国防信息化系列专题之一：空管雷达：落寞中等待再次绚丽绽放.pdf

chinastock 证券研究报告 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明 table_research 行业 深度报告 地面设备2020 年 08 月 24 日 table_main 公司深度报告模板 国防信息化系列专题之一 ： 空管雷达 落寞中等待再次绚丽绽放 雷达 行业 推荐 首次评级 核心观点 ： 全球雷达市场需求空间上升 ， 各国高度重视 空管雷达系统建设 。 雷达设备一直在军用市场上发挥重要作用，同时随着各类军用技术逐渐走向民用市场，雷达开始为 国民经济 提供助力。国外民用雷达起步较早，美国 雷神 、法国 THALES、日本古野 等公司均在民用雷达市场拥有核心技术和代表产品。目前世界各国非常重视空管系统的建设，发达国家和部分发展中国家都安 装了先进的空管雷达，基本形成了较为完善的自动化空管系统。 低空空域管理改革 加速推进 ，通 用 航 空 千亿蛋糕盛宴开启 。 目前 我国通用航空正处于市场培育阶段 ， 民航可使用 的空域 仅占总空域的 10%， 提升空间巨大。据 “十三五” 规划 ， 到 2020 年我国通 航产业体量相比 2015 年增加超过一倍，其中飞行时间增加 156.7%，机队规模扩大 123.7%，通用机场数量扩增 66.7%，私人飞行驾照数量增加 105.8%。预计 到 2020 年 我国通用航空市场规模将达到 3400 亿元 。 一旦放开低空空域， 相关产业，特别是空管雷达行业 将 深度 受益 。 军航静待 “十三五 ” 末空管雷达放量集采 。 “ 十三五 ” 规划收官在即，空管雷达招投标计划有望启动，大规模的空管雷达集中采购即将拉开帷幕。 随之而来的是大量军用机场对空管雷达强烈需求，预计 2016-2020年国内军用雷达市场规模将达 170 亿 美元，空管雷达市场 也将随之同步增长。 民航运输或将迎来高速增长时期 。 近几年，我国 民航运输 需求增长 十分 强劲 。 预计 “十三五” 期间 将 新增 60 个以上 的民用运输机场， 机场建设能带来的空管设备市场规模 约 为 135 亿元 。若 考虑技术 提升 ，预计到 2020 年空管设备占机场投资额的比重有望达到 8%， 空管设备市场规模远期将显著提升。 空管雷达国产化替 代已箭在弦上 。 一方面，日益严峻的国际形势将倒逼空管雷达国产化替代进程提速。 目前， 我国空管自动化系统国产设备只占了大约 30%的比例 ， “十三五” 这一比例将 提升至 80%（ 目前 看 完成此目标不容乐 观，但我们仍强烈看好在 “ 十四五 ” 期间迅速落地 ） 。另一方面，我国空管雷达领域已具备了国产化替代的技术基础。随着我国雷达技术的不断进步与发展，存量雷达国产化率将大幅提升。目前我国 每年 大约进口空管雷达 装备 60 套，进口替代空间约 24 亿元。 投资建议 空管雷达行业正处于爆发前夜：低空空域管理改革加速推进， 通 用航 空 引发 千亿 增量需求 ； “十三五” 规划收官在即 ，积压多年的 军航 订单有望加速释放，空管雷达 主要 供货商 的 业绩 增长 或将进入快车道； 在重要型号上，国内空管雷达制造商在技术上与国外相比已无明显劣势，国产化替代大幕 或 将 徐徐拉开 。这些 共同决定了国 内空管雷达企业即将迎来 长期成长机会，我们坚定看好国内空管雷达的龙头企业，推荐国睿科技 （ 600562.SH） 、四创电子 （ 600990.SH） 。 分析师 李良 ： 010-6656 8330 ： liliang_yjchinastock 分析师登记编号： S0130515090001 周义 ： 010-8635 9186 ： zhouyi_yjchinastock 分析师登记编号： S0130520060002 相关研究 table_report 风险提示 ： “十三五” 订单释放不及预期 的风险 ；国产化替代进程不及预期 的风险 ； 低空空域管理改革推进 不及预期 的风险 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 2 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 目 录 一、空管雷达概况 . 3 （一）雷 达的产生与演变 . 3 （二）空管雷达发展历程及分类 . 4 1、空管雷达发展历程 . 4 2、按工作机理，空管雷达可分为两类 . 5 3、按工作空域，空管雷达可分为四类 . 7 （ 1）航路监视雷达（ ARSR） . 7 （ 2）机场监视雷达（ ASR） . 8 （ 3）精密进近雷达（ PAR） . 8 （ 4）地面活动监视雷达（ SMR） . 9 二、国外空管雷达发展现状 . 10 （一）市场寡头垄断程度极高，且强强联手 . 10 （二）空管雷达在军民市场的需求持续增加 . 10 1、军用市场：需求在波动中不断增长 . 10 2、民用市场：各企业纷纷将民用雷达作为业务开拓重点，需求增长迅猛 . 11 （三）一系列新监视技术逐步应用至空管雷达 . 11 1、广播式自动相关监视（ ADS-B） . 12 2、多点相关定位（ Multilateration/MLAT 或 MDS） . 12 三、国内空管雷达发展现状及未来前景 . 13 （一）寡头垄断格局基本定形，双巨头后发赶超优势明显 . 13 1、 14 所： “中国质造 ”落地，国产空管一次雷达将服务中国民航 . 13 2、 38 所：打破国外技术垄断，实现国内空管监视装备自主可控 . 14 （二）我国空管雷达未来发展前景广阔 . 15 1、低空空域管理改革加速推进，通用航空千亿蛋糕盛宴开启 . 15 2、军航静待 “ 十三五” 集采，民航或将迎来高速增长时期 . 16 （ 1）军工电子 信息化加速推进， “十三五 ” 末静待空管雷达放量集采 . 16 （ 2）民航运输或将迎来高速增长时期 . 16 3、国际形势严峻，空管雷达国产化替代已具备技术基础 . 17 四、投资建议 . 17 五、重点上市公司情况 . 18 （一）四创电子（ 600990.SH） . 18 （二）国睿科技（ 600562.SH） . 18 （三）四川九洲（ 000801.SZ） . 19 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 3 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 一、 空管雷达 概况 （ 一 ） 雷达的产生 与 演变 雷达 ， 英文 RADAR（ Radio Detection and Range，无线电探测与测距）， 顾名思义是一种通过获取从目标散射回来的电磁波， 发现目标 并测定目标距离的工具。 在空中交通管制（ Air Traffic Control， ATC，简称空管）应用中的雷达被统称为空管雷达。 空管雷达是 ATM（空中交通管理）系统监视空中飞行情况的重要信息源之一，是确保飞行安全、实现雷达管制和提高空域容量的基础。 图 1 雷达基本工作流程 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 雷达诞生于 20 世纪 30 年代，从世界雷达装备技术发展来看，雷达的发展大致经历了 四 个阶段： 第一阶段是从 20 世纪 30 年代到 50 年代，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，西方大量研制部署米波段雷达和以磁 控管为发射机功率部件的微波雷达。当时雷达探测目标 (主要是飞机 )的种类简单， 信号处理为 MTI（ Moving Target Indication，动目标显示），以手动为主要录取方式，自动化程度低，可靠性较差， 雷达的典型技术特征是电子管、非相参。 第二阶段是从 20 世纪 50 年代到 80 年代，防空作战对雷达提出了精确引导的要求，使非相参技术体制逐渐被淘汰，转而开始发展稳定性和可靠性较高的全相参微波雷达，发射机大量使用速调管、行波管、前向波管等作为功率部件， 信号处理为数字 MTI，以自动为主要录取方式，自动化程度较高，可靠 性较高， 其技术特征是半导体、全相参。 第三阶段是从 20 世纪 80 年代到 20 世纪末，为满足现代空战对雷达高精度、高分辨力、高抗干扰能力、多目标跟踪能力、高可靠性和维修性的要求，有效应对复杂电磁环境下低空高速目标的要求，开始发展大规模集成电路、全固态、相控阵技术。 信号处理为 AMTD（ Adaptive MTD，自适应动目标检测），以自动录取和自动状态监测为主，双通道冗余，雷达的可靠性、维修性、可用性和安全性极大提高，雷达 发展到 更为完善和实用的阶段。 随着隐身目标、低空低速和高空高速目标的出现、电磁环境的日益恶劣，目 前正在向多功、请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 4 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 自适应、目标识别发展，是雷达发展的第四阶段。 图 2 雷达 技术 路线的历史沿革 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 未来 ， 雷达探测技术的发展将突破传统思维的束缚，向二维多视角布局、多探测器共形构型和多维信号空间处理方向 发 展，可能会出现扁平网络化多站雷达、共形相控阵雷达，信号处理技术开始使用跟踪后检测，距离一方位一时间三维跟踪检测，三维 SAR(合成孔径成像 )，距离一方位一时间三维处理，多波段、多极化、多波形等构成的多维信号空间处理技术等，并且开 始向网络化与多平台联合、认知与智能的方向发展，最终将走向探测、干扰、通信的综合一体化。 （ 二 ） 空管雷达 发展 历程 及分类 1、 空管雷达 发展历程 雷达最初用于国土防空、监视引导。二战中，雷达以军用作战为主。 1949 年美国民用航空局最早开始采用一次雷达作为民用飞机的主要导航设备，解决了恶劣气象条件下机场空域飞机的导航问题，一次雷达开始应用于空管系统； 1953 年，航路上的雷达导航方案开始实施； 1955 年，联邦德国航空交通管理局在机场附近和航路使用一次雷达，使空管员可以实时掌握空中飞行目标的相互位置，向航行管制系统的 自动化迈开了第一步。 20 世纪 60 年代初，国际民航组织（ ICAO）确定了空中管制雷达信标系统（二次雷达）的国际标准； 20 世纪 70 年代单脉冲二次雷达得以发展，为常规二次雷达的应用和普及打下坚实基础，同时计算机技术和雷达结合，实现了空管雷达联网全自动化，极大提高管制效率； 1983请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 5 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 年，首部空管二次雷达开始在空中交通管制中得到应用。 在 20 世纪末，随着射频大功率晶体管器件的成熟与商品化，空管雷达进入了全固态时代，国际上相继出现全固态、可无人值守的空管雷达，固态发射机取代了速调管发射机，全固态空管雷达大量采用集成化、 微电子化的设备，在系统可靠性、稳定性、自动化和商品化水平上有很大提高，使空管雷达发展到一个更为实用的阶段。 图 3 空管雷达发展 历 程中的重要节点 资料来源：中国知网，中国银河证券研究院整理 随着飞机数量的增加和性能要求的提升，空中交通日趋繁忙，飞行管制更加复杂，用于空中交通管制的雷达系统不断被提出更高的规范和要求。 现代空管雷达设备系统组成包括 天线、转台（转动铰链、驱动电机、码盘等）、馈线、发射机、接收机、信号 /数据处理器、监控终端等。 图 4 现代 空管雷达设备 的系统 组成 资料来源： 空管一次雷达张尉等著， 中国银河证券研究院整理 2、 按工作机理， 空管雷达 可 分 为两 类 在当代的空中交通管制过程中，用于航空管制的雷达可以分为两类 ： 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 6 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 一类是用于探测空中物体的反射式主雷达， 采用测量目标距离和方位的两坐标体制，成本价格比较低。基本 原理是地面雷达装置发射无线电波，空中飞机的反射回波，地面雷达依据反射回波得出距离和方位信息 ，即一次雷达（ Primary Surveillance Radar, PSR） 。 图 5 部分空管一次雷达 资料来源： 新华日报、 中国银河证券研究院整理 另一类则是二次雷达（ Secondary Surveillance Radar， SSR），二次雷达实际上并不是单一的雷达，而是包括雷达信标及数据处理在内的一套系统，与一次雷达最初的探测目标的机理不同， 它利用机载应答机应答地面询问机发射的电磁波对目标探测和定位 。 其 原理是地面雷达装置发射无线电波，回波来自空中飞机的应答机转发的辐射电波，地面雷达依据回波得出相应信息。实际应用中，二次雷达经常与一次雷达合装，以便充分发挥两种探测设备的 优势，进而将探测得到的同一目标的点迹或航迹综合后传输至中心。 图 6 二次 雷达与一次雷达的区别 二次雷达原理 一次雷达原理资料来源： 中国知网、 中国银河证券研究院整理 二次雷达的出现是空中交通管制最重大的技术进展，在和平时期世界各国大力发展民用空中交通管制系统的同时，又反过来促进了敌我识别的进步，二者相辅相成，共同发展。 二次雷达在识别、高度、危机告警等方面具有许多一次雷达不具备的优点：（ 1）二次雷达的询问距离仅与发射功率的平方根成正比，在达到指定的作用距离时，二次雷达发射功率可比一次雷 达的发射 功率小很多，体积、重量也相应小得多 ；（ 2）二次雷达接收机只接收射频为1090MHz 的应答信号，从而可 消除 由询问信号射频 1030MHZ 产生的地物杂波、气象杂波和仙波的 干扰 ；（ 3）二次雷达的高度信息由飞机上的气压高度表测量，空管员与飞行员掌握的高请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 7 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 度数据一致，便于空中交通管制及飞机间飞行高度安全；（ 4）二次雷达能够提供目标识别信息，当飞机发生故障、通信系统失灵或遇到干扰时， 提供危急告警信息 。 图 7 空管二次雷达系统及二次雷达站 资料来源： 智研咨询、凤凰网、 中 国银河证券研究院整理 3、 按工作空域， 空管雷达 可分为四 类 按照民航规定，每一个飞行情报区分为四个空域：空中航路（ AWY）、终场机动区（ TMA）、控制区（ CTR）和机场区（ ATZ）。相应的空管一次雷达主要有四种：航路监视雷达（ Air Route Surveillance Radar， ARSR）、机场监视雷达（ Airport Surveillance Radar， ASR）、精密进近雷达（ Precision Approach Radar， PAR）和 地面活动监视雷达（ Surface Movement Radar， SMR） ，构成完整的空管雷达监视系统。 表 1 四种 空管雷达 的原理及 主要用途 模式 原理 主要用途 ARSR 雷达 工作在 L 波段，作用距离 大多在 300-500 公里 探测 飞机位置信息以适当的数据格式通过调制解调器传给空管中心 ， 称远程空管一次雷达 ASR 雷达 工作波段在 L 或 S 波段， 作用距离大多在100-500 公里 提供精确的飞机位置信息 ，分辨度高、天线转速快、高数据率，能判别运动目标类型， 称近程空管一次雷达 PAR 雷达 工作在 X 波段，作用距离 大多在 20-50 公里 高数据 率地精确测量飞机的三维位置坐标，精确引导飞机起降 SMR 雷达 工作在 X-Ka 波段，作用距离 2-5 公里 监视机场地面航空器和各种车辆运动情况的分辨雷达 资料来源： 中国 银河证券研究院 整理 （ 1） 航路监视雷达 （ ARSR） 航路监视雷达一般在 L 波段 的频率，约 1250-1350MHz 的范围 ，兼顾了方位分辨力、天线尺寸、传输损耗、发射功率、经济指标等诸多因素，作用距离大多在 300-500km，雷达探测到的飞机位置信息以适当的数据格式通过调制解调器传给空管中心，称远程空管一次雷达。典型的有加拿大 RAYTHEON 公司的 ASR-23SS/16 型，法国 THALES 公司 的 TRAC-2000 型等。 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 8 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 图 8 航路监视雷达 资料来源：中国 民用航空网 ，中国银河证券研究院整理 （ 2） 机场监视雷达 （ ASR） 机场监视雷达按照国际民航组织规定 可以选用 L 波段或 S 波段的频率，目前多为 S 波段，范围一般在 2700-2900MHz，作用距离大多在 100-500km， 所监视的区域通常是飞行密集和繁忙区，管制范围有限，常称近程空管一次雷达。机场监视雷达的首要任务是提供精确的飞机位置信息，空管人员据此通过数据传 输或网络引导飞机以适当的距离和高度接近并进入机场的着陆跑道，随后飞机将在仪表着陆系统、微波着陆系统或精密着陆系统等引导下安全着陆。另一个重要任务是及时提供终端管制区域内的有关气象数据。例如美国 RAYTHEON 公司的ASR-10SS 型，法国 THALES 公司 STAR-2000 型，我国中电科 38 所的 3821 型等。 图 9 机场监视雷达 资料来源：中国气象仪器网，中国银河证券研究院整理 （ 3） 精密进近雷达（ PAR） 精密进近雷达（ PAR）是一种安装于跑道一侧的精密跟踪雷达 ，一般工作在 X 波段，主要用于监视和跟踪飞机的起降，作用距离为 20 50km。 PAR 的品种很多，但主要功能和技术指标基本相同。为了提高 PAR 系统的效能，新型 PAR 系统一般采用两维电扫天线，如美国 雷神 公司的 AN/TPN-25 雷达和 ITT 吉尔菲兰公司的 PAR-2000 雷达。此外，高效 PAR 系统还有请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 9 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 采用一维相扫的二次 PAR 和采用多站定位原理的二次 PAR。一维相扫二次 PAR 采用 MSSR雷达体制，可以在飞机进入机场空域时，高数据率地精确测量飞机的三维位置坐标，如美国Raytheon 公司的 PARM 雷达。采用多站定位原理的 二次 PAR 利用飞机的 MSSR 应答信号对目标进行多站定位和跟踪，并可以高重复频率对起降中的飞机进行 S 模式询问，精确引导飞机起降，捷克 ERA 公司 （后被美国收购） 为精密近进控制开发的“ ASCS”二次 PAR 系统。 图 10 原 捷克 ERA 公司无源雷达系统 （左）和 美国 雷神 公司 AN/TPN-25 雷达 （右） 资料来源：搜狐网，中国银河证券研究院整理 （ 4） 地面活动监视雷达（ SMR） 地面活动监视雷达（ SMR）是一种监控机场地面上飞机和各种车辆的运动情况的高分辨雷达，也叫场面监视雷 达，一般工作在 X Ka 波段，作用距离为 2 5km，如美国 Cardion 电气设备公司的 ASDE-3 雷达。 SMR 的回波信号处理有两种方式：一种是目标点迹和航迹处理，形成综合的机场场面动态画面；另一种是通过实孔径成像处理，显示机场场面的高分辨雷达图像，实现必要的目标识别和静止目标或障碍物成像。为了实现有效覆盖，可以配置2 4 部微型 SMR 构成地面活动引导和监控系统（ SMGCS），以探测整个需要监视的区域。 图 11 地面活动监视雷达 资料来源：新浪网 ，中国银河证券研究院整 理 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 10 table_page1 行业深度报告 /机械军工行业 二、国外 空管雷达发展现状 （一）市场寡头垄断程度极高，且强强联手 雷达寡头占据市场半壁江山，集中度极高。 由于产品研发周期、技术积累、系统复杂度、以及政府主导等因素，军品市场往往呈现出寡头垄断格局，雷达市场也不例外。 各主要雷达厂家之间通过成立联合公司或者搞合作研发来共摊研发风险，强强联手，共享采购大单。 根据预测国际 统计 ，全球排名前 4 的雷达公司分别是雷神 技术 、诺思罗普 格鲁曼、 MEADS、洛克希德 马丁， 它们在 2010-2019 年这 10 年间市场销售额约占全球市场总额的 46.5%。 图 12 全球主要雷达公司 2010-2019 年市场份额总和占比 资料来源：预测国际 、 中国银河证券研究院整理 （二）空管雷达在军民市场的需求持续增加 1、军用市场：需求在波动中不断增长 影响全球雷达市场需求的最主要因素有二，一是各国国防预算的额度 ； 二是雷达技术的发展。 军用雷达市场的需求方是各国政府，国防预算有波动，雷达采购数量也会随之起伏；另一方面，新技术的更新和应用促使雷达升级换代，导致产品结构发生变化，进而引起全球雷达市场需求的变动。 全球 军用 雷达市场在波动中 不断增长 。 尽管全球雷达市场需求在不同的 时期 受各国国防预算变动的影响而有所波动，但总体来说全球的雷达需求仍保持不断增长的趋势 。 根据中国产业信息网 披露 ， 2016-2020 年全球 军用雷达市场 稳步增长 ， 累计规模可达 570 亿美元， 年复合增 速 2.36%， 其中 北美和亚洲地区雷达需求在全球雷达市场中占据支配地位。 尤其是近年来亚太地区的不稳定因素持续增加，这使得美国和亚太各国对于海空领域的军费投入激增，进而导致军用空管雷达的需求也随之增长。