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通信设备行业深度报告:精准制导、无人装备和卫星通信前景几何

老范说评   / 2022-10-10 11:26 发布

2022年2月24日,俄乌战争爆发。

俄军在初期以闪电之势对乌克兰重点城市和地区进行攻击,并于当天进驻乌克兰首都基辅。本次俄乌战争中,以“星链”、“高精度制导” “无人化”为关键词的信息化武器成为各方关注的焦点之一。随着双方现代化武器不断投入,战争天平不断摇摆。

5 月31日,美国对乌方援助少量火箭炮,其中包含少量海马斯制导武器。7月8日,俄国防部声称使用海基精确制导武器摧毁了两套英国为乌方提供的“鱼叉”导弹系统,俄军还使用精确制导武器向克拉马托尔斯克市发起攻击。

9月21日,俄罗斯总统普京宣布启动“部分动员”,动员 30 万左右的预备役兵力投入乌克兰战场。

海马斯火箭炮效果显著,精准制导扮演关键角色

高精度制导武器在本次俄乌战争中多次亮相。

俄乌双方在本次战争中均使用了高精度制导武器实现精准打击。2 月 24 日,俄罗斯采用包括“伊斯坎德尔-M”导弹在内的多种高精度武器瘫痪乌克兰军事基础设施、防空设施、军用机场、弹药库等诸多高价值军事目标。

乌克兰亦在交战中亦使用“标枪”、“圆点-U”等导弹对俄方主战坦克、军事机场进行精准打击。

精确制导武器的引入,克服了传统弹药命中精度随着射程增加而不断降低的问题,有效作战范围显著增加。

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自冷兵器时期起,远程兵种驽箭手便成为军队中不可或缺的组成部分之一。热兵器时代,如何提高弹丸的命中精度便成为军事武器研发的重要方向。

技术发展是战术创新的源泉,高精度制导武器的引入,使得导弹武器的射程大幅提高,当前地地战略导弹的射程已经达到上万千米。此外,高精度武器使得现代化战争可实现“外科手术式精确打击”高军事价值目标的同时,降低对平民的伤害。

海湾战争中,精确制导武器大显身手,如“战斧”巡航导弹、“爱国者”防空导弹、“斯拉姆”空对地导弹、“海尔法”反坦克导弹等相继亮相,使各国军队认识到精确制导武器在现代战争中的重要地位。

远程打击模式下,饱和式攻击成本过高,精准化是必然选择。随着战争武器的发展,战争范围不断扩大,如何在提高射程的情况下保证武器精度始终是研发过程中的难题之一。

根据美国国防部数据,2021 年美国萨德 THAAD 防空导弹单枚采购均价为 1483 万美元,而航空炸弹 SDB I 单枚采购均价仅为 4 万美元,二者价格相差近 381 倍。随着各国防御武器的升级,近距离投掷弹药、传统饱和式攻击愈发困难。从可行性及性价比角度出发,远程化、精准化都将是现代战争的必经之路。

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卫星导航是精准制导的主流

根据《精确制导武器技术与发展趋势》定义,精确制导是以高性能光电探测器为基础,采用目标识别、成像跟踪、相关跟踪等新方法,控制和引导武器精确命中目标的技术。

目前常用的制导方式主要有:寻的制导、遥控制导、匹配制导、惯性制导、卫星制导。

寻的制导即依靠雷达、红外、激光等寻的器实现对打击目标的追踪与导航控制,其精度较高,但受限于探测器的作用范围,其可作用的距离较短,因此多用于末端制导。

精确制导武器的精度主要依靠末端制导,而当下大多数精确制导武器均青睐寻的制导作为其 末端制导的方式。

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遥控制导即通过外部的制导站测定打击目标和导弹的位置,以控制导弹实现精准打击。

在控制方式上,有指令和波束两种方式。指令控制即通过计算导弹在飞行过程中的误差,发射控制指令,以不断修正导弹的飞行轨迹,其弹载装置成本低,但抗干扰能力差,且其精度会随着射程增加而降低,因此大多用于中段制导。

波束控制由指挥站发射雷达或激光波束对导弹和打击目标进行跟踪,并控制和修正导弹的飞行轨迹实现精准打击。由于指挥站需要不间断发射波束,其位置易暴露并受到打击。

该制导模式早期应用较多,随着战争范围的增加,现多应用于近程制导。

匹配制导通过预先使用侦察装备对导弹飞行路线的地面目标进行勘测和数据采集制图,在导弹飞行过程中不断匹配实时地面特征数据与地图信息,计算飞行误差并修正飞行轨迹。

匹配制导的精度较高,射程远,但前期地形勘测等数据采集制图工作较为繁琐,部署较慢,现逐步被卫星制导所替代。

惯性制导主要依靠弹载 IMU 组件,对导弹的姿态、角速度、加速度等参数进行高频采集,从而对其运行轨迹进行测算。由于其不依赖于任何外部信息,抗干扰能力极强。

其精度会随着射程增加而降低,因此无法作为独立的制导系统,通常与卫星制导相结合。

卫星制导即通过弹载卫星定位接收机精准测量其位置和速度等参数。

其精度较高,部署方便,是中段制导中较为理想,现代较为先进的制导手段。卫星制导需要导航卫星的支持,考虑到军事作业的特殊性,其对导航卫星有强烈的自主可控要求,因此卫星制导更适合于拥有自主卫星系统的国家和地区。

任何制导方式均有其优缺点,因此融合多种制导方式的复合制导为当下的主流方案。以俄乌战争中乌方使用的“海王星”反舰导弹为例,该导弹采取中段惯导+末端主动雷达制导的方式,可实现对目标的精准打击。

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总结来看,寻的制导凭借其较高的精度和较强的抗干扰能力,在末端制导广受青睐;

遥控制导抗干扰能力较弱,作用距离有限,且易受打击适用场景较为受限;

匹配制导前期准备工作较为繁琐,部署缓慢,先已逐步被卫星制导所替代;惯性制导具备极强抗干扰能力,但其精度随着射程增加而降低,这导致其无法独立工作,通常与卫星制导配合使用;

卫星制导部署快,精度高,范围大,是较为先进的制导方式,但其对导航卫星的自主可控提出较高要求。

精准制导由大型弹向小型弹渗透精准制导逐步向小型弹药渗透。

2022 年 5 月 31 日,美国总统宣布将向乌克兰提供少量火箭炮。根据美国国防部 6 月 1 日新闻发布会的消息,此次美国援助乌克兰的火箭炮型号为“海马斯”。

海马斯口径 227mm,使用 GMLRS 制导火箭弹,依靠 GPS 完成导航,最大射程约仅 300km 左右,与主流配备制导功能的大型弹相差甚大,末端制导精度可达到米级,在打击高价值军事目标上效果明显。

无人装备重塑未来战争形态

机械化、信息化、智能化的“三化”融合是“十四五”装备发展方向,而智能化是国防和军队现代化建设的远景目标。本次俄乌战争中,双方均使用了无人装备,其中无人机占据主流。

俄罗斯无人机列装量较多,对乌首轮打击主要以战机实施空袭为主,并未大规模使用无人机作战。在战争局势转向持久战后,俄军开始使用察打一体无人机对乌方高价值军事建筑实施精准打击。

近年来俄军高度重视无人机发展,研制出“雷霆”、“猎人”等隐身无人机,并在演习中多次使用其进行协同作战。

乌克兰无人机主要从土耳其、美国等国家获得,其型号较为先进,类型更加丰富。在战争初期,俄方率先取得制空权并对乌方战机实施有效打击,乌方空中力量损失惨重。随后乌方使用从土耳其采购的“旗手”TB2 展开反击,对俄方后勤保障单位实施精准打击。无人化装备有望重塑未来战争形态。

本次俄乌战争中,双方不断提升无人化装备的使用,与传统人机空中作战模式有很大区别。无人化设备被广泛应用在情报侦察、远程打击等方面。军方可通过无人化设备实现远程遥控侦察,将拍摄到的相关图片通过专用通信网络加密传输回指挥中心,再由指挥中心使用精准制导武器进行精确斩首,或使用察打一体无人机携带弹药,在发现目标后直接实施精准打击。

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无人装备的应用和发展仍处于初期阶段。

无人装备在本次俄乌战争中虽有亮眼表现,但同样暴露出诸多问题。双方无人机自卫防御能力均不足,在面对地面防空力量时战损较大。

相较于美军,俄乌双方无人机自研能力较弱。俄方无人装备发展较为落后,先进系列无人机数量少,体系不完备;乌方大量无人机来源于外部,自研能力不足。此外,双方针对无人机部署的防空力量有待提高。

无人机目标较小,在使用传统的地面防空力量

反制无人机时难度较大,成本较高。我们认为俄乌战争中双方的表现及暴露的问题,在一定程度上可对于我国发展无人力量提供参考。

随着军用通信技术的发展,战术通信系统在实现了网络化建设之后,向着侦——干——探——通——导——识多模态、综合化、陆海空天一体化方向发展,即综合利用传统通信手段和智能化信息技术,构建多手段、多层次、立体化的综合通信系统,将战场各类智能感知终端系统(如情报侦查、预警探测等)、武器平台系统和指控系统有效地互联在一起。

因此,通信、导航技术是未来无人化战争所依赖的最重要的能力之一,也是国防信息化最重要的领域之一。我国高度重视国防信息化,近年来在信息化方向的开支占国防开支的比重逐年上升。

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星链民转军,卫星通信作用大

在战争的初期,俄罗斯摧毁了乌克兰诸多地面防空武器、通信设施,并对乌克兰展开网络攻击,但乌克兰的通信系统并未因此彻底中断,星链或在其中起到重要作用。

星链计划是美国 Space X 公司的一个项目,该项目计划在 2019-2024 年间在太空搭建由约 1.2 万颗卫星组成的“星链”网络提供互联网服务。

星链卫星可应用于通信、成像、遥感等领域,其最初被定义为商业卫星网络,但在俄乌战争中,其军事用途引起广泛关注。

卫星通信:位于太空的通信基站

“星链”属于卫星通信的一种。卫星通信是利用卫星上的转发器作为中继站,转发无线电波,实现地球上(包括地面和低层大气中)的两个或多个卫星通信站之间的通信。

卫星通信的特点是:通信覆盖范围大,只要在卫星波束(卫星上下行无线电信号)的覆盖 范围内,任何两点之间都可进行通信;无线电通信线路稳定,不易受陆地灾害的影响(可靠性高);可迅速建立通信线路;同时可在多处接收,能经济地实现广播。

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卫星通信军事用途值得关注。

本次俄乌战争中,在乌方基础通信设施受到打击后,其国家领导人仍能发布对外演讲,接受外媒采访,这离不开“星链”的通信网络保障。

星链为乌方前线部队与指挥机构间的控制联系提供了手段,从而大大降低了俄方对乌方电力、通信等地面基础设施打击的实际效果。

此外,依托星链的通信能力建立的无人作战系统,亦在本次俄乌战争中发挥重要作用。目前乌军主要使用土耳其 Baykar 公司生产的Bayraktar TB2 中空长航时察打一体无人机,该无人机通过地面控制方舱遥控,并通过星链网络与前线部队保持联系,实现联合作战。

除卫星通信外,军用通信还包括无线通信,数字集群等产品。

无线通信是依靠无线电波的传播来实现通信功能。而数字集群则是一种用于集团调度指挥通信的移动通信系统,主要应用在专业移动通信领域。

和普通的移动通信不同,集群通信最大特点是,话音通信采用一按即通的方式接续,被叫无须摘机即可接听,接续速度较快,并能支持群组呼叫等功能。

上述二者本质上均为军民两用产品,但军品对抗干扰、保密性等性能要求更高。

无线通信:最主流的军用通信方式

无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。

无线通信行业覆盖航空导航、广播电视、交通、公安、气象、防火防汛、移动通信、电信、电力、采矿、国防装备等领域。

与有线通信相比,无线通信不需要架设传输线路,覆盖地域范围广,机动性好,建立迅速。

传统的无线通信传输质量不稳定,信号易受干扰或易被截获,保密性差,现代无线通信技术正朝着数字化、抗干扰的方向发展。

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无线通信根据频率和波长的差异,大致可分为甚长波通信、长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信等。

甚长波通信沿地面传播,具有传送距离远、信号稳定、穿透力强等优点,主要用于对潜艇通信。长波通信多用于无线电导航,标准频率和时间的广播以及电报通信。

中波通信主要用于近距离本地无线电广播、海上通信,无线电导航及飞机上的通信等。短波通信适用于远距离国际无线电广播、远距离无线电话及电报通信、无线电传真、海上、航空、应急、抗灾通信等。

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超短波通信中,超短波对电离层的穿透力强,主要以直线视距方式传播,比短波天波传播方式稳定性高,受季节和昼夜变化的影响小。

由于频带较宽,超短波通信被广泛应用于传送电视、调频广播、雷达、导航、移动通信等业务。

微波通信中,微波传播性能稳定,传输带宽更宽,地面传播距离一般在几十公里。能穿透电离层,对空传播可达数万公里。微波通信主要用于定点及移动通信、导航、雷达定位测速、卫星通信、中继通信、气象以及射电天文学等方面。分米波是常用的微波通信。

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军用无线通信领域,五中全会提出要加快国防和军队现代化,实现富国和强军相统一,加快机械化、信息化、智能化融合发展,全面加强练兵备战。

2021年全国财政安排国防支出预算 13795.44 亿元,比 2020 年预算执行数增长 6.8%。

增加的国防费主要用于以下几个方面:

一是按照军队建设“十四五”规划布局,保障重大工程和重点项目启动实施;

二是加速武器装备升级换代,推进武器装备现代化建设;

三是加快推进军事训练转型,构建新型军事人才培养体系,改进和完善训练保障条件;

四是与国家经济社会发展水平相适应,改善官兵生活福利待遇,服务军队基层建设。

据国务院新闻办公室发表的《新时代的中国国防》,我国国防费由人员生活费、训练维持费和装备费三部分构成。

近年来装备费占比呈上升趋势,一方面是由于军改后武器装备数量迎来补偿性发展,另一 方面是因为武器装备信息化、现代化建设需要,国防信息化建设大部分费用出自装备费。

数字集群:简易便携的专网通信设备

数字集群,是指"专用移动通信系统",是二十世纪末兴起的新型移动通信系统。

除了具备公众移动通信网(GSM、CDMA)所能提供的个人移动通信服务外,数字集群还能实现个人与群体间的任意通信,并可进行自主编控,是集对讲机、GSM、CDMA 和图像传输 于一体的智能化通信网。

数字集群通信在技术上的特点和优势决定了它不仅具备个人通信的全部功能,而且它能控制与实现个人与群体间任意通讯,保密性高,功能丰富,真正全面实现了通讯的智能化。

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数字集群系统有四个特点:群呼功能、用户分级、单站和离线模式、大区制组网。

数字集群的群呼功能可在仅占用一个信道的情况下群呼专网内全部用户,可在大型集会等人员密集场合保持正常通信效果,实现调度指挥功能。

不同等级的用户拥有不同优先级,高等级客户可随时终端低等级用户通信,从而在信道繁忙时依旧可以保证高等级客户的通信。

在基站与控制中心失去联系的情况下,其仍可维持覆盖范围内的数字集群设备的群呼通信,并在接收不到基站信号时,保持对讲功能。

此外,其基站覆盖范围广,通常单个基站覆盖范围可达几十公里。因此在地区通信中断时,还可使用移动基站形式进行覆盖,从而在特殊时期保证通信功能。

北三全球组网,中国制导武器发展迈入新阶段

拥有自主可控的导航卫星在现代化战争中意义重大。

中国高度重视北斗系统建设发展, 自 20 世纪 80 年代开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,形成了“三步走”发展 战略:2000 年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012 年底,建成北斗二号系 统,向亚太地区提供服务;2020 年建成北斗三号系统,向全球提供服务。

2035年前,将以北斗系统为核心,建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时(PNT)体系。

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北斗三号全球组网,北斗精准定位服务的覆盖范围、精确度、可靠性得到了进一步提升,并额外增加短报文功能。

与北斗二号相比,北斗三号服务范围从亚太地区扩展至全球范围,定位精度由 10m 提高至 2.5-5m,授时精度由 50 纳秒提高至 20 纳秒,连续性提升至 99.996%,可用性提升至 99%。

覆盖范围、精确度、可靠性的大幅提升为特殊机构采取更精准、隐蔽、自主的特殊行动提供了可能,相关装备有望快速实现从北斗二代向北斗三代的替换。

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通导一体是北斗导航系统独有特色。

北斗采用了 RNSS 和 RDSS 两种服务用于用户位置确定,是全球第一个 RNSS 与 RDSS 相融合的系统。

RNSS(Radio Navigation Satellite Service)卫星无线电导航业务:用户接收该信号后, 自主完成至少与四颗卫星的距离,随后进行用户位置等信息的计算,GPS 便是典型的 RNSS 服务。

RDSS(Radio Determination Satellite Service)卫星无线电测定业务:用户与卫星之间 的距离测定和位置计算由用户外的地面中心完成,可在用户获取其位置信息的同时,向外部系统传递用户位置信息。

RDSS 是北斗系统与 GPS、GLONASS、Galileo 等系统的重要区别,而短报文通信则是北斗 RDSS 为实现位置报告衍生出的重要功能。北斗短报文通信拥有用户机与用户机、用户机与地面控制中心间双向数字报文通信功能。

短报文不仅可点对点双向通信,而且其提供的指挥端机可进行一点对多点的广播传输,这使得北斗终端可从单一的定位设备升级为通导一体设备,具备指挥能力。

从北二到北三,北斗系统短报文功能不断强化。

北三时期全球短报文(GSMC)容量为 560 比特(约 40 汉字),区域短报文(RSMC)容量为 14000 比特(约 1000 汉字),支持简单的图片和语音发送,这使得北三装备的通信能力大幅增强。

考虑到北三在短报文性能上的提升和拓展,我们认为融合了导航和通信功能的北斗装备有望在北三时期成为新的增量赛道,其价值量相较于单一的导航装备或有显著提升。

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通过复盘北斗建设周期和北斗相关公司的业绩,我们发现二者相关性较大。

在北斗系统更新迭代前夕,北斗导航业务板块承压明显,海格通信、振芯科技在 2008-2010 年北斗导航相关业务营收 CAGR 分别为 20%和 11%。

在 2012 年北二组网完成后,海格通信、振芯科技北斗业务增速明显加快,2011-2015 年北斗导航相关业务营收 CAGR 分别为 97%和 41%,北斗导航业务与北斗系统建设周期相关性显著。

北二时期存在历史局限性,北三时期特殊机构订单有望显著放量。

北一属于实验型系统,特殊机构客户并未大规模采购,其需求在北二组网完成后开始释放,导致业内公司北斗导航业务快速增长。

我们认为上述逻辑或可在北斗二代切换至三代的时期重演,特殊机构方在北二后期累计的需求或北三初期集中释放。

此外,2015年正值特殊机构改革和北三开始组网,或导致特殊机构自 2015 年起暂缓对北斗导航产品的采购。

我们认为上述历史原因或导致北二爆发性承压,北斗导航设备渗透率当前或仍处于低位,对北斗导航产品的需求亦未充分释放,北三时期特殊机构订单有望显著放量。

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报告总结

北斗系统迭代后第二年开始相关业务增速明显加快。

特殊机构类客户市场的订单获取主要可分为预研和型研两大阶段。争取预研资格是争取型研资格的第一步,争取型研资格是争取订单的第一步。

考虑到研发周期、订单节奏、交付节奏产品间差异较大,且不透明性较强,从海格通信和振芯科技北斗相关业务历史增速角度,我们认为北斗系统组网后第二年开始或为相关新型设备产品大幅放量年份。

随着 2020 年北三组网完成,2021- 2022 年特殊机构比测结束,相关公司北斗业务有望在 2022 下半年迎来高增:海格通信。

随着 2020 年北三组网完成,2022 年北斗装备比测基本完毕,北斗用户段将迎来新一轮大周期,我们预计特殊机构北斗产品有望从 2022 年开始走向列装,且规模或显著高于北二时期。

海格通信作为特殊机构领域北斗龙头企业,具备从芯片到终端全产业链自研能力,在近期多个竞标项目中均获得第一,在人、车、船、飞机、弹载、无人平台等移动载体中,技术优势突出,有望深度受益行业大发展。

公司估值水平与 2012 年北二组网完成时期接近,同向及横向对比,处于历史低位,考虑到业绩逐年加速,或迎业绩与估值共振。