2020年中国惯性导航行业精品报告.pdf

1 leadleo 2020年 中国惯性导航行业精品报告 报告标签 ：惯性导航、陀螺仪、加速度计、卫星导航、 MEMS传感器 报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系 头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外）。 未经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、再造 、传播、出版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行 为发生，头豹研究院保留采取法律措施，追究相关人员责任的权利。头 豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标 ，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构，也未授权或聘用其 他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。 报告主要作者：陈夏琳 2020/032 2020 LeadLeo leadleo 惯性导航是通过测量加速度来解算运载体位置信息的自主导航定位方法，该方法具备不与外界交互而自主独立工作的能力。惯性 导航系统能实时、准确地测量位置、加速度及转动量（角度、角速度）等信息，是唯一可输出完备六自由度数据的设备。因中国 部队正在进行国防现代化建设，军用惯性导航更新换代需求旺盛，且在未来一段时间内都将保持高需求态势，此外，中国无人机 （百亿级市场）及无人驾驶（万亿级市场）行业发展迅速。在下游军用市场和民用市场的双重刺激下，2019至2024年中国惯性导 航行业市场规模（按销售额统计）有望从172.7亿元人民币增长至429.7亿元人民币，年复合增长率将达20.0%。 中国惯性导航行业下游市场增长稳定，其中自动驾驶将是未来增长热点 中国惯性导航行业下游包括军用和民用两部分，其中军用市场的应用占比约81.8%，是中国惯性导航行业的主流应用。从参与主体角度分 析，中国具备惯性传感器研究和制造实力的企业多集中于军工领域，而民营企业主要参与中游惯导系统的设计和制造。中国惯性导航行 业下游市场增长稳定，其中军用需求保持逐年上升态势，民用领域中自动驾驶市场有望在未来1-2年实现L3等级量产，对惯性导航的需求 巨大。 中国惯性导航行业投资价值高，可从器件层、无人驾驶应用、算法标定及器件设计、制造与封测等领域入手 中国惯性技术整体开发水平尚未列入全球前列，且行业存在政策调整风险及发展不及预期风险。但考虑到惯性导航各应用均处于蓬勃发 展或早期发展阶段且对惯性导航需求旺盛等特点，总体而言，中国惯性导航行业发展潜力佳、投资标的判断标准清晰，产业投资价值高。 投资者若能在该阶段成功捕获优质投资标的，则其投资回报收益率将维持在较高水平。中国惯性导航行业的投资机会主要可分为以下三 点： 从全产业链角度出发，器件层是惯性导航产业链核心环节，且器件层尚未形成绝对的行业龙头，值得投资； 从应用层面出发，随着未来中国L3及以上自动驾驶等级汽车渗透率的提升，中国自动驾驶用惯性导航市场可达千亿级别，提前布局 无人驾驶行业的企业将是优质投资标的； 从产品实现过程角度出发，中国惯性导航行业的竞争重点将由算法设计、标定环节逐渐滚动至惯性器件的设计、制造与封测环节， 投资者在挑选标的时可根据不同阶段的竞争重点做出判断。 企业推荐： 导远科技、戴世智能、羲朗科技 报告摘要3 2020 LeadLeo leadleo 名词解释 - 05 中国惯性导航行业概述 - 09 定义 - 09 工作原理分析 - 10 分类 - 11 中国惯性导航行业产业链分析 - 12 中国惯性导航产业链分析 - 12 中国惯性导航行业产业上游分析 - 13 陀螺仪 - 13 加速度计 - 14 GNSS板卡 - 15 中国惯性导航行业产业链下游概述 - 16 中国惯性导航行业市场规模分析 - 17 军用市场规模推导 - 17 民用市场规模推导 - 18 中国惯性导航行业市场规模推导 - 19 中国惯性导航行业产业链投资策略分析 - 20 中国惯性导航行业政策分析 - 21 中国惯性导航行业核心竞争力分析 - 22 中国惯性导航系统实现过程 - 22 目录4 2020 LeadLeo leadleo 短期核心竞争力分析标定补偿及算法 - 23 长期核心竞争力分析器件设计、加工与封测 - 24 中国惯性导航行业驱动因素分析 - 25 驱动因素分析自动驾驶发展拉动需求增长 - 25 驱动因素分析军用市场需求旺盛 - 26 中国惯性导航行业发展趋势分析 - 27 发展趋势分析高精度陀螺仪将成主流 - 27 发展趋势分析融合将成行业主旋律 - 28 中国惯性导航行业投资风险及优质企业判断标准 - 29 中国惯性导航行业竞争格局分析 - 30 中国惯性导航行业竞争格局 - 30 中国惯性导航行业企业排名 - 31 中国惯性导航行业投资企业推荐 - 32 导远科技 - 32 戴世智能 - 34 羲朗科技 - 36 中国惯性导航行业投资建议概述 - 38 专家观点 - 39 方法论 - 40 法律申明 - 41 目录5 2020 LeadLeo leadleo IMU：惯性测量单元（Inertial Measurement Unit），用于测量物体三轴姿态角（或角速率）以及加速度的装置，广泛应用于汽车、机器人等需进行运动控制的设备制造 领域。 自由度：用以确定物体在空间中独立运动的变量，最大数为6，六个自由度指沿三个方向平移以及绕三个轴转动。 GNSS：全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System），又称全球卫星导航系统，泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、 俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。 陀螺仪：是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀 螺仪。 加速度计：测量运载体线加速度和重力加速度的仪表。在惯性系统中，加速度计是基本的敏感元件之一，与陀螺仪一起构成惯性导航系统。 累计误差：是从基准点（端点）起朝一个方向以一定间隔依次进行定位，在工作台的移动范围内各定位点测量值（实际从基准点移动的位置）与指令值（发出指令后应 实际移动的位置）之差的最大差值。 比力：载体相对惯性空间的绝对加速度和引力加速度之和。 有害加速度：指运载体相对地球运动和地球旋转引起的加速度、运载体在地球表面圆周运动的向心加速度以及重力加速度等。 地心惯性系：原点位于地球原点，z轴沿地轴指向北极，x轴和y轴位于赤道平面内分别指向两个恒星的坐标系。 加速度：指在匀变速直线运动中的速度变化与所用时间的比值，是速度对时间的变化率，表示速度变化的快慢。加速度与速度变化和发生速度变化的时间长短有关，但 与速度的大小无关。 科里奥利力：是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。 位移：由初位置到末位置的有向线段，其大小是运动物体初位置到末位置的直线距离，其方向是从初位置指向末位置。位移只与物体运动的始末位置有关，而与运动的 轨迹无关。如果质点在运动过程中经过一段时间后回到原处，则位移则为零。 角速率：一个以弧度为单位的圆在单位时间内所走的弧度。 名词解释（1/4）6 2020 LeadLeo leadleo MEMS：微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System），指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微 型机电系统，通过采用半导体加工技术能够将电子机械系统的尺寸缩小到毫米或微米级。 MEMS陀螺仪：指利用科里奥利力将旋转物体的角速度转换成与角速度成正比的直流电压信号的硅微机电陀螺仪，其核心部件通过掺杂技术、光刻技术、腐蚀技术、 LIGA技术、封装技术等批量生产。MEMS陀螺仪作为MEMS惯性传感器的一种，具有体积小（其边长都小于1mm）、质量轻（核心器件重量仅为1.2mg）、启动快、可靠 性高（工作寿命超过10万小时，能承受1000g的冲击）、价格低、易于大批量生产、能承受恶劣环境条件等突出优势。 激光陀螺仪：是利用Sagnac效应，通过在闭合光路中由同一光源发出沿顺时针方向和逆时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，测出闭合 光路旋转角速度的陀螺仪。 光纤陀螺仪：以光导纤维线圈为敏感元件，可精确定位运动目标方位的仪器。 Sagnac效应：将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，随后在屏幕上产生干涉，当环路平面内存在旋转角速度时，屏 幕上的干涉条纹将会发生移动的现象。 半球谐振陀螺仪：是哥式振动陀螺仪中的一种具有惯导级性能的高精度陀螺仪，随机漂移可达到10 -4 /h量级，寿命高达15年。 MEMS加速度计：是使用MEMS技术制造的加速度计。由于采用了微机电系统技术，其尺寸大大缩小（一个MEMS加速度计只有指甲盖的几分之一大小），具有体积小、 重量轻、能耗低等优点。 石英挠性加速度计：一般为单轴力矩反馈式加速度计，是通过检测质量以检测外界的加速度信号，再经伺服电路解调、放大，最后输出电流信号正比于加速度信号的加 速度计，广泛用于航空航天高精度导航系统、石油钻井测斜或地质勘探捷联系统。 多路径效应：信号在传播过程中，受一些物体的反射而改变了传播方向、振幅、极化及相位等，与通过直线路径到达接收机的信号产生叠加而导致的定位结果不准现象。 带宽：指陀螺仪/加速度计频率特性测试中，规定在测得的幅频特性的幅值降低3dB所（分贝/小时）对应的频率范围。在该范围内陀螺仪/加速度计能够精确线性地测量 输入角速率/线加速度。 标定：是通过实验手段建立惯性器件输出误差与外部输入（如温度、角速度、振动）之间的关系，以确定不同条件下惯性器件误差的补偿方法，是惯性技术产品极为重 要的生产工序，也是惯性检测及误差补偿技术的重要一环。 名词解释（2/4）7 2020 LeadLeo leadleo 卡尔曼滤波惯导模型：是一种最优化自回归数据处理算法，其利用多传感器进行信息融合，通过传感器之间的冗余数据及互补数据，增强系统的可靠性及观测范围，同 时借助误差不随时间积累的辅助导航系统提供的信息来补偿和抑制惯性导航中的累积误差，进而达到提高整个导航系统精度的目的。 扩展卡尔曼滤波方法：将非线性系统的非线性函数通过泰勒级数等方法线性化，并省去高阶项，得到线性系统模型的卡尔曼滤波方法。 RTK：载波相位差分技术（Real-time Kinematic），实时处理两个测量站载波（指可用调制信号调制的高频电磁波）相位（亦称相角，是描述信号波形变化的度量单位） 观测量的差分方法，能在野外实时得到厘米级定位精度。 航位推算：指在知道当前时刻位置的条件下，通过测量移动的距离和方位，推算下一时刻位置的方法。 动中通：是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称。通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等移动的载体在运动过程中可实时跟踪卫星等平台，不间断地传递语音、数据、 图像等多媒体信息，可满足各种军民用应急通信和移动条件下的多媒体通信的需要。 AGV：自动导引运输车（Automated Guided Vehicle），装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。 零偏：当输入角速率为零时，陀螺仪的输出量为零偏，以规定时间内测得的输出量平均值相应的等效输入角速率表示，单位为（）/h。 RAIM：接收机自体完好性监控（Receiver Autonomous Integrity Monitoring），根据用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完好性的技术，其目的是在导航过程 中检测出发生故障的卫星，并保障导航定位精度。 SLAM：即时定位域地图构建（Simultaneous Localization and Mapping），机器人在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量 式地图，实现自主定位和导航的技术。 IATF16949：IATF（国际汽车工作组，International Automotive Task Force）为了协调国际汽车质量系统规范而出台的汽车行业质量管理体系认证，已成为汽车行业的基 础性标准。 EDA：电子设计自动化技术（Electronic Design Automation），以计算机为工具，设计者在软件平台上用硬件描述语言Verilog HDL完成设计文件，再由计算机自动完成 逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对特定目标芯片完成适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。 激光雷达：通过分析发射及接收激光束的时间差计算障碍物距离的雷达传感器。 名词解释（3/4）8 2020 LeadLeo leadleo VSLAM：视觉导航（Visual SLAM），是通过摄像机对周围环境进行图像采集，并对图像进行滤波和计算，完成自身位置确定和路径识别，并做出导航决策的一种新的导 航技术。VSLAM采用被动工作方式，设备简单、成本低廉、应用范围广。VSLAM最主要的特征是自主性和实时性，无需依靠外界任何设备，只需对储存系统和环境中的 信息进行计算就可得出导航信息。 自动驾驶分级L1-L5：美国汽车工程协会和美国高速公路安全管理局共同推出的自动驾驶等级标准。L0指由人全权驾驶的无自动化汽车，可辅助警告和保护系统，L1指 提供方向盘或加减速辅助功能的驾驶支援汽车，L2指部分自动化汽车，L3指有条件自动化汽车，L4指高度自动化汽车，L5指完全自动化汽车。其中，L1-L3处于ADAS阶 段，L4处于“ADAS+V2X”阶段，L5处于完全自动驾驶阶段。 ADAS：先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance System），利用安装在车辆上的传感、通信、决策即执行等装置，检测驾驶员、车辆及其行驶环境并通过影像、 灯光、声音、触觉提示/警告或者控制等方式辅助驾驶员执行驾驶任务或主动避免/减轻碰撞危害的各类系统的总称。 V2X：车与外界信息交换（Vehicle to Everything），车对周围的移动交通控制系统实现的信息交互技术，X可指代车辆、红绿灯等交通设施，也可是云端数据库，该系统 通过整合全球定位系统（GPS）导航技术、车对车交流技术、无线通信及远程感应技术等多种技术实现信息融合共享，可用于指导车辆路线规划、规避障碍物等。 鲁棒性：在异常和危险情况下系统生存的能力，指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持其它某些性能的特性。 名词解释（4/4）9 2020 LeadLeo leadleo10 2020 LeadLeo leadleo “全球导航卫星系统（GNSS）+惯性测量单元（IMU）”是最常见的惯性导航组合方案。 GNSS在卫星信号良好时可提供厘米级定位，但在地下车库等卫星信号微弱的场景 下，其定位精度会大幅下降。IMU即使在复杂工作环境中或极限运动状态下也可进 行准确定位，但其存在误差累计问题。两者结合可实现应用场景和定位精度的互补； 此外，GNSS更新频率低（仅有10Hz，其延迟达100ms），不足以支撑实时位置更 新，IMU的更新频率100Hz（其延时10ms），可弥补GNSS的实时性缺陷。 因而通过IMU与GNSS的组合，可达到优势互补的效果，大幅提升定位系统的精确度。 惯性导航定义 来源：导远科技，星网宇达招股说明书，头豹研究院编辑整理 中国惯性导航定义 惯性导航因其强自主性和强抗干扰性而具有不可替代性，但存在误差累计等缺点，需 与其他定位方式进行优势互补，其中，“GNSS+IMU”是最常见的INS组合方案 惯性导航（Inertial Navigation System）是通过测量加速度来解算运载体位置信息的 自主导航定位方法，该方法不向外部辐射能量、不依赖于外部信息，因而具备不与外 界交互而自主独立工作的能力。惯性导航系统能实时、准确地测量位置、加速度及转 动量（角度、角速度）等信息，是唯一可输出完备六自由度数据的设备。 “GNSS+IMU”定位系统示意图 惯性导航构成 惯性导航优点分析 常见的定位技术包括以卫星定位GNSS为代表的信号定位、以激光雷达定位为代表的 环境特征匹配定位，以及惯性导航定位。这三种方式各有优劣，而惯性导航具有强自 主性、强抗干扰能力、不依赖外界信号等特点，同时可为运载体全面提供位置、姿态、 速度等信息，其输出的信息丰富而全面。因此，惯性导航具有不可替代性。 1 全天候、全天时、绝对 位置准确 优点 2 可获得周围环境的3D信息 优点 3 不依赖于外部信息，强 自主性 数据更新频率高 优点 1 依赖卫星信号，在信号丢 失时，无法定位 易受电磁环境干扰 缺点 2 传感器受天气、环境、光 线影响大 缺点 3 存在累计误差 缺点 信号 定位 环境特 征匹配 定位 惯性导 航定位 常见定位技术优缺点分析 位置 更新 偏差 计算 组合 解算 频 率 互 补 GNSS预测 IMU预测 备注： 性能 互补 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 ms 时间 每两个100ms用IMU 预测位置，其频率 为10ms/次 误差随时间 增加而变大 更新频率高 IMU 每 100ms 用 GNSS 修 正汽车实际位置 数据准确 更新频率低 GNSS 基站 卫星 卫星 IMU 卫星 GNSS 系统 组合 方案11 2020 LeadLeo leadleo 来源：星网宇达招股说明书，惯性技术，头豹研究院编辑整理 中国惯性导航工作原理分析 加速度计和陀螺仪等惯性传感器是惯性导航的核心器件，分别用于测量运载体的加速 度和角速度，对系统的精度起决定性作用 惯性导航系统工作原理 惯性导航系统以牛顿力学定律为基础，利用IMU测量载体的比力及角速度信息，结 合给定的初始运动条件，与GNSS等系统进行信息融合，从而实时推算速度、位置、 姿态等参数。基于该技术的惯性导航系统可装备于运载体（如飞机、船舶、汽车、 无人机等）并用于实现导航定位，系统通过连续测得运载体角速度和线速度并进行 积分运算即可连续、实时预测运载体的当前位置。 IMU是融合了陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器的多轴组合。其中，陀螺仪 用以获取运动体的角速度并测量其角度变化，加速度计用以获取运动体的线性加速 度并测量其速度变化。惯性导航解算软件将角速率进行积分运算解算出姿态矩阵并 提取姿态信息，再利用姿态矩阵将加速度计测得的比例加速度信息变换至地理坐标 系上计算出运载体的速度和位置，进而实现对运载体运动参数的有效控制。 惯性导航系统工作原理 加速度计及陀螺仪等惯性传感器为惯性导航系统的核心器件（以MEMS惯性导航为例， 两者成本占比约50%），分别用于测量运载体的加速度和角速度，对系统精度起决定性 作用。 惯性导航系统的核心部件 加速度计与陀螺仪在惯性导航系统中的作用 加速度计作用分析通过加速度反推速度和位置信息 陀螺仪作用分析通过角速度获取方向信息 牛顿力学框架表明任何运动体的运动状态均可用加速度表征。而运动体的运动状态可简单概 括为时间、速度和距离三个要素，其中时间可直接获取，运动速度和运动距离可分别通过加 速度一次积分及二次积分得到，即通过测量运载体的加速度即可推测出其运动状态。 加速度计可测量运动体的加速度，是确定惯性导航系统导航参数的核心部件。 由于地球自传以及运载体做相对地球的运动，运载体所处位置当地水平面和方位相对惯性 空间处于不断的变换当中。因此，如果要使平台始终保持水平和固定指北方向，即使平台 跟踪地理坐标系，就必须使平台以地理坐标系相对惯性空间的角速度相对惯性空间转动。 因此，惯性导航系统必须使用陀螺仪，并使陀螺仪按一定角速度进动，从而传输信号至稳 定回路使平台，使其也以相同的角速度相对惯性空间转动。最后通过以惯性参照系中系统 初始方位作为初始条件，对角速率进行积分，就可实时得到运载体的当前方向信息。 陀螺仪可通过控制旋转角速度使惯性导航的载体坐标系始终与地理坐标系保持一致，并根 据角速率信息解算得出运载体的方向信息，起到辅助定位的作用。 测量值 在惯性导航中的作用 加速度计 三轴（xyz三轴）加速度 定位，修正姿态 陀螺仪 三轴角速度 姿态解算，辅助定位 详细解读 通常情况下，每套IMU装置包含3组陀螺仪和加速度计，分别测量三个自由度的角加速 度和线加速度。 加速 度计 陀螺仪 大气数据 中心 比力坐标 变换 姿态矩阵计算 角速度提取 角速度计算 平移角速 度计算 位置矩阵 及时修正 位置 输出 速度 输出 姿态 输出 g的计算 地球速 度计算 高度计算 （气压计） 速度及 时更新 积分 Z轴补偿 磁力计进行X/Y轴补偿 由载体坐标系地理坐标系 运载体12 2020 LeadLeo leadleo 惯性导航分类 来源：自动测量与控制，晨曦航空招股说明书，头豹研究院编辑整理 中国惯性导航分类 凭借体积、成本和可靠性等优势，捷联式惯性导航成为惯性导航行业发展的主流产品 形式 根据构建导航坐标系方法的不同，惯性导航系统可划分为平台式惯性导航和捷联式惯性导航两类。 捷联式惯导采用数学算法确定导航坐标系，即将加速度计和陀螺仪直接安装在运 载体上，陀螺仪用以计算运载体相对导航坐标系的姿态变化，加速度计经姿态变 化后解算至导航坐标系内，得出姿态矩阵C(bp)，从而得到运载体坐标系加速度 a(p)及方向余弦元素，从而确定运载体的速度、位置以及姿态、航向等信息。 平台式惯导采用物理平台模拟导航坐标系统，即将加速度计安装在由陀螺仪控制的稳定 平台上，使平台始终保持导航坐标系姿态不变。平台式惯性导航通过加速度计测量加速 度，传送至导航计算机中，导航计算机从中解算分离出有害加速度并将指令角速度反馈 至陀螺仪，用以补偿地球转动引起的陀螺自转轴表观运动。陀螺仪输出角速度，通过修 正回路修正后，输出平台施矩至稳定平台。稳定平台以此调整自身姿态，并将姿态参数 传送回导航计算机，最终计算出运载体的速度、位置以及姿态、航向等信息。 平台式惯性导航 捷联式惯性导航 平台式惯性导航系统原理图 加速度计 陀螺仪 运载体 姿态矩阵C(bp) 姿态矩阵解算 数学 平台 姿态计算 方向余 弦元素 姿态 航向 (pb) (ib) (b) (ip) (p) 捷联式惯性导航系统原理图 备注：i=地心惯性系 P=以运载体为原点的坐标系 b=速度计内部坐标系 a(b)=b坐标系下的加速度，a(p)同 (ib)=b坐标系下的角速度，(ip)同 (pb)=b系相对于p系的运动角速度 类型 体积 成本 计算量 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 平台式惯性 导航 引入物 理平台， 体积大 高小 中高导航级、 运动隔离 1-2海里/小时 0.1-0.2 机电一体化系 统，内含3-4 个实体框架 抗振、抗冲 击能力有限 局部被淘 汰，市场 萎缩 捷联式惯性 导航 系统结 构简单， 体积小 低 大，需使用 激光陀螺仪 各导航级、 稳定控制 1海里/小时 0.05-0.1 电子数字化系 统，内部没有 活动部件 抗振、抗冲 击能力强 主流应用 形式 平台式惯性导航和捷联式惯性导航特征对比 捷联式惯性导航结构简单，在体积和成 本方面具有优势。此外，由于激光陀螺 仪的出现及计算机技术的快速发展，其 性能优势逐步显现。因此从20世纪80年 代开始，捷联式惯性导航逐渐取代平台 式惯性导航成为主流产品形式。 平台式惯性导航与捷联式惯性导航对比 姿态、 航向 速度、 位置 修正回路 加速度计 陀螺仪 稳定平台 运载体 加速度 指令角速度 环架姿态 陀螺角 速度 平台施矩 导航计算机 输 出 接 口 姿态、 航向 速度、 位置 输 出 接 口 导航计算机13 2020 LeadLeo leadleo 来源：各公司官网，头豹研究院编辑整理 中国惯性导航行业产业链分析 惯性导航由器件层、系统层和应用层三部分构成，其中器件层对惯性导航系统起到决 定性作用，且其技术门槛高，是产业链的核心部分 中国惯性导航行业产业链分为三个环节。产业链上游参与主体为惯性传感器供应商（包括陀螺仪供应商和加速度计供应商）及GNSS元器件供应商； 产业链中游参与主体是INS模块生产企业、GNSS模块生产企业及惯性组合导航系统集成商；产业链下游参与者为军用车、弹、航天、船舰等军工企业 及消费电子、无人机、自动驾驶等相关行业民用企业。其中，器件层对惯性导航系统起到决定性作用，且其技术门槛高，是产业链的核心部分。 中国惯性导航产业链示意图 工业级售价1,000- 2,500元，军工级售价 2-3 万 元，产业竞争 激烈，净利率低 GNSS元器件 板卡 下游：应用层 中游：系统层 上游：器件层（核心部分） 军用领域 INS模块 GNSS模块 自动驾驶 消费电子 民用领域 陀螺仪价格往往高于加速度计，以三轴工业级MEMS陀螺仪及加速度计为例，其中 陀螺仪价格约2-3万元，而加速度计价格仅为陀螺仪的10% 加速度计 石英挠性 加速度计 意法 博世 深迪半导体 矽立科技 恩智浦 MEMS 加速度计 陀螺仪 光纤 陀螺仪 MEMS 陀螺仪 激光 陀螺仪 诺格 萨基姆 基尔福特 诺格 萨基姆 亚德诺 半球谐振 陀螺仪 赛峰电子与防务公司 诺格 中国在此方面与法国（领先全球） 仍存较大差距，尚处于起步阶段 国防科大打破技术壁垒，已在 技术上追赶国际领先水平 中国产能过剩，但在高精度 产品量产方面仍存在差距 中国工艺与国际水平相当， 但其良品控制仍有待提升 与MEMS陀 螺仪搭配 高精度石英挠性加 速度计适用于高精 度惯性导航 板卡占据GNSS成本的50-65% 合众思创 占总硬件成本的70-80% 亚德诺 博世 激光IMU 17-18万元 光纤IMU 60-200万元 MEMS IMU 约10万元 半球谐振IMU60万元 IMU与GNSS可分开生产， 再统一在惯导中解算，也 可由INS生产企业购买板卡 后再统一生产 惯性传感器 惯 性 组 合 导 航 系 统 国际企业 诺格 SDI 中国企业 民 营 企 业 国 有 企 业 导控所 国有企业占军用应用市场 规模的81.8% 船 军用车 弹 航天 其装载惯导成本 50万元 其装载惯导成本从几 万至十几万元不等 主惯导成本100万 元，备战系统25-40 万元，合计150万元 惯导成本100万元 无人机 军用领域应用占比约80% 民用领域应用占比约20% 发展成熟，毛利 率低 L3及以上自动驾 驶汽车需安装， 其市场空间巨大 14 2020 LeadLeo leadleo 来源：晨曦航空招股说明书，2019年国外惯性技术发展与回顾，头豹研究院编辑 整理 中国惯性导航行业产业链上游分析陀螺仪 惯性导航陀螺仪可分为激光陀螺仪、光纤陀螺 仪、M EM S陀螺仪及半球谐振陀螺仪，其 中MEMS陀螺仪因高性价比特性而被广泛应用于民用领域 陀螺仪是用于测量物体旋转角度和快慢的传感器。根据工作原理的不同，陀螺仪可划分为激光陀螺仪、光纤陀螺仪、MEMS陀螺仪及半球谐振陀螺仪： 其中，激光陀螺仪由于具有高精度、高可靠性等特点，主要应用于武器装备等军用领域； 光纤陀螺仪因其高精度、低成本而在军用领域均得到广泛应用； 而MEMS陀螺仪由于体积小、成本适中、性价比最高等特点，在民用导航、控制领域及消费类市场更易得到普及和应用，是惯性导航民用领域应用最为广泛的陀螺仪； 半球谐振陀螺结构简单、零件数仅为2-3个，是最具潜力实现高精度、小型化、低成本的陀螺仪，中国在该陀螺仪关键技术方面已实现部分突破，但在卫星和航天器应用 方面仍处于初步探索阶段。 惯性导航陀螺仪定义与分类 中国惯性导航用陀螺仪分类与性能对比 备注： 代表水平最高， 代表水平低 原理 定位误差 典型值 定向误差 典型值 精度 可靠性 尺寸 （直径） 价格 主要应用领域 中国技术 水平 中国技术水平说明 相应系统层技术 相应系统售价 激光 陀螺仪 （RLG） Sagnac 效应 1海里/ 小时 0.05- 0.1 中高精度 产品为 0.001- 0.01/h 达110 5 h 厘米级别 约20万元 军用，陆用战车、导 弹等武器装备 国防科大已实现该 技术的突破，中国 激光陀螺技术已达 国际领先水平 中国惯性导航系 统层技术与国际 领先水平的差距 在不断缩小，虽 在算法的普适性 （即同一算法可 适用于车、船、 弹等多个应用场 景的能力）仍弱 于国际一流企业， 但在定制化、差 异化服务方面 （根据客户需求 针对性调参）占 据优势 60万至 上百万元元 光纤 陀螺仪 （FOG） Sagnac 效应 1海里/20 分钟 0.2-1 0.002-1/h 数十万小时 可低至 1-2cm 约6万元 多为军用 中国光纤陀螺产能 过剩，除高精度产 品外基本已与国际 水平持平 17-18万元 MEMS 陀螺仪 科里奥 利力 20米 （与GNSS 组合） 0.4-1 0.01- 500/h 超十万小时 厘米级别 最低，2- 5万元 军用市场占比约70% 民用市场占比约30% 备注：此处占比数据为高 精度MEM