运动隔离 1-2 海里/小时 0.10-0.20 度 机电一体 化系统，系统内部 有三到 四个实体框 架 抗振、抗冲击能力有限 局部被淘 汰，市场萎缩 捷联式惯导系统 高中低导 航级、稳定 控制 1 海里/小时 0.05-0.10 度 电子数字 化系统，系统内部 没有活 动部件 抗振、抗冲击能力强 主流应用 形式 资料来源：晨曦 航空招 股说明 书，长 江 证券研究 所 捷联式惯性导 航 具有体 积、成本和可靠性的 优势，已成为惯导的发展方向。捷联式惯性导 航 虽然 对 加速 度计 和 陀螺 仪的 精 度、算 力提 出了 更 高的 要求，但无 需 复杂 机电 平 台，因而在 体积、成本和可靠性 等方面具有一定的优势。自上世纪 80 年代以来，捷联式惯性导航 已成为重要的发展方向。图 11：捷 联式惯 性导航 的工作 原 理 资料来源：长江 证券研 究所 速度及时更新速度输出位置输出姿态输出平移角速度计算高度计算位置矩阵及时修正g 的计算比力坐标变换姿态矩阵 计算角速度计算角速度提取加速度计大气 数据中心陀螺仪 地球速度计算%10 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 11/23 联合研究|行业深 度 MEMS 惯导 有 望在 民用市 场大规模 应用 根据加速度计和陀螺仪类型不同，IMU 惯导可分为多种类型。其中，MEMS 惯导体积小、成本低，有望在民用市场中大规模应用。MEMS 加速度计 为 目前较为 先进的 类 型之一 加速度计是基于牛顿第二定律感知物体线加速度的传感器，可通过对质量块所受惯性力的测量计算出加速 度值。加速度计种类较多，目前应用较广的 类型有液浮摆式加速度计、挠性摆式加速度计、石英振梁加速度计和 MEMS 加速度计 等。液浮摆式加速度计、挠性加速度计技术已 较为成熟，而 MEMS 加速度计近年来发展 迅速。MEMS 加速度计在尺寸、性能、智能化等方面都具有一定优 势，是当前最为先进的加速度计之一。MEMS 加速度计通 常由质量块、阻尼器、弹性元 件、敏感元件和适调电路等部分组成。依据工作原理的不同，MEMS 加速度计可以分为 电容式、压电式、热感式、谐振式等类型。其中，凭借 检测精度高、受温度影响小、功耗低、宽动态范围以及可以测量静态加速度等优点，电容式 MEMS 加速度计是目前应 用最多的类型之一。加速度计的性能指标较多，零偏稳定性、零偏重复性、线速度随机游走 和标度因数精度为四个核心性能指标。表 3：加速度 计性能 指标 技 术 指 标 说明 零偏稳定 性 基于 ALLAN 方 差方法，衡量 加速 度计在一 个工作 周期内，当输 入线 加速度为 零时，加速度 计输出 值围 绕其均值 的离散 程度。数值越小 表示性 能越高。零偏重复 性 在同样条 件下及 规定间 隔时间 内，多天通电 过程中，加速 度计零 偏相 对其均值 的离散 程度，以多天 测试 所得零 偏 的标准 偏差表示。数 值越小 表示性 能越高。线速度随 机游走 表征输出 白噪声 大小的 一项技 术指 标，反映 加速度 计输出 的加速 度随 时间积累 的不确 定性。数值越 小表 示性能越 高。标度因数 精度 表征加速 度计由 于温度 变化、非线 性、重复 性等影 响因素，标度 因数 围绕其均 值的离 散程度，一般 用 ppm(parts per million)表示。数值 越小表 示性能 越高 资料来源：芯动 联科招 股说明 书，长 江 证券研究 所 根 据 核心 性 能指 标，加 速度 计可 分 为战 略 级、导航 级、战 术级、消费 级 四大 类。其中，战略级对加速度计的 零偏稳定性 和标度因数精度的要求最高。惯性导航所需的导航级虽未达到战略级的性能指标要求，但要求已高于战术级和消费级。%11 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 12/23 联合研究|行业深 度 图 12：不 同技术 加速度 计性能 情 况 资料来源：芯动 联科招 股说明 书，长 江 证券研究 所 MEMS 陀螺仪 为目 前较为先 进的商 用 陀螺仪 陀螺仪是一种测量 物体角速度的传感装置。陀螺仪技术通常 可 分为四代，MEMS 陀螺仪是第三代陀螺仪的代表，是目前商用陀螺仪中较为先进的类型。1）基 于牛 顿经 典力 学原 理的第 一 代陀 螺仪。其优点为种类 多、精 度高，缺 点为体 积质量大、系统组成结构复杂、性能受机械 结构复杂性和极限精度制约、产品制造维护成本昂贵。典型的第一代陀螺仪为静电陀螺和 动力调谐陀螺。2）基于萨格奈 克效应的第二代陀螺仪。其优点是精度高、反 应时间短、动态范围大、可靠性高、环境适应性强、易维 护、寿命长，缺点为成本高、体积大。光学陀螺技术较为成熟，已得到批量应用，典型的 第二代陀螺仪为激光陀螺和光纤陀螺。3）基 于哥 氏振 动效 应和 微纳加 工 技术 的第 三代 陀螺 仪。其 典型代 表是 半球谐 振陀 螺和MEMS 陀螺。受限于结构及制 造技术，半球谐振陀螺的量产难度较高。MEMS 陀螺仪具有体积小、重量轻、环境适应性强、价格低、易于 大批量生产等特点，得到了较为广泛的应用。4）基于现代量子 力学技术的第四代陀螺仪。其优点为高精度、高可靠、小型化，但目前仍处于早期研究阶段。典型的第四代陀螺仪 为核磁共振陀螺、原子干涉陀螺。战术级机械浮动工具机械摆式再平衡加速度计MEMS 加速度计石英加速度计战略级 导航级 消费级标度因数精度（ppm）零偏稳定性（g）10001001010.10.1 1 10 100 1000 10000%12 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 13/23 联合研究|行业深 度 图 13：市 场上主 要陀螺 仪的应 用 时间及组 件数（件）资料来源：High-End Inertial Sensors for Defense,Aerospace and Industrial Applications 2020（Yole Developpement），长 江证券 研究所 不同应用领域对陀螺仪的性能具有不同的要求。在众多的指标中，零偏稳定性、零偏重复性、角度随机游走、标度因数精度 是较为核心的性能指标。表 4：陀螺仪 性能指 标 技 术 指 标 说明 零偏稳定 性 基于 ALLAN 方 差方法，衡量 陀螺 仪在一个 工作周 期内，当输入 角速 率为零时，陀螺 仪输出 值围绕 其均 值的离散 程度。数值越小表示性 能越高 零偏重复 性 在同样条 件下及 规定间 隔时间 内，多次通电 过程中，陀螺 仪零偏 相对 其均值的 离散程 度，以 多次测 试所 得零偏的 标准偏 差表示。数值 越小表 示性能 越高 角度随机 游走 表征陀螺 仪角速 率输出 白噪声 大小 的一项技 术指标，反映 陀螺仪 输出 的角速率 积分（角度）随时间 积累 的不确定 性。数 值越小表示性 能越高 标度因数 精度 基于 ALLAN 方 差方法，衡量 陀螺 仪在一个 工作周 期内，当输入 角速 率为零时，陀螺 仪输出 值围绕 其均 值的离散 程度。数值越小表示性 能越高 资料来源：芯动 联科招 股说明 书，长 江 证券研究 所 根据核心性能参数的不同，一般将陀螺仪分为战略级、导航级、战术级、消费级。其中，得益于优良的性能，MEMS 陀 螺仪可横跨导航级、战术级和消费级三大级别。表 5：不同级 别陀螺 仪的性 能指标 类 别 战 略级 导航级 战 术级 消费级 应用领域 航天，航 海 航空，长 航时无 人系统 高端工业（如测 绘，资 源勘探）、车辆和 飞行体 消费电子 零偏稳定 性（/h）15 标度因数 精度（ppm）1000 角度随机 游走（/h）0.5 陀螺仪技 术 机电陀螺 仪、激 光陀螺 仪、光纤陀螺 仪 激光陀螺 仪、光 纤陀螺 仪、动力调谐 陀螺仪、MEMS 陀螺仪 激光陀螺 仪、光 纤陀螺 仪、动力调谐 陀螺仪、MEMS 陀螺仪 MEMS 陀螺仪 资料来源：芯动 联科招 股说明 书，长 江 证券研究 所 01020304050607080动力调谐陀螺 激光陀螺 光纤陀螺 振动陀螺 半球谐振陀螺 MEMS 陀螺1975196519851990 2000 2000%13 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 14/23 联合研究|行业深 度 不同技术 类型的陀螺仪分别应用于不同级别的下游 领域。光纤陀螺仪、动力调谐陀螺仪、静电悬浮陀螺仪等 传统陀螺仪主要 用于系统复杂、高价值应用平台。但是，受限于体积大、价格高、抗机械冲击能力差，传统陀螺仪难以适应平台小型化、低成本化和 智能化的发展 趋势。MEMS 陀 螺仪核心性能指标可 达到部分传 统陀螺仪精度水平，可广泛应 用于导航级、战 术 级和消 费级的应用场景。图 14：不 同技术 陀螺仪 性能及 下 游应用领 域 资料来源：芯动 联科招 股说明 书，长 江 证券研究 所 MEMS 陀螺仪具 有小型 化、高集成、低成本的优势，随着精度和稳定性的 持续提升，市场地位不断提 升。2019 年，工 业级应用领域内，硅基 MEMS 陀螺仪占据了 85.75%的市场份额，在战术级 应用领域内，硅基 MEMS 陀螺仪也占据 了一定的份额。图 15：2019 年高性能 陀螺仪 细分 市场情况（百万 美元）资料来源：High-End Inertial Sensors for Defense,Aerospace and Industrial Applications 2020（Yole Developpement），长 江证券 研究所 随着 MEMS 惯性技术的持续进步，高性能 MEMS 惯性传感器应用逐渐拓展到无人系统、自动驾驶、高端工业、高可靠等领域，而中低性能 MEMS 惯性传感器主要应用于消费电子和汽车等领域。零偏稳定性自对准战略导航自主导航海陆空导航与测量自动驾驶L4以上动力调谐陀螺仪机械陀螺半球谐振陀螺仪激光陀螺仪战略级 导航级消费级 战术级标度因数精度（ppm）（/h）10001010.11000.000015 0.0015 0.00015 0.015 0.15 1.5 15 150 1500 3600工业无人平台航姿系统辅助驾驶消费电子硅基MEMS陀螺仪光纤陀螺仪&石英MEMS 陀螺仪01002003004005006007008009001000工业级 战术级 导航级 战略级硅基MEMS 陀螺仪 石英MEMS 陀螺仪 光纤陀螺仪激光陀螺仪 半球共振陀螺仪 其他%14 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 15/23 联合研究|行业深 度 表 6：MEMS 惯性 传感器 应用领 域 领 域 应用 工业与通 信 无人系统、工业 机器 人、石油 勘探、测量测 绘、高 速铁路、精密 农业、工程机 械、寻 北仪、光电吊 舱、动中通、天线姿态监 测、光 伏跟踪 系统、结构 健康监测、振动 监测等 高可靠 卫星姿态 控制、航姿备 份系统 等 汽车电子 安全气囊、车身 稳定系 统、TPMS 胎压传感 器、GPS 辅助导 航、自 动驾驶高 精定位 等 医疗健康 健康监测 设备、植入式 心脏起 搏器、手术机 器人、康复训 练设备 等 资料来源：芯动 联科招 股说明 书，长 江 证券研究 所 无人系统：是指具有一定自治 能力和自主性的无人控制系统，它是人工智能、机器人技术以及实时控制决策系统的结合产物。通过利用惯性 器件及捷联惯性导航技术，可以为无人系统提供精确的速度、位置和姿态等信息，从而实现其精确的导航定位和姿态控制。无人系统能广泛替代人类于各种环境下独立完成布置的任务，而不需要或者只需要极少操控人员的控制，大大扩充了人类的行为能力。无人系统包含无人机、无人车、无人船、无人潜航器以及机器人等多种无人平台，其中尤以无人机的应用最为广泛。根据 Drone Industry Insight 数 据，2020 年全球无人机市场规 模为 209 亿美元，预计到 2026 年全球无人机市场规模将达 413 亿美元，2020-2026 年复合增长率为12.02%。无人机作为智能无人 化工作的代表，具有高效无休、零接触的工作特点，在安防巡检、消杀作业、物流配送、宣传喊话、照明测温、农业植保等方面发挥了重要的作用。Frost&Sullivan 估计，2020 年中国民用无人 机行业 整 体市场规 模达 599 亿元，发展潜力巨大。图 16：全 球无人 机市场 规模及 预 测（亿美 元）图 17：中 国民用 无人机 市场规 模（亿元）资料来源：Drone Industry Insight，Drone market in 2021-2026 sample，芯 动 联科招股说 明书，长江证 券研究 所 资料来源：Frost&Sullivan，芯动 联科 招股说明 书，长 江证券 研究所 自动驾驶：现代 汽车 系 统已 经搭 载 了 多种 MEMS 惯 性 传 感器，如 陀螺 仪、加 速 度计、磁力计和惯性测量单元，以增强汽车的可靠性，提高驾驶的安全性。最早应用于汽车的是 MEMS 加速度计，用于监测汽车运行状态，判断突然减速过程中是否启用安全气囊，MEMS 加速度计还被用于胎压 监测（TPMS）中监测车辆运动 状态以优化 TPMS 传感器 的 电 池寿 命，MEMS 陀 螺 仪也 被 大 量用 于 车身 稳 定系 统 以增 强 行 车安 全 性。如 今，MEMS 惯性 测量 单元 正逐 步被 用于自 动驾 驶并 辅助 GPS 导 航，在 卫星 信号 较弱 甚至丢失的情况下，根据惯性测量单元实时测量的加速度和角速率信息，继续利用惯性导航0%5%10%15%20%25%30%35%0501001502002503003504004502018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E规模（亿美元）同比（右）050010001500200025002015 2016 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E消费无人机 工业无人机%15 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 16/23 联合研究|行业深 度 以推算出最新的位置，在短时间内仍可得到较高精度的位置信息，利用航迹推算实现短时导航，大大提高了用户体验。根据 iimedia 估计，2025 年 全球无人驾驶汽车市场规模将突破 1,200 亿美元，2021-2025 年复合增长率为 46.78%，增长 潜力巨大。根据中商产业研究院数据，2017-2021 年 我 国 无 人 驾驶 市 场 规模 由 681 亿元 增 至 2,358 亿 元，年均 复 合 增 长 率为 36.4%。中商产业研究院预测，2022 年我国无人驾驶市场规模可达 2,894 亿元。图 18：全 球无人 驾驶汽 车市场 规 模（亿美 元）资料来源：iimedia，芯 动联科 招股说 明 书，长江 证券研 究所 MEMS 惯 性 传 感 器 具有 小 型 化、高 集 成、低 成 本的 优 势，随着 其 精 度 的提 升，MEMS 惯性传感器逐步适用于对精度要求较高的高可靠领域。我国高可靠领域市场应用场景广泛，市场需求蓬勃增长，具备广阔的市场空间。国外市场方面，根据 Yole 报告的统计，预计未来全球高可 靠领域 MEMS 产品的市场空间较大。高可靠领域的核心壁垒为需要根据产品最终应用领域设计、生产出对应性能的产品；例如平台稳定需要超低噪声和高带宽处理技术做支撑；复杂环境导航需要抗高过载和温度补偿技术做支撑等。国内市场方面，基于 MEMS 的惯性测量单元可大幅降低设备成本，并能在各种恶劣环境中稳定工作满足可靠性要求，取代原本成本高昂、体积较大的其他惯性器件。MEMS 产品在高 端工业领域应 用较广，市场较大。根据 Yole 发布的 Status of MEMS Industry 2022，2021 年全球高 端工业领域中 MEMS 产品的市场规模为 22.34 亿美元，预计到 2027 年 全 球 高 端 工 业 领 域 中 MEMS 产 品 的 市 场 规 模 将 达 33.40 亿美元，2021-2027 年复合增长率为 7.00%。同时，MEMS 产品在无人系统领域也有广泛的应用场景及广阔的市场空间。根据 Yole 发布的 Status of MEMS Industry 2022 和 High-End Inertial Sensing 2022，2021 年 全 球 无 人 系统 领 域 中 MEMS 产品的市场规模为40.26 亿美元，预计到 2027 年 全球无人系统领域中 MEMS 产品的市场规模将达 64.21 亿美元，2021-2027 年复合增 长率为 8.09%。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%02004006008001000120014002015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025市场规模（亿美元）同比（右）%16 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 17/23 联合研究|行业深 度 图 19：MEMS 产品 在高端 工业领 域的市场 规模及 预测（亿美元）图 20：MEMS 产品 在无人 系统领 域的市场 规模及 预测（亿美元）资料来源：Yole Intelligence,Status of the MEMS Industry 2022，芯动联 科招股 说明书，长 江证券 研究所 资料来源：Yole Intelligence,Status of the MEMS Industry 2022,High-End Inertial Sensing 2022，芯 动联科 招股 说明书，长江证券 研究所 MEMS 产品主要用于无人系统 领域的无人机、无人驾驶车辆等领域，其中，无人驾驶市场份额在上述市场规模正逐渐占据愈发重要的地位，行业内的厂商正积极布局此类市场以获取更强的市场竞争地位。行 业 格局 方 面，从 全 球 来看，得 益 于相 关 研究 起步 较 早，以及 半 导体 产 业链 发展 成 熟，无人系统市场中的 MEMS 产品市场份额基本被国际知名企业瓜分。我国以深迪半导体、矽睿科技、芯动联科为代表的国内厂商相继推出无人系统领域产品，但在中高端产品线上差距明显。MEMS 产品用于无人系统 领域 的核心壁垒主 要为 MEMS 传 感 器 与 其 他 无人 系 统 技 术的有机融合，即在保证无人系统高性能、低成本的前提下，减少对通信损耗、提高响应速度，最终达到降低成本、提升整体效率的目的。智能驾驶 领域 MEMS 惯导市场 规模测 算 根据 Wind 数据库，2022 年我 国乘 用车销量 2355 万辆，假 设：1、2023-2026 年行业销量每年增长 5%；2、IMU 单 车价格 2022 年 600 元，此后 每年下降，2026 年假设 300元；3、高精度定位渗透率对应 L3 及 L3 以上智能驾驶渗透率，预计 2026 年达到 35%。综合上述假设，我们测算出 2026 年乘用车智能驾驶领域 IMU 市场规模为 30 亿元。表 7：智能驾 驶领域 惯导规 模测算 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 乘用车销 量（万 辆）2355 2473 2596 2726 2863 YoY 10%5%5%5%5%高精度定 位渗透 率 1.5%5.0%12.0%25.0%35.0%高精度定 位车辆（万辆）35 124 312 682 1002 IMU 单价:元 600 500 400 350 300 市场空间:亿元 2 6 12 24 30 同比增速 147%192%102%91%26%资料来源：Wind，长江证券 研究所 0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%051015202530352018 2019 2020 2021 2022E2023E2024E2025E2026E2027E规模（亿美元）同比（右）-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.002019 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E规模（亿美元）同比（右）%17 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 18/23 联合研究|行业深 度 机器人是智能驾驶之外另一新兴市场，未来有望成为重要生产工具，数量上或可超越乘用 车。此 外，考 虑到 其 精度 需求 高 于智 能