雷達軟件行業前景

未來中國氣象雷達發展趨勢隨著經濟社會的快速發展和人民生活水平的不斷提高，氣象災害造成的經濟損失和社會影響越來越大，氣象災害的社會敏感性越來越高，氣象監測預報對氣象雷達發展提出了更加迫切的需求。新一輪科技革命和產業變革不斷興起，極大推進信息技術創新應用的快速深化，也進一步推動了雷達等大型技術裝備的高效應用，將為氣象雷達發展提供更加有力的支撐。有源相控陣雷達行業發展歷程分析總體而言，從20世紀30年代雷達誕生開始，雷達的發展大致經歷了四個發展階段，而雷達技術的更新換代裹挾著有源相控陣雷達的發展。20世紀60年代，傳統機械掃描雷達過渡到相控陣雷達，隨后相控陣雷達從20世紀70年代開始被大量投入使用，期間經歷了從無源相控陣雷達到有源相控陣雷達技術的迭代，直至目前，下一代數字陣列相控陣雷達尚處于研究發展階段，而數字陣列技術的研究也進一步推動了有源相控陣雷達技術的進步。中國毫米波雷達行業現狀分析毫米波雷達已廣泛應用于汽車的ADAS系統，近年來，汽車智能化發展改革不斷推進，毫米波雷達已成為汽車標配硬件，單車搭載毫米波雷達數量不斷增多，帶動整個毫米波雷達出貨量高速增長。2021年我國毫米波雷達出貨量已達2000萬顆，同比增幅超40%。未來隨著智能汽車的繼續發展，毫米波雷達出貨量將不斷擴大，2026年出貨量有望超7000萬顆。毫米波雷達出貨量不斷增加拉動行業市場規模持續擴張，我國毫米波雷達市場規模由2018年的31億元增加至2021年的69億元，其中汽車領域市場規模為56億元，未來毫米波雷達市場規模有望進一步擴張，預計2026年市場規模將接近200億元。雷達產品行業發展趨勢雷達的電磁波有一定的穿透能力，具有全天候、全天時的特點，且發射功率大、探測距離遠、測量精度較高、可自動搜索并跟蹤目標，這些優勢使它能在許多領域得到廣泛的應用。隨著雷達性能的提高及雷達基礎科學的發展，特別是高功率發射器件、計算機與高速信號處理技術的快速進步，雷達在國民經濟中的應用范圍也不斷擴大，各種高性能的民用雷達獲得了較快的發展。隨著雷達技術的不斷提高，雷達在民用領域的應用范圍不斷擴大，覆蓋自然災害預防、飛機導航、氣象保障和氣象研究等眾多領域，在氣象、水利、空管等領域發揮著重要作用，應用方向不斷趨于細分化和精準化。二十一世紀初，我國雷達行業主要以機械掃描雷達為主，機械掃描雷達集中一個位置發射信號波，通過機械轉臺旋轉，讓信號波發射到不同的方向，探測不同目標，但其機械轉動效率低，探測區域和探測目標有限，不再適應日趨復雜的電磁場發展方向。近年來，相控陣技術在雷達領域逐漸拓展，與機械掃描雷達通過旋轉天線使雷達波束轉動不同，相控陣雷達使用電子移相器來實現掃描，因而相控陣雷達的反應速度、更新速率、多目標追蹤能力、分辨率都有較大的提升，成為目前雷達行業發展的主要方向。相控陣雷達性能雖然優異，但其技術實現復雜、成本居高不下，價格昂貴是限制其在民用領域實現大規模應用的主要障礙。按波段劃分，主要可分為S/C/X等波段雷達（或者分為超視距、微波、毫米波、激光雷達）。波段越長，雷達的搜索范圍越大，但是精確度也相對較低。中國氣象局出臺的《氣象雷達發展專項規劃（2017-2020年）》指出，我國基本建成了全國新一代天氣雷達網，截至2016年底已經完成了全國233部新一代天氣雷達建設，其中基本屬于S、C波段天氣雷達。偏振雷達氣象應用研究初期，科學家們研究主要集中在波長較長的S、C波段雙偏振雷達，隨著研究的深入，X波段雙偏振雷達的優勢逐漸顯現出來，特別是最近十多年有關X波段偏振雷達氣象應用的研究也越來越多。相對于波長較長的偏振雷達，X波段雙偏振雷達不僅造價較低、天線體積小、易于操控和移動，而且時空分辨率高，對云中水凝物粒子相態識別也更加精細，能提供更為細致的云中微物理及動力結構信息，為云和降水的發生、發展機理研究提供更為精細的觀測數據。與S、C波段的新一代天氣雷達組網觀測相比，X波段雙偏振天氣雷達起填補盲區及精細化探測的作用，其具有以下幾個特點：①波長短，對小粒子的探測能力好，可監測早期對流云的發展；②體積小，安裝方便，可解決一些S、C波段雷達因地物阻擋、地球曲率因素而無法觀測到區域的預警問題。由于在相同波束寬度下雷達天線的尺寸與波長成正比，S及C波段天線直徑往往高達5~8米，而X波段天氣雷達天線尺寸相對較小，站點建設、雷達架設均更為便捷。對于X波段相控陣天氣雷達，其快速掃描特性更有利于對小尺度、生消變化快、致災性大災害性強對流天氣的探測預警，其波束轉換更為靈活，提高了掃描速度，同時在單位時間內也可以獲得空間分辨率更為密集的掃描資料。目前X波段雷達能夠彌補S、C波段天氣雷達近地層的探測盲區。綜上，按不同劃分標準，雷達分類較為豐富、復雜。目標多樣化、環境復雜化和任務多元化決定了雷達種類的多樣性，同時也促使了雷達體制、頻段、理論和技術不斷發展演進。相控陣雷達行業面臨的機遇與挑戰（一）相控陣雷達行業面臨的機遇1、相控陣雷達行業氣象探測應用近年來極端天氣頻發，氣象部門對X波段這種小范圍強識別的雷達站需求更大，產品的質量與性能將成為影響市場格局的重要因素。結合近幾年國家及各省市對氣象觀測和天氣雷達行業出臺的政策，我國將進一步部署更多的相控陣天氣雷達，實現相控陣雷達與現有新一代天氣雷達的組網協同監測，提高氣象探測效率。2、相控陣雷達行業水利監測應用通常情況下，傳統洪水監測預報依靠的降雨數據是通過分散布設在關鍵河道和集水區的雨量計站網獲得的，而雨量計只能在點上精確測量降水，所代表的區域非常有限，不能反映降雨空間分布，要準確測量整個流域上的降水分布必須布設非常稠密的雨量站網，目前在我國還不現實。由于雷達測量降水可以得到具有一定精度的、大范圍高時空分辨率的實時降水信息，因此應用雷達進行降雨監視和面雨量估算，可以提高洪水預報的精度和時效性。利用雷達估測流域降雨，并結合水文模型進行流域徑流模擬和預測，是防洪減災工程應用比較有前景的方法，也是目前水文及氣象等多學科交叉研究的前沿和熱點。除防洪減災外，利用雷達估測流域降雨還有助于水電站等進行調峰、電力調度，實現經濟效益和社會效益的統一。在國外，將雷達定量估計降水應用在水文學中已有多年，英國和美國等國家目前已開展了利用雷達和雨量計聯合估算降水輸入水文預報模型的工作，并部分用于水文預報業務。因此，通過在水電站周邊布設專門的水利監測雷達，進行水文預報監測，已經開始在水利領域開始應用。3、相控陣雷達行業民用航空應用隨著民航行業發展穩中有進，根據《全國民用運輸機場布局規劃》，到2025年，在現有（含在建）機場基礎上，新增布局機場136個，全國民用運輸機場規劃布局370個。在民航空管雷達應用領域，我國長期以來主要依賴進口，空管雷達、導航、監視等關鍵設備基本被國外廠商壟斷。這些從國外領先廠商引進的空管設備雖然技術比較先進，符合國際標準，但價格昂貴、運行維護成本高，制約了我國民用航空運輸的快速發展，也給國家安全帶來了隱患。近些年，隨著國內空管雷達制造廠商技術實力的不斷增強，以及國產空管雷達的研制、試用和評估驗收，打開了國產空管雷達進入民航機場應用領域、實現進口替代的通道?？展茉O備國產化是制造業轉型升級的必然要求，也是中國從航空大國走向航空強國的必然選擇。根據前瞻產業研究院數據，目前軍航空管已率先做到國產為主，民航已確定中、小空管自動化系統首先國產化。國外空管自動化系統占有民航市場80%的局面將大大改觀。民航中長期戰略發展綱要提出，2030年空管中小型裝備國產化率要達到80%以上，大型裝備國產化率達到50%以上。隨著民用航空運輸需求的快速增長以及空管裝備國產化率的提升，我國民用領域空管雷達設備的需求將進一步增加。4、相控陣雷達行業公共安全應用在公共安全領域，工信部辦公廳發布的《關于開展2020年網絡安全技術應用試點示范工作的通知》提出，試點示范工作重點面向智慧、智能生活、智能醫療、在線教育、遠程辦公、智慧環保等典型應用場景網絡安全需求，和在新型智慧城市設施、建設、運行、服務、管理等方面的安全解決方案。隨著高科技需求的增長和技術的進步，雷達在公共安全的應用將從傳統的公共場所、要害部位、行業用戶、企業用戶等，逐步擴大至平安城市、數字城市、應急管理、環境安全、信息安全、社會家居安全等領域。以低空監視為例，低空空域是通用航空活動的主要區域，安全便捷的低空空域資源，是通用航空產業繁榮發展的前提。隨著中國低空空域管理改革步伐的加快，低空空域內活動的航空器數量和種類必將出現快速增長的態勢，飛行科目和范圍將不斷擴大，使用對象也日趨多元化，這將給低空空域的使用管理帶來嚴峻的挑戰。受裝備技術條件的限制，低空空域通常是空中安全防衛和監控的薄弱環節。在對所有空中活動實行嚴格管制的情況下，低空空域的安全隱患并不突出，隨著低空空域管理改革的深入，對低空飛行活動的管制將逐步放松，低空飛行的多樣化和靈活性將使低空空域的使用安全問題凸現，對邊境地帶、交通繁忙地區周邊、重要敏感目標、大城市和繁忙機場上空低空飛行活動的監控能力亟待加強，以保證重要地區和敏感目標的安全，對低空空域的安全監控已成為防空系統的重要任務。隨著低空飛行活動的增多，為確保重要目標和敏感地區的低空安全，應該有選擇性的布防一些低空監視雷達，提高對低空空域使用的安全監控能力，因此，該方面也是未來雷達應用領域之一。（二）相控陣雷達行業面臨的挑戰雷達及配套設備制造業屬于技術密集型行業，行業內企業必須持續研發創新才可能實現或維持技術優勢。未來如果行業企業在新技術、新產品研發上投入不足，技術創新和產品升級無法跟上行業技術水平的發展速度和客戶需求變化的趨勢，將無法保持行業的技術優勢和核心競爭力，此外，由于雷達產品具有研發周期長、研發投入高、研發風險大等特點，因此行業存在研發投入不能獲得預期效果從而影響盈利能力的挑戰。中國氣象雷達發展現狀截至2016年底已經完成了全國233部新一代天氣雷達建設，基本建成了全國新一代天氣雷達網。根據數據顯示，到2020年，中國新一代天氣雷達數量將達到270部。預計未來隨著氣象雷達技術的發展，未來保有量將會繼續呈現上漲趨勢。中國有源相控陣雷達產業布局相控陣T/R組件是相控陣雷達最核心的元器件，決定了相控陣雷達的探測能力，一部有源相控陣雷達中天線微系統成本占比可達到50%-60%，目前，國內具備有源相控陣研制量產能力的企業主要為大型集團下屬單位和民營供應商，如中電科13所、雷電微力等。市場存在較高的技術壁壘和資質壁壘，總體參與企業數量較少，主要產品和應用場景差異也較明顯，因此該市場競爭較為緩和。隨著我國自動駕駛發展逐漸完善，自動駕駛汽車升級加速，在高等級自動駕駛離不開激光雷達這一認知下，激光雷達將迎來放量增長。預計未來3年激光雷達將伴隨未來自動駕駛等級的提高，以及世界范圍在高等級自動駕駛離不開激光雷達這一觀點認知的逐步統一中實現產業的飛速發展。激光雷達產業鏈上游包括激光器、探測器、FPGA、模擬芯片、光學部件等；中游為激光雷達和軟件系統；下游應用于汽車、機器人、工業、測繪等領域。中國激光器行業發展迅速、競爭優勢明顯。在全球激光器市場中所占的比重也持續提升，中國激光器市場規模2020年達到109．1億美元，占全球激光器市場66．12%的份額。預計2022年市場規模將進一步增長，達到147．4億美元。FPGA的應用場景較多，被廣泛用于5G通信、人工智能、工業、數據中心等領域。受市場需求影響，中國FPGA市場規?？焖僭鲩L，由2017年的80億元快速增長至2021年約175億元，年均復合增長率達21．61%，預計2022年將達190億元。中國模擬芯片市場規模在全球范圍占比達50%以上，是全球最主要的模擬芯片消費市場，且增速高于全球模擬芯片市場整體增速。中國模擬芯片市場規模在2016年至2020年年復合增長率約為5．8%，2020年市場規模約2503．5億元。隨著新技術和產業政策的雙輪驅動，未來中國模擬芯片市場將迎來發展機遇，預計2022年將達2956．1億元。激光雷達應用領域廣泛，可應用于無人駕駛、高級輔助駕駛、服務機器人和智慧城市等各個領域。隨著智能化技術的持續突破和升級，受無人駕駛車隊規模擴張、高級輔助駕駛中激光雷達應用滲透率提升、以及服務型機器人及智能交通建設等領域需求的推動，預計激光雷達市場規模將實現快速擴容。2021年全球激光雷達市場規模達到20億美元，同比增長100%，預計2022年全球激光雷達市場規模將達到40億美元。中國無人駕駛行業的發展將帶動國內激光雷達市場的發展。未來中國激光雷達市場也將呈現快速增長。至2026年，中國激光雷達市場規模將達431．8億元。隨著智能化技術的持續突破和升級，受無人駕駛車隊規模擴張、高級輔助駕駛中激光雷達應用滲透率提升等方面的推動，預計激光雷達市場規模將實現快速擴容。2021年我國車載激光雷達市場規模達到4．6億元，2025年市場規模有望達到54．7億元，實現85．8%的年復合增長率。相控陣雷達行業發展態勢目前以多普勒技術為主導的新一代天氣雷達在我國氣象領域得到廣泛應用。根據《氣象雷達發展專項規劃（2017-2020年）》指出，截至2016年底已經完成了全國233部新一代天氣雷達建設，基本建成了全國新一代天氣雷達網。根據前瞻產業研究院數據，到2020年，中國新一代天氣雷達數量將達到270部。我國從上世紀90年代后期開始建設的新一代天氣雷達網，在災害性天氣監測和預警服務方面發揮了重要作用，同時帶動了全國氣象雷達產業、技術和人才的快速發展，取得了突出的社會經濟效益。但與美國等西方發達國家相比，我國氣象雷達建設在技術的可持續發展、雷達探測精細化、數據共享、應用、保障及培訓等方面存在一定的差距，不能完全滿足防災減災、經濟建設、生態文明建設和國防安全等多方面的需求。由于對流天氣現象的變化較快，對流單體的發展時間尺度有些時候就幾分鐘到十幾分鐘，尤其對于風暴等強對流單體，幾分鐘單體情況就可能發生很大的變化。目前布網的氣象雷達通常采用機械驅動天線進行面掃描方式工作，體掃一周的完成時間較長，不能完全滿足對天氣快速演變過程更為精細觀測的需要；同時，相關觀測資料的時間分辨率低，必然影響相關氣象產品的質量，影響了其業務實用性。對于相控陣天氣雷達，由于其采用了基于電掃的靈活掃描方式，可以大大提高采集數據的時間分辨率，可以與目前新一代天氣雷達布網所用多普勒機械雷達進行優勢互補，構成高低分辨率、遠近距離探測結合的新型天氣雷達網，進一步提升對快變的中小尺度強對流天氣系統的監測水平和預警能力。2015年，中國氣象局結合十三五氣象事業發展規劃的編制，明確了智慧氣象的發展思路，提出通過信息化推進智慧氣象與智慧城市、智慧交通、智慧農業等領域的融合，使氣象現代化邁上更高水平，為決策、為生產、為民生提供精細化、專業化、個性化的普惠氣象服務。下一步，中國氣象局將加強高分辨率精細化預報、移動互聯網、大數據分析、云計算等先進技術成果在城市防災減災和氣象服務中的應用，發展基于用戶位置和預報請求的精細化氣象服務業務，提高氣象預報服務的針對性、準確度和智能化水平，滿足城市公眾個性化氣象服務需求。根據《氣象觀測技術發展引領計劃（2020-2035年）》資料，隨著核心技術、關鍵技術和應用技術的突破，氣象觀測技術得到迅速發展，為了滿足精細化氣象預報和服務的需求，觀測設備空間網格越來越密，資料時間密度越來越高，從二維觀測向三維立體觀測發展，從大尺度的天氣觀測向中小尺度天氣觀測發展。面對智慧氣象、全球氣象建設需求，氣象觀測裝備將迎來再一次的更新換代，朝著智能化、微型化、信息化、網絡化、全球化方向邁進，測量要素將更全、測量結果將更準、傳輸處理將更及時，助力我國氣象現代化建設。相控陣天氣雷達還未進入大規模實用階段，但隨著相控陣雷達的各項技術飛快的進步、應用范圍的擴大、相控陣雷達整機成本和保障費用進一步下降，相控陣天氣雷達將成為我國下一代天氣雷達的主要發展方向之一。隨著我國國民經濟持續快速發展，民用雷達被廣泛應用于各個領域，并且呈增長的態勢，在這個發展的過程中，相控陣雷達技術優越性的不斷凸顯及其制造成本的不斷下降，除了氣象探測領域之外，相控陣雷達應用于其他民用領域的市場也將逐步培育和擴大。毫米波雷達行業集中度較高由于技術水平較落后與國外技術封鎖，我國毫米波雷達發展起步較晚，2015年產業開始起步，經過多年的發展，技術水平取得了較大進展，2018年我國已有少數幾家企業具備了24GHz毫米波雷達量產能力，2019年，隨著搭載了森思泰克77GHz車載毫米波雷達的紅旗HS5正式上市，國內首個真正實現上路的ADAS毫米波雷達傳感器誕生。但目前我國技術水平與生產能力相較于歐美日等國，有較大差距，仍處于追趕階段。目前我國企業研發由24GHz波雷向著77GHz波雷邁進，而國外企業已開始量產4D毫米波雷達并著手研發4D成像毫米波雷達，