探寻碟中谍的机密

文   |   君临团队

“完成看似不可能的任务”，是碟中谍系列电影的一贯套路。

碟中谍4中有个情节，反派控制了俄罗斯的核导弹发射装置，强行向美国发出了导弹，主角阿汤哥在最后一秒按下按钮在空中关闭了核弹引爆程序。

今天我们不聊电影，而是聊聊“完成看似不可能的任务”是如何被完成，并成为一门生意的。

试想刚才那个情节，核弹上天后，政府直接影响卫星导航系统，让核弹坠入太平洋，那多省事？

醒醒，你个杠精，导弹发射后，是不能通过影响导航系统来改变导弹轨迹的。

作为一种大杀器，导弹所用的导航系统不能受外界影响，导弹使用的是不同于卫星导航的惯性导航。

与我们熟知的卫星导航原理很不一样，惯性导航更像是一台暴力计算机，这个系统由四组或更多的传感器加上中央处理器组成：

陀螺仪传感器测量各个方向的角速度旋转，告诉处理器转向的幅度。

加速度计传感器测量加速度的方向和大小，通过两次积分运算求解出位移。

磁力计测量磁场的强度与方向，通过地磁向量的误差表征量得到当前飞行的方向

气压计则测量外界气压值，给出当前所在的高度。

多个传感器把采集的角度、位移、方向、高度汇总给中央处理器，不依赖外界信号运算出自己在坐标系中的位置和朝向，再调整姿态得以精确地飞向坐标系中的任意一点。

这就是精准打击，高科技。

不需要依赖任何外界信号输入，既是复杂战场环境下的保底手段，也是一国军工水平的重要体现，惯性导航的发展水平直接影响了导弹类武器装备的威慑力。

技术太敏感，我国从事惯性导航技术研发及生产的都是国字头，有航天科工33所，航天科技九院等军工研究所。

上市公司层面，航天九院旗下的航天电子规模最大，是惯性导航的龙头。

中航工业旗下的中航电子掌管了惯性导航国家队航天618所。

今天的主角是是一名涉足惯性导航领域的新星，同属中航集团旗下中航电测（300114）。

没有一家公司是完美无缺的，但在公开媒体上过于犀利的风险披露会导致一些不可控的后果，成为我们的付费用户，获得风险提示，带您看透成长股（点我了解更多）。

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群雄逐鹿的资本市场，经常出现一些上市公司集群。

大众媒体喜欢把他们称作“某某系”，在媒体们追求10W+的渲染下，这些“某某系”容易给群众留下的印象大多是一掷千金，玩资本把戏的妖精大鳄。

但根正苗红的“中航系”确是实打实的产业集群，旗下有100余家成员单位，上市公司就有近30家。

其中不仅有国产大飞机产业链的中航动控、中航飞机，也有从事汽车零部件的成飞集成，甚至有光电元器件、液晶领域的中航电子和深天马。

横跨多个实业领域，阵容豪华，实力非凡。

中航电测，是中航集团里生产航空、汽车传感器的专业户，掌握核心技术，是世界上最大的车用传感器供货商之一。

中航电测的传统强势业务是电阻式应变计，一直占据公司营收的半数以上。

电阻应变计，简单来说，就是个秤。

高速公路收费站前都有一个地磅，车辆的重量会直接显示在收费屏幕上。

家用的体重秤大多也都是直接显示数字的电子秤，这些称量衡器的原理都是相通的，就是将物体重量造成的形变，转化为电信号输出。

小姐姐把床垫压个坑，引发的“形状变化”，就是形变 | 来源：网络

将形变转化为电信号，关键就是应变计。

应变计上有两个关键部件：敏感栅极、电阻。

安装在受力位置的应变计，其基片上的敏感栅极易产生形变。形变后，电阻系数相应变动，即可由此推出应变计所受压力的大小，继而实现对物体的称重。

简单吧，市面上电子磅秤都是这样的原理。

如果中航电测的应变计（片）只能用来造高速公路收费站的地磅，门槛并不高，更称不上掌握了核心技术。

中航电测在应变计领域坐上头把交椅，那是把“电子秤（指应变计）”玩出了新花样。

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作为一家硬核技术公司，总得有几样拿得出手的专利。 

比如下面这个：

就是通过把应变计和角度传感器结合，将称重用的应变计沿车体结构设置在多个承重部位，再由尾部安装的角度传感器获取应力的方向，综合两者数据传输给处理器模块，实时计算出车辆载荷的重量。

也就是说，只需经过简单改装，就可摆脱称重必须过地磅的场合限制，有效提高车辆的称重效率。

这类传感器的灵活应用，看似只是简单的组合，但其实需要大量的技术积累。

目前大多数国产应变计价格只是进口应变计的1/10，如此LOW的价格，反映了质量上的云泥之别。

应变计的原理虽然简单，但如果只是像拼积木一般进行电路组合，那在使用过程中会遇到各种各样的问题。

比如温度的变化，这不仅会影响敏感栅的电阻值，还会影响被测物体的弹性模量，如果不对这些误差做任何处理，称量结果必将随风飘逸，谬之千里。

我们把温度改变而造成的敏感栅电阻值改变这一数量称为热输出，可以理解为传感器在温度变化情况下产生的误差。

普通应变计热输出曲线如下，一般热输出在千位数量级。

普通应变计热输出曲线

中航电测的对策是：通过调整敏感栅材料的合金配比、改变冷扎成型压缩率以及适当的热处理，改变了敏感栅材料的晶体结构，使其对温度变得不那么敏感，大幅降低了热输出。

将热输出从千数量级降低到了百数量级，有效减少了应变计的温度漂移，提高了测量精度。

温度自补偿应变计的典型热输出曲线

不过，与此同时，材料的弹性模量（受力时变形的程度）会随着环境温度的升高而下降。

简而言之，就是温度越高，被测材料在相同受力的条件下变形程度会更高，应变计监测到的形变也会偏大，也会带来测量误差。

典型的按下葫芦浮起瓢。

要解决这个连环问题，中航电测的方案是让敏感栅的灵敏度也随着温度升高而同步适当降低，使最终输出不发生改变。

目前中航电测已研制出了综合自补偿应变计，使输出结果的温度漂移进入0.005%FS/℃的门槛。

作为对比，国际品牌中美国Omega的应变计输出精度也在0.005%FS/℃。

2013~2017应变电测设备销量和营收

已达到国际顶尖水平的产品，销量也没有让人失望。

应变电测及其配套控制设备2017年共卖出了2800万余只，比2016年的1800万只增加了52%。

营收达5.67亿元，占公司总营收的45%，应变电测业务依然是中航电测的基本盘。

销量和营收的持续增长，固然有随市场成长的原因。

但不能忽视，中航电测在这一业务上的技术优势。

其生产的各类应变电测设备不仅测量精度高，而且可以在高温、低温、高压等极端环境下工作。

使其成为国内企业中为数不多的可以向欧美市场供应中高端应变电测产品的厂商之一，攻占了部分以往被外资厂商垄断的高端市场。

2017年中国市场称重仪器市场份额

2017年中国市场应变式传感器市场份额

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码农圈子中有句戏言：“一个优秀的程序80%的代码是用来防止bug。”

中航电测对技术的精益求精，把原理简单的电阻应变计的误差减小到极致，是它在该领域立于不败之地的关键。

各类传感器上的积累的深厚功底，也让中航电测有实力吃下传感器应用业务这块肥肉。

2012年，中航电测收购了石家庄华燕70%的股权，并于近期完成全资控股。

华燕主营业务为汽车安全监测系统、驾照考试监测系统，这项业务作为公司向下游传感器集成应用延伸的尝试，表现基本符合预期，每年为公司贡献30%左右的营收。

但这项业务目前面临着增速大幅下滑的问题，主要原因是驾考培训市场趋于饱和。

中航电测虽也有转型进军电动车智能监测系统的打算，但在可预见的未来里，智能交通业务还没有爆发式成长的迹象。

到这为止，中航电测还只是一个优秀的应变式传感器厂商。

这和高大上的军用惯性导航有什么关系？

别急，我们继续。

作为中航集团一员，中航电测一直在军品领域有所建树，主要生产驾驶舱的配电系统和重心测量系统。

配电系统和重心测量系统 | 来源：官网

机载配电系统主要配套运输机及其平台、直升机，实现飞机供电的合理分配。

重心测量系统则适用于各种飞机在地面上的重心测量，还配备有软件用于计算飞机的耗油重心曲线。

很明显，两者都有十分重要的军事用途。

而军品的逻辑和民品的逻辑大相径庭，军品虽然要求可靠耐用，但碍于量小，这让中航电测在军品业务上一直饱受难以放量之苦。

去年航天与军工业务实现营收2.16亿元，但军品总销量仅为3292套，其中配电系统更是只卖出了6套。

除了配电系统单套价值较高（军用飞机成套配电系统价格在100万~500万之间）的客观原因外，2017年军改采购机制的改革也带来了相关装备订单量的下滑。

电测旗下的专注军品全资子公司武汉一零一，前几年业绩保持高速增长。

由于采购机制改革，军方推迟了订单交付时间，业绩在17年有所下滑。

武汉一零一营收和净利润

这次军改提到，在军费配置方面会把军费向海空军和太空等方向倾斜，相关兵种也得到了扩编，会逐步释放装备更新换代的需求。

现役的直升机还有大量的直8和直9，均是上世纪八十年代的引进技术，已很难满足现代空军需求。   

武直-10是解放军第一种专业武装直升机和亚洲各国第一种自研专业武装直升机 | 来源：网络

我国新一代武装直升机计划立项以来，一直在对标美国的黑鹰直升机，自主研发生产了武直10~武直18系列产品，这些新一代直升机会逐步替代已经老旧的型号。

我军陆军目前有12个陆航旅，未来三年还将新增3个陆航旅，以每个新旅配置70架直升机，原有陆航旅更新20架直升机来计算，三年内新直升机需求超过500架。

海军方面，海军陆战队的扩编预计带来180架的直升机需求量，此外，海军新增舰艇也有配置直升机需求，未来三年内约为100架。

综上，未来三年军用直升机总需求缺口约为800架，直升机配电系统业务有望迎来放量。

今年上半年，电测的直升机杆力传感销售额达到40%的增速，目前已知的直升机配电系统订单量是20台+，是去年的三倍有余，已经有了好转的势头，明年预计将有30~40套订单，放量势头明显。

但值得注意的是，近两年电测的军用配电系统的毛利率下滑，且下滑幅度超过机载配电系统的龙头中航机电。

中航机电是配电这一块业务的王者，无论是市场份额还是毛利率都远超中航电测，电测想在机载配电领域获得规模化的增长并不容易。

直升机配电系统毕竟是耐用品，在部队列装完毕后，对应的配电系统需求还是会回落。

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一锤子买卖不可取，细水长流才是真。

军品最肥的肉，还是要看消耗品：弹药。

导弹上的惯性导航组件是典型的易耗品，会随着击中目标而销毁。

在当前重实战训练的背景下，炮弹上安装的MEMS惯导组件将大量消耗，未来需求量将会非常巨大。

中航电测的MEMS惯导项目（惯性导航项目微惯性导航系统），启动于2015年，也是由公司旗下的汉中一零一负责。

2016年，汉中一零一又和中科院半导体研究所联合成立了“一零一—中科院半导体研究所导航传感器联合实验室”，专攻MEMS惯导芯片的技术设计和制造工艺。

目前制造的海军用炮弹打靶试验已成功完成，2017年又启动了新炮弹的惯性导航项目，已经完成了数次打靶。

在20~30公里的射程上，炮弹落点达到战术水平精度——针对固定靶点，可以做到2-5发命中，且全部控制在50米半径内。

假如不用惯导产品，则是200发才能命中，且半径扩大到了1.5公里。

试验效果也获得了军方的认可。

从技术细节的对比中，可以看到中航电测惯性导航业务的优势所在。

根据文头的介绍，惯性导航最重要的两个组件就是陀螺仪和加速度计。

一个感知方向，一个感知距离，搞定了这两个信息，炮弹的落点基本不会偏离太远。

陀螺仪方面，我们选择主营业务是惯性导航的晨曦航空、耐威科技进行对比。

惯导具体业务还有细分，包括挠性捷联、光纤捷联、激光捷联、压电捷联这几种导航系统。

不同惯性导航所用到陀螺仪对比表格

晨曦航空的收入基本来源于军品业务，其中惯性导航产品占比75%。

耐威科技则是激光捷联模式的翘楚，他生产的激光惯导已经批量装备某型号战斗机。

MEMS陀螺仪

相关技术细节过于艰深，这里不多赘述，简而言之，MEMS惯导就是把多项传感器和处理器整合进一个独立的微型系统，降低成本的同时更容易封装。

MEMS惯导概念，2014年由国外提出，晨曦航空在惯性导航领域有其固有的产品线，MEMS惯导的研发起步较晚，耐威科技也更注重自己强势的激光捷联惯性导航技术。

市场空白，中航电测快人一步。

2015年，启动惯导项目，直接使用了MEMS微机械模式设计研发，目前在竞争对手中试验进度最快，已率先完成MEMS惯导的打靶实验。

惯性导航的另一关键点是加速度计，加速度计其实就是一种受力传感器（F=ma）。

设置在传感器中的敏感片将应力的变化转化为电信号，就可以得到载体加速度的大小和方向，进而进一步计算速度与位移。

加速度计和应力计原理相似，这就回到了中航电测传统强项。

前文提到的温度自补偿应变计技术就被运用到了惯性导航模块中——军档高精度温补模块。（由于炮弹飞行的全过程中弹体温度变化幅度很大，温度对应力测量的影响就不可忽略，温度自补偿技术可以有效降低加速度计的误差。）

如此大杀器，市场需求到底如何？

在汉中一零一的并购交易报告书中，汉中一零一是购房买（军方）的独家供应商，并在2014年达成初步采购谈判——每年需求5000套以上，每套价格2.8万元。

但由于规模化投产时点晚于预期，累积的需求已经超过1万套。

考虑到我国近两年在军事科技上迎头追赶的决心，会更新大量的战术导弹库存，预计未来MEMS惯导组件市场需求可以超过50亿。

中航电测的基本盘——应变计业务技术优势明显，占据市场头部份额，但业务也趋于稳定，增长动能不足。

惯性导航等高端军用领域，是增量空间。

MEMS惯性导航立项最早，打靶试验进度领先，有望弯道超车。

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