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战争之眼——军工雷达行业研究
2024-08-05 16:06:29 作者: 开运官网登录入口

  雷达技术起源于20世纪20至30年代,雷达通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,经波形处理后获取目标的位置和速度等信息。

  雷达具有探测距离远,测定坐标速度快,能全天时、全天候使用等特点,大多数都用在对空中目标、空间目标、海面目标和地面目标的探测,其中空中目标最重要的包含作战飞机、巡航导弹等空气动力目标,空间目标最重要的包含卫星、飞船、航天飞机、运载火箭、空间碎片等,海面目标最重要的包含航空母舰、驱逐舰等各类水面目标,地面目标最重要的包含人员、车辆、坦克等目标类型。

  雷达通常由波形产生器、发射机、接收机、信号处理机、显示器、天线及其伺服装置、电源等部分所组成。波形产生器(也称为激励源)产生一定工作频率、一定调制方式的射频激励信号,同时产生相干本振信号送给接收机;发射机对激励源提供的射频激励信号进行功率放大,再经收发开关馈电至天线,由天线辐射出去;目标回波信号经天线和收发开关至接收机,再由接收机对接收信号进行低噪声放大、混频和滤波等处理;信号处理的作用是抑制非期望信号(杂波、干扰),通过相干积累或非相干积累以提高有用信号的信噪比,并对目标进行自动检验测试与跟踪等。通常将目标航迹的关联、跟踪滤波、航迹管理等称为雷达的数据处理。目标航迹及相关信息在屏幕上显示的同时,通过通讯设备传输至各级指挥系统。

  雷达早期发展大多数来源于军事需求。军用雷达是获取陆、海、空、天战场全天候、全天时战略和战术情报的重要手段,是实现远程打击、精确打击的必要手段,因此在警戒、侦察、引导、制导和敌我识别等领域获得了广泛应用,成为现代战争中一种重要的电子装备,在国防领域具有非常非常重要的战略地位。同时,雷达的高精度探测能力使其在民用领域也有巨大的应用潜力,随着雷达技术的发展以及雷达性能的提高,特别是计算机、高功率发射器件以及高速信号处理等技术的快速进步,雷达在民用领域的应用场景范围逐步扩大,目前大多数都用在空管、气象、遥感、交通等领域,应用方向不断趋于细分化和精准化。按照具体工作任务不同,雷达最重要的包含以下类型:

  雷达按照应用平台的不同,可分为地基(固定式、车载、岸基)雷达、海基(舰载)雷达、空基(机载、气球或飞艇载)雷达、天基(星载)雷达等。

  分类按工作波段不同,雷达可分为HF、VHF、UHF、L、S、C、X等波段雷达(或分为米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达等),具体雷达工作波段划分及对应的频率范围和应用情况如下:

  按扫描方式分类,雷达可分为机械扫描雷达与电子扫描雷达两种,而后者一般指相控阵雷达。机械扫描雷达的波束指向与天线朝向是固定关系,为了让雷达探测不同空域,需要利用机械伺服系统驱动天线转动,空域扫描切换速度取决于机械伺服的能力。相控阵雷达是指雷达阵面由大量相同辐射单元组成、经过控制每个辐射单元的相位和幅度实现阵面合成波束扫描的雷达系统,具备波束扫描快速、调度灵活等特点。

  20世纪前60年为雷达发展的第一阶段,主要发展背景为实施国土防空警戒,指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器(高炮、高射机枪、探照灯等),以非相参两坐标探测为主要技术特征。

  20世纪60年代至80年代中期为雷达发展的第二阶段,主要发展背景为防空作战,对雷达提出了由粗略定位到精确引导的要求,直升机、超音速作战飞机等目标种类大量出现,使得各种远距离支援和随队干扰手段成为一种基本作战样式,以全相参三坐标探测为主要技术特征。

  20世纪80年代中期至90年代中后期为雷达发展的第三个阶段,主要发展背景为隐身飞行器出现及作战场景日趋复杂,有一定的隐身飞行器探测和抗反辐射导弹能力,以全固态发射为主要技术特征。

  21世纪初至今属于雷达发展的第四阶段,主要发展背景为应对复杂电磁环境下对雷达高精度、高分辨力、高抗干扰的能力、多目标跟踪能力、高可靠性的需求,同时应对隐身目标、高空高速、低空低速目标的威胁,以相控阵技术为主要技术特征。

  近年来我国加大了对国防军事领域的投入,国防支出预算保持稳步增长,我国2022年国防支出预算为14,504.50亿元,同比增长7.02%,2012年至2022年国防支出预算的复合增速为8.39%。但同时我国国防预算总额以及GDP占比仍远低于美国,未来我国国防支出依然具有较大的增长空间。

  根据2019年国务院新闻办公室发布的《新时代的中国国防》白皮书,中国国防费按用途划分,主要由人员生活费、训练维持费和装备费构成,其中装备费用于武器装备的研究、试验、采购、维修、运输、储存等;我国装备费从2010年的1,773.59亿元上升至2017年的4,288.35亿元,复合增长率达到13.4%,占整体国防费比例由33.2%上升至41.1%。装备费占国防费比例的提升为国防科技工业及相关企业的加快速度进行发展提供了良好的机遇。随着国防装备费的持续投入,我国军用雷达市场规模逐年增加,根据民生证券研究报告,预计2025年我国军用雷达市场规模为573亿元,2013-2025年我国军用雷达市场规模及预测情况如下:

  国防信息化战略的实施有望进一步提振信息化装备的需求,军用雷达作为信息化装备的重要组成部分有望充分受益。2015年国务院新闻办公室发布的《中国的军事战略》明确提到“着眼建设信息化军队、打赢信息化战争,发展先进武器装备,构建适应信息化战争和履行使命要求的武器装备体系”。《新时代的中国国防》白皮书也指出:“中国特色军事变革取得重大进展,但机械化建设任务还没完成,信息化水平亟待提高,军事安全面临技术突袭和技术代差被拉大的风险,军队现代化水平与国家安全需求相比差距还很大,与世界先进军事水平相比差距还很大。”

  随着空军和海军在我国防御性国防政策转变的背景下,军用雷达未来的市场空间将更加广阔。《新时代的中国国防》白皮书指出:“空军在国家安全和军事战略全局中具有举足轻重的地位和作用,包括航空兵、空降兵、地面防空兵、雷达兵、电子对抗部队、信息通信部队等。按照空天一体、攻防兼备的战略要求,加快实现国土防空型向攻防兼备型转变,提高战略预警、空中打击、防空反导、信息对抗、空降作战、战略投送和综合保障能力,努力建设一支强大的现代化空军。海军在国家安全和发展全局中具有十分重要的地位。按照近海防御、远海防卫的战略要求,快速推进近海防御型向远海防卫型转变,提高战略威慑与反击、海上机动作战、海上联合作战、综合防御作战和综合保障能力,努力建设一支强大的现代化海军。”在上述战略思想的支撑下,为提升军队现代化水平,包括军用雷达在内的信息化装备长久来看都将作为武器装备投入的重点,市场需求将不断得到深度挖掘,带动国内军用雷达市场的持续增长。

  防空预警雷达是军用雷达产业内应用场景较广、需求较大的雷达类别,用于警戒、监视和识别以飞机类气动目标为代表的空中目标,承担空中目标的预警探测和监视管制任务,是现代战争中一种重要的电子装备,在国防领域具有非常非常重要的战略地位。防空预警雷达按照探测距离、工作频段等方面划分存在诸多种类,并承担着各自独特的工作任务,按照探测距离划分,最重要的包含近程、中程、远程和超远程预警雷达,探测距离从几十公里到上千公里;按工作频段划分,包括VHF、UHF、L、S等多个频段,每个工作频段的防空预警雷达都有其独特的优势和用途。未来战争将是一场多层次、全方位、大纵深、主体覆盖集陆、海、空、天、网为一体的高科技信息化战争,防空预警雷达面临的低空突防、干扰、隐身等威胁不断革新,高空高速目标、无人机蜂群等新式威胁不断涌现;同时,随着低空逐步开放,空中飞行器种类不断涌现,对防空预警雷达的探测能力有一定的要求逐步的提升,不仅要发现目标还要判断目标种类与威胁属性,在全世界内对雷达探测技术都是一种挑战。近年来,随着我们国家信息技术产业的进步,我国雷达技术发展迅速,已从雷达制造大国迈入雷达研发强国。防空预警雷达作为最重要的信息化装备之一,产品在不断迭代更新,应对各类威胁、搭载于各类平台、品种各异的新型雷达层出不穷,在各式武器装备领域中的应用场景不断丰富,下游客户的产品需求也慢慢变得多元,同时随着雷达整体技术水平和装备性能的不断的提高,产品附加值也慢慢变得高。此外,面对全球的军事冲突此起彼伏,国际环境复杂多变,众多国家急需建设防空力量,对防空预警雷达需求也更加迫切。随着我们国家国际地位稳步提升、国防军工行业快速地发展以及防空预警雷达装备性能逐步的提升,我国防空预警雷达国际市场竞争力逐年提升,雷达装备的军贸出口将迎来良好的发展机遇。综上,防空预警雷达作为军用雷达的一个重要组成部分,在国土防空预警体系中承担着重要职责,是国防信息化建设的重要方向之一。

  近年来我国相控阵雷达技术发展迅速,已从雷达制造大国迈入雷达研发强国。随着武器装备市场规模的扩大,雷达的技术水平和产品性能也在逐步的提升。特别是高功率发射器件、计算机与高速信号处理技术的快速进步,使得雷达整体的性能得到不断的提高,雷达功能和用途不断延伸。具体来看,伴随着层出不穷的新式作战武器、作战样式以及军事电子技术的快速的提升,世界雷达产业呈现软件化、智能化和多功能一体化的新趋势,特别是随着芯片技术慢慢的提升,数字相控阵雷达成为市场主流,并表现出向分布式、网络化发展的趋势。

  雷达可定义为基于开放式体系架构,采用标准化、模块化和数字化硬件平台的新一代雷达系统,具有系统软硬件解耦的特点,能以软件技术灵活地实现雷达系统的功能扩展、重构和性能提升。目前,加速推进军事智能化已成为国家级战略导向,随着人工智能等前沿技术的迅速发展和战场环境的日趋复杂,作为新一代雷达核心能力的代表,目标识别、抗干扰等关键技术已成为军事智能应用的竞争高地。在未来战场中,防空预警雷达面临着作战对象种类多样、作战样式多变、电子战设备性能不断的提高的一系列挑战,利用智能化技术能够越来越好的应对复杂多变的战场环境,提供更准确、更及时的战场态势信息。

  雷达的作战功能设计逐步从最初的单一功能扩展至可同时执行多项任务,而将雷达、电子战、通信等功能集成在一起,由一部雷达扩展成为一部集成式、多功能、多波束的综合射频系统,极大程度提升总系统的综合作战效能,是未来军用雷达的发展的新趋势之一。

  数字相控阵雷达是一种接收和发射波束都以数字方式实现的相控阵雷达,其逐步提升数字集成电路的占比,将数字波束形成技术应用到相控阵雷达中,以提升雷达的扫描频率、扫描范围以及抗干扰性,波束形成更灵活且方便实现多波束及多波束跟踪,相比接收和发射波束由模拟器件实现的传统相控阵雷达,具有许多传统相控阵雷达不能够比拟的优越性,尤其是在抗干扰和多目标同时探测方面具有极大优势,是相控阵雷达发展的新趋势之一。数字相控阵雷达的关键技术包括数字化T/R组件、高速大容量数据传输技术、高性能软件化信号处理机等,随着该等关键技术的逐步成熟,数字相控阵雷达未来发展空间广阔。

  未来作战将主要为体系对抗,并且随着空中目标的隐身性能和突防能力不断的提高,依靠单部雷达越来越难进行相对有效探测。分布式、网络化技术将多平台、多频段、多体制的探测装备协同工作,在能量域、时间域、空间域和频域等方面统一调配,形成一个完整统一的整体,实现对目标特别是隐身目标的连续探测,并提升对抗能力。分布式、网络化雷达探测技术在多基地雷达、多传感器网络、MIMO雷达、稀布阵综合孔径雷达、雷达组网等方面具备极其重大作用,将是雷达领域技术发展的重要方向。

  目前第三代半导体材料-氮化镓(GaN)开始大范围的应用于高功率发射器件中,成为军用雷达新材料应用重点方向。氮化镓具有高压、高速、高功率、高效率、耐高温的特点,使用氮化镓材料制作雷达芯片并进行功率合成后,相同的雷达孔径下,其发射功率、抗干扰能力和可靠性都大为增强,而成本也大幅度下降。未来氮化镓芯片在军用雷达领域的应用将更加广泛。

  ①雷达是各个级别作战指挥系统能够实时、主动、全天候获取有关战场环境信息的探测手段;

  ②雷达是各类先进作战平台(飞机、导弹、战舰、战车等)必不可少的组成部分,是实现远程打击、精确打击的必要手段,是发挥其作战效能的倍增器;

  ③雷达是发展和评估各类先进武器系统和进行军事技术探讨研究的测试手段。因此,雷达技术的发展直接影响到能否掌握制信息权,在信息制胜的现代化战争背景下,军用雷达的应用已成为现代作战的关键。军用雷达的作战需求是军用雷达产业高质量发展的重要方向,未来军用雷达的需求最重要的包含反隐身、反低空突防和反干扰能力等。

  军用雷达产品结构较为复杂,生产制造的产业链大致包括金属和非金属原材料、电子元器件、部组件/模块、子/分系统和军用雷达整机。

  金属和非金属原材料、电子元器件属于上游原材料,主要提供后续生产制造、装配所需的基础原材料,部组件/模块、子/分系统是构成下游军用雷达整机的重要组成部分,军用雷达整机产品则是通过整合各部分子/分系统形成的独立完整的军工电子装备,属于产业链的核心环节,最终向军方客户、军工集团等计算机显示终端供应。

  军用雷达及其配套装备生产单位须获得参与军品生产所需相应军工业务资质等条件,方能开展武器装备科研生产活动。对于潜在的市场进入者,进入行业所需的资质要求较高。

  军用雷达装备研制是高科技产业,同时由于事关国防安全,下游客户对于产品的质量水平、技术上的含金量具有较高的要求。雷达产品技术门槛高,需要长期的技术积累和工程经验,具有较高的技术壁垒,同时雷达产品研制周期长,前期投入大,具有较高的资金壁垒。因此,军用雷达装备研制具备极高的技术和资金门槛,需要生产企业同时具备足够的技术实力和资金实力。

  军用雷达装备研制是技术密集型产业,研发、生产环节复杂,技术上的含金量高,对于专业方面技术人员的学历和经验有较高的要求。目前,我国军用雷达研发领域在核心研发技术能力、高素质复合型人才的培养等方面还存在诸多不足。随着军队信息化建设进程加速,必将提高对高性能雷达装备的需求,专业方面技术人才的缺乏将成为制约军用雷达装备研制行业发展的瓶颈。

  军用雷达行业属于资金密集型、技术密集型及人才密集型行业,具有较高的行业进入门槛,存在行业许可、技术水平等诸多壁垒,行业内公司数相对较少。

  (1)国际企业根据《预测国际》分析数据,按国际市场雷达产品的产值及其所在市场占有率中所占百分比排序,2010-2019年国际市场排名前5位的雷达公司,依次是雷神公司、诺斯罗普·格鲁曼公司、MEADS国际公司、罗克韦尔·柯林斯公司和洛克希德·马丁公司。

  雷神公司是美国最主要的国防承包商和工业公司之一,总部在马萨诸塞州沃尔瑟姆,其基本的产品为导弹、导弹防御系统和雷达,是世界上最大的制导导弹生产商。雷神公司主要雷达产品有AN/APG-63/65/71/70/73/77/79系列雷达,APQ-181雷达等。

  诺斯罗普·格鲁曼公司是美国主要航空航天飞行器制造商,公司在电子和系统集成、军用轰炸机、战斗机以及军用和民用飞机部件、精密武器和信息系统等领域具有较大优势,主要雷达产品有AN/APG-68/77/81系列。

  MEADS国际公司是一家跨国合资企业,主要雷达产品为多功能火控雷达,应用于中程增程防空系统(MEADS)。4)罗克韦尔·柯林斯公司罗克韦尔·柯林斯是航空电子和通讯产品行业领先者,主要雷达产品为WXR系列气象雷达。

  洛克希德·马丁公司是全世界最大的国防工业承包商,目前核心业务是航空、电子、信息技术、航天系统和导弹,主要雷达产品为AN/SPY-1系列。

  国内军用雷达整机研制存在较高的资质、资金和技术壁垒,具有科研生产一体化的特点,目前只有少数军工单位或企业从事军用雷达整机的研制。我国军用雷达主要研制机构分布在中国电子科技集团有限公司、航天科工集团、中国电子信息产业集团有限公司、中国船舶集团有限公司、中国航空工业集团有限公司等大型军工央企的下属单位。

  国内防空预警雷达整机研制企业主要为非上市军工单位。考虑信息可得性和可靠性等因素,根据公开信息,除航天南湖外,防空预警雷达细分行业内主要供应商包括中电科十四所、中电科三十八所以及中国电子信息产业集团有限公司下属的成都中电锦江等单位。

  根据南京国博电子股份有限公司于2022年2月披露的《关于南京国博电子股份有限公司首次公开发行股票并在科创板上市申请文件的第二轮审核问询函的回复》,中国电科旗下整机单位包括中电科十四所、中电科三十八所等,生产的整机涵盖了火控雷达、搜索雷达、警戒雷达、情报侦察雷达、空管雷达、气象雷达等。

  根据中国电子信息产业集团有限公司下属的彩虹集团新能源股份有限公司于2022年5月披露的《招股说明书(申报稿)》,成都中电锦江的主营业务产品有地面情报雷达、气象水文装备等。

  四家从事雷达整机制造业务的上市公司作为能够比上市公司,分别为国睿科技(600562.SH)、四创电子(600990.SH)、雷科防务(002413.SZ)和海兰信(300065.SZ),其中,国睿科技和四创电子涉及部分防空预警雷达业务。根据上述四家上市公司的2021年年度报告,其主营业务和雷达产品相关情况如下:

  国睿科技主营业务包括雷达装备及相关系统、工业软件及智能制造和智慧轨交,其中雷达装备及相关系统领域的产品有地面情报雷达、武器制导雷达、武器定位雷达以及靶场测控雷达;预警机雷达、战斗机雷达、直升机载雷达等产品;空管一/二次雷达产品;气象探测雷达装备产品,灾害性天气综合观探测系统产品以及气象大数据处理和精细化天气预报预警系统产品。

  四创电子主营业务专注电子装备、产业基础和网信体系三大板块,其中雷达产品主要为气象雷达、空管雷达、低空监视雷达、新体制雷达等电子装备业务。

  雷科防务主体业务包括雷达系统业务群、智能控制业务群、卫星应用业务群、安全存储业务群、智能网联业务群的相关这类的产品研发、制造和销售,其中雷达系统业务群已经具备覆盖完整产业链的能力,业务包含系统模块设计、射频、天线、数字、模拟仿真等,该业务群中的技术和产品也在国防、交通、民航、矿山、气象、汽车等行业市场中被广泛应用。

  海兰信专注于航海智能化和海洋信息化领域,主营业务包括智能航海、海洋观探测、海洋信息系统等领域,其中雷达产品有导航雷达、近海监测(极小目标探测)雷达(30海里范围内的小目标探测)和高频地波雷达(最远至200海里范围内的海流流场探测)等。

  近年来,全球的军事冲突依然此起彼伏,极端主义、不断蔓延,网络安全、生物安全、海盗活动等非传统安全威胁日益凸显,国际环境更加复杂多变。我国国土安全依然面临威胁,陆地边界争议尚未完全解决,岛屿领土问题和海洋划界争端依然存在,因此就需要国家加强领土安全的防护,而军用雷达装备在保障领土安全上具有无法替代的地位。

  近年来我国国防支出预算保持稳步增长,2012年至2022年国防支出预算的复合增速为8.39%。2021年和2022年,我国国防支出预算分别为13,553.43亿元和14,504.50亿元,分别较上年同期增长6.89%和7.02%,实现了自2018-2020年国防支出预算增幅“两连降”以来的“两连升”。国防支出预算的稳步增长有助于促进军用雷达市场的发展。

  军用雷达行业属于国家鼓励发展的高技术产业和战略新兴起的产业,相关产业政策为我国军用雷达产业的发展提供了良好的政策环境和政策支持。近年来,我国发布了《中国的军事战略》《新时代的中国国防》《中华人民共和国国民经济与社会持续健康发展第十四个五年规划和2035年远大目标纲要》等多个行业支持政策,明确了国防信息化和现代化建设的目标,提出了空军由国土防空型向攻防兼备型转变、海军由近海防御型向远海防卫型转变等战略要求。

  21世纪以来我国军工行业快速地发展,国家发展的策略也对军贸出口提供了良好的发展机遇。目前我国军贸产品品种类型不断丰富、武器装备性能逐步的提升,近年来军贸额呈持续增长的态势。受军贸业务持续增长的影响,雷达装备的出口也呈现良好的发展态势。

  军用雷达装备制造业属于关乎国家安全的重要行业,我国虽然在雷达领域取得了突出的成就,但仍需要在一些关键的技术上实现重大突破,且西方发达国家在先进的技术等方面对我国进行严格封锁,在一些重点和关键技术上对我国形成技术壁垒,加大了技术突破的难度。

  受益于国家产业政策的推动,军工产业迎来了大发展的契机,吸引着具有一定资金优势和技术优势的非公有制企业的不断加入,为整个产业带来了更多的社会资本和市场活力的同时,也使得整个产业竞争加剧,没有核心技术和成本优势的企业面临较大的竞争压力。