什么是多普勒效应?

　　概要

　　什么是惯性导航？惯性导航通过陀螺仪感知物体运动的角度变化、加速度计感知物体运动的速度变化，二者辅以时间维度进行运算后可得出物体相对于初始位置的偏离，进而获得物体当前的位置、包括姿态信息。

　　即使在卫星导航大规模应用的今天，惯性导航仍具有不可替代性。①惯导不接受卫星信号，也不向外辐射能量，因此隐蔽性、抗干扰性较强；②惯导输出物体运动的姿态信息，而卫星导航无法跟踪姿态；③惯性导航的频率大于卫星导航，可携带更多信息，适应载体的高速运动；④惯导+卫星的组合导航优劣互补、已大规模应用。

　　随着光电技术的进步，加速度计从传统的力平衡式加速度计，发展至功耗较小、组装更为简单的石英加速度计，以及轻量化的MEMS加速度计；陀螺仪则从最初的机械和机电式陀螺发展至光纤、激光陀螺仪、MEMS陀螺仪。MEMS惯性传感器因其价格低、功耗低、体积小的特点，其广泛的应用完全打开了惯导商用和民用市场的空间。

　　惯导起源于军工，但我们认为其在民商用市场有更加广阔的发展前景，惯导技术在室内导航、智能仓储、智能驾考等领域将发挥举足轻重的作用。经过我们的测算，MEMS惯导的市场规模约为315-420亿元，且随着MEMS应用的拓展和惯导产品在民商用市场的逐步渗透，未来MEMS惯导有望维持快速增长。

　　惯导在技术和资格认证上具有很高的壁垒。目前国内玩家不多，一类是国有性质的科研院所或企业，包括中航天三十三所、航天十三所、航天电子等；另外一类是民营企业，包括耐威科技、西安晨曦、中星测控、星网宇达等，这四家民营惯导企业已上市三家，证券化进程显著。民营惯导企业的上市，一方面可以运用资本手段加速发展，形成规模效应；另一方面，将加速惯性导航民用化的进程，并进一步拓展惯性导航的应用场景。

　　相关标的：星网宇达（新股）、晨曦航空（新股）、耐威科技（次新股）、七维航测（新三板）、星展测控（新三板）

　　正文

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　　惯性导航概要

　　什么是惯性导航？

　　惯性导航是以牛顿运动力学定律为基础的导航技术，其通过感知物体运动时的角速度和加速度、并辅以算法计算来实现定位。惯性导航的核心器件为陀螺仪和加速度计，陀螺仪用于感知物体运动的角度变化，加速度计用于感知物体运动的速度变化，二者辅以时间维度进行运算后可得出物体相对于初始位置的偏离，进而获得物体当前的位置、包括姿态信息。

　　惯性导航具有不可替代性

　　即使在卫星导航大规模应用的今天，惯性导航仍具有不可替代性。惯性导航最初应用于航空航天和国防装备领域，随着核心部件的技术升级和成本的降低，目前惯导已逐渐拓展至工业、民用消费领域，虽然惯导的应用领域在不断扩展，但其在航天国防领域仍具有不可替代的重要地位，这主要是由惯导独特的性质决定的。

　　抗干扰性强：不同于GPS等卫星导航，惯性导航属于自主式导航，其不接受卫星信号，也不向外辐射能量，因此惯性导航抗干扰性较强，而卫星导航易受信号强弱的干扰，在水下/地下/室内定位容易出现较大误差。

　　输出运行姿态：卫星导航一般仅输出运动体的位置和速度信息，而惯性导航由于内置测量装置，可以输出物体运动姿态信息，这也是惯导在航天航空、导弹制导、智能驾考等领域得到广泛运用的重要因素。

　　频率高：惯性导航的频率一般大于50Hz，可携带更多信息；而卫星导航输出的频率一般低于20Hz，难以满足高速运动载体的要求。

　　精度更高但误差积累：惯性导航可在室内实现精度导航，通过物体运动角速度和加速度的计量可以较为准确得确定位置；而卫星导航适应于室外导航，精度一般10m以内，精度上虽不及惯导，但卫星导航是实时纠偏的，通过接收机与卫星实时的连接获取不断更新的位置信息。惯导容易产生误差、且误差是积累的，因此惯导长时间运行后，可能会出现较大的误差。

　　惯导和卫星导航各有优劣，因此业内普遍将惯导和卫星导航结合使用（称之为惯性组合导航），惯性组合导航利用卫星导航实时更新的适中精度，来弥补惯导的误差随时间积累而增大的缺点，反过来再利用惯导的短期高精度，来弥补卫星导航丢失信号的风险。二者的结合，完美综合了各自的优点，适用性大大增强。

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　　核心器件变革打开惯性导航市场空间

　　机械→光纤/激光→MEMS

　　上世纪40年代，受二战引发的军事需求牵引，惯性技术在德国V-Ⅱ火箭上首次得到成功应用，随着光电技术的进步，加速度计从传统的力平衡式加速度计，发展至功耗较小、组装更为简单的石英加速度计，以及轻量化的MEMS加速度计；陀螺仪则从最初的机械和机电式陀螺发展至光纤、激光陀螺仪、MEMS陀螺仪。MEMS惯性传感器因其价格低、功耗低、体积小的特点，其广泛的应用完全打开了惯导商用和民用市场的空间。

　　具体而言：相比于传统的机械陀螺，光纤陀螺和激光陀螺精度更高、更为可靠；其中激光陀螺精度最高、价格也最为昂贵，广泛运用于军事领域，而光纤陀螺高精度、成本相对而言较低，应用范围触及民用领域。近些年MEMS凭借微型化和高集成度的特点快速发展，其在惯性测量单元的应用使得惯性导航迈入新的发展阶段，MEMS惯导组合仅几万元，适合在民用市场大规模推广，打破了惯导一直以来在军工领域运用的局限。

　　看好惯性导航在民商用领域的发展前景

　　（1）室内导航

　　民用卫星导航的精度达不到室内导航的要求，因而室内导航领域需要新的技术来实现。在室内导航的探索中，有多种定位方式，主要的实现载体有三种：WiFi、蓝牙和惯性导航。

　　①WiFi室内定位的原理是用手机测得的到AP的信号强度（RSSI）来估计到用户到AP的距离（一般来讲随着距离拉长信号强度指数衰减），利用这个AP的值就可以测算出用户的位置。这种方法的缺陷是WiFi信号强度本身就不稳定，加上外界环境的影响，测算结果可能会有误差；但如果AP足够多，定位的精度会大大增强。

　　②蓝牙定位的方法类似于WiFi，需要在商场布置蓝牙beacon，由于蓝牙的传输距离一般在20-30米左右，因而这种定位方式需要安装大量的蓝牙beacon，一般一个大型商场需要三四百只蓝牙beacon，布局起来较为麻烦，但索性国内的beacon不贵，成本没有那么高，但未来的设备维护会比较麻烦。

　　③惯性导航可利用内置在手机中的MEMS惯导单元来进行定位，这种方式不需要外接设备无线路由器/蓝牙设备的支持，可自主实现导航，但惯导的测量结果有误差，且长期累计误差会比较大。

　　我们认为，未来基于室内的导航不会由某一种方法独占，和室外导航一样，为提高精确度、完善定位体验，需要将多种室内定位方式结合起来使用，比如将惯导与WiFi结合，基于手机MEMS传感器和无线路由器的综合处理，得出较为精确的室内定位。基于GPS的室外导航已经成熟，由此催生了万亿衍生市场，我们认为未来基于惯导等技术的室内导航也将爆发，室内LBS有望成为一片新蓝海。室内导航的商业模式可以是将室内导航服务授权给第三方软件（比如大众点评），或者是为商场提供室内导航定制服务以帮助其提高顾客体验。

　　（2）智能仓储

　　仓储货运经历了人工到传送带到自动引导运输车的过程，亚马逊的Kiva机器人、京东的无人仓计划等无疑都加快了自动化仓储的进程。以自动引导运输车（AGV）为例，传统导航方式有电磁导航、光学导航等，即在AGV的行驶路径上埋设金属导线或是涂漆，AGV通过感知地面的轨迹来运动，这其实是一种被动运动，离智能化仍有较大差距。惯性导航的运用是AGV车的最佳选择，将高性能的微惯导移植到AGV上，可为AGV提供高精度的俯仰角、航向角、横滚角等数据，再获取驱动轮数据后，结合惯导的加速度信息可输出定位结果，按3m/s的行驶速度来估算，10s内定位误差小于5cm。

　　（3）智能驾考

　　惯性技术产品具备实时测量与评定、高精度、数据可追溯等特点，契合新的驾驶员考试智能化评判与实时监控的要求。2012年9月，公安部颁布了《机动车驾驶证申领和使用规定》，为适应新的全国驾驶员考试要求，考试实施场地将实现智能化评判与实时监控。因而从2012年下半年开始，智能驾考产品的市场需求激增。随着机动车和驾驶员数量的持续增长，驾驶员考试趋严，未来智能驾考惯导系统仍将是一片巨大的市场。

　　惯导在民商用市场有多大？

　　我们认为MEMS传感器轻巧、低价的特性将使得惯导民用渗透率不断提升，未来民用惯导产品将以MEMS产品为主流。以MEMS惯导为例，近些年MEMS传感器在我国保持15%以上的增速，预计到2017年，我国MEMS传感器市场将达到420亿元；MEMS陀螺仪和MEMS加速度计合计约占MEMS传感器市场的额30%，即MEMS惯导测量单元的市场规模将达到126亿元（420×30%）。MEMS惯导测量单元约占整个惯性导航产品成本的30%-40%，可以测算得出MEMS惯性导航的市场规模约为315-420亿元，且随着MEMS应用的拓展和惯导产品在民商用市场的逐步渗透，未来MEMS惯导有望维持快速增长。

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　　民营惯导企业迎来最好发展机遇

　　高进入门槛构筑竞争壁垒

　　总体而言，国外惯导技术领先于我国。目前仅美国、德国、中国等少数国家可研制并量产激光陀螺；光纤陀螺仪方面，美国保持技术领先地位，日本则在中低端光纤陀螺居于世界前列；而MEMS 陀螺仪，美国Drapa 实验室、Honeywell 公司对陀螺仪的稳定性和定位精度的把控能力世界领先。

　　惯导在技术和资格认证上具有很高的壁垒。一方面，国外惯性技术属于军事核心技术，禁止向我国出口和转让，因而国内惯导企业只能通过自身研发供给专业客户使用，这也间接促进了我国惯导产业的发展。另一方面，依据我国的《武器装备科研生产许可管理条例》及《武器装备科研生产许可实施办法》的相关规定，国家对从事武器装备科研生产许可目录所列的武器装备的科研生产活动实行许可管理，只有申请取得武器装备科研生产许可才能从事惯性导航科研生产业务。

　　因此，国内从事惯性导航产品自主研发和生产的企业较少，这些企业可分为两类：一类是国有性质的科研院所或企业，主要包括中航天三十三所、航天十三所、中航六一八所、航天七零四所、航天电子等。另外一类是民营企业，主要包括耐威科技、西安晨曦、中星测控、星网宇达等，这些民营惯导企业凭借多年的研发积累，技术水平比较先进，但与国有企业仍有一定的差距。

　　民营惯导厂商证券化进程显著

　　民营惯性导航企业的证券化进程显著加快。既耐威科技于2015年5月率先登陆创业板之后，星网宇达和晨曦航空于2016年12月先后上市，国内主要的四家民营惯导企业已上市三家，民营惯导企业的上市，一方面可以运用资本手段加速发展，形成规模效应；另一方面，将加速惯性导航民用化的进程，并进一步拓展惯性导航的应用场景。

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　　相关标的

　　星网宇达（002829.SZ）

　　公司主要从事惯性技术开发及应用，开展惯性组合导航、惯性测量、惯性稳控产品的研发、生产及销售。截至2016年三季度，公司实现营业收入1.81亿，同比大幅增长55%；实现归母净利润4201万，同比增长44%，公司经营状况在16年迎来反转。

　　惯性测量系统主要功能是感知物体所在位置及姿态变化并进行记录和反馈，从而得出系统一段时间内的位置、姿态变化情况，该技术目前已经应用于石油测斜、城市测绘、地质监测、驾驶员考试等领域。

　　惯性稳控产品主要功能是通过不间断的监测系统姿态位置变化，动态调整物体姿态，使物体对设定目标保持相对稳定。公司“动中通”产品即可实现天线的动态调整，使天线在车辆运行中的转向、颠簸环境中始终保持朝向通讯卫星，保证通讯质量。目前惯性稳控产品主要应用于车载、船载卫星通信、应急通信、新闻直播等领域。该业务收入占比最大，达49%，主要是由于稳控类产品客单价较高。

　　目前公司主要是采取直接开发客户的模式进行市场拓展（直销）。销售人员按照区域和产品类别对客户需求进行发掘，同时，技术人员也从贴合行业客户需求的研发成果出发，结合惯性技术的发展趋势，为客户提供技术咨询与建议，主动引导相关客户需求。

　　公司募投项目为“惯性导航与测控产品产业化项目”，旨在提高公司的生产效率与经营规模，扩充产能；“基于北斗的新一代驾驶人考训系统产业化项目”拟在驾驶人考训系统系列产品中应用北斗卫星导航技术与产品，满足驾驶人考试、训练市场需求；“基于惯性技术的铁路轨道检测设备产业化项目”采用惯性技术对铁路轨道进行动态检测；“惯性技术研发中心项目”将进一步增强公司的研发能力。

　　耐威科技（300456.SZ）

　　公司长期从事惯性导航系统、卫星导航产品的研发、生产与销售，已经形成了“惯性导航+卫星导航+组合导航”全覆盖的自主研发生产能力。公司产品主要包括惯性导航产品和卫星导航产品两大类。

　　惯性导航产品占比较大，占总营收的82%。2016年三季度营收大幅增长的原因是源于对瑞通芯源100%股权的收购并间接控股了全球领先的MEMS芯片制造商瑞典Silex，自2016年8月1日起纳入公司合并财务报表。公司2016年三季度净利润大幅下滑，一方面源于收购了Silex使得营业成本率大幅提高，另一方面政府补助与去年同期大幅减少。

　　公司近年来净利率下滑的原因，一方面由于公司研发投入增加，管理费用率逐年提升，2016年前三季度达到22.51%，另一方面由于软件企业“两免三减半”所得税优惠期结束（2009-2010年免征，2011-2013年减半按12.5%征收企业所得税），自2014年起适用15%的所得税税率。

　　公司上市以来积极开展外延并购。其中收购全球领先的MEMS芯片企业Selix将与公司发展高性能MEMS陀螺仪、加速度计及惯性测量组合（IMU）等产生协同效用。

　　2016年1月，公司收购北京瑞通芯源100%的股权，间接持有目标公司Silex98%的股权（另外2%仍由Silex首席执行官持有），作价7.50亿元，共发行858.18万股，发行价格为87.38元/股。赛莱克斯2015年、2016年、2017年的承诺净利润分别为3,333.90万瑞典克朗、3,799.80万瑞典克朗、5,664.50万瑞典克朗，三年累计承诺净利润合计数不低于12,798.2万瑞典克朗。

　　Silex专注于MEMS芯片的生产代工业务，为全球领先的纯MEMS代工企业，该公司位于瑞典斯德哥尔摩，客户遍布北美、欧洲和亚洲，产品应用覆盖了工业、生物医疗、通讯和消费电子等领域。公司分别拥有一条6吋及一条8吋MEMS生产线，两条生产线均能支持MEMS产品的工艺开发及批量生产。

　　2016年10月，公司现金收购北京镭航世纪科技有限公司41%股权，作价1.31亿元。2016、2017年实现的净利润分别不低于2,200万元、3,300.00万元。镭航世纪是一家高速信号采集处理和存储系统开发制造商，此次收购有利于公司业务拓展至嵌入式实时信息处理领域，增强在军工电子信息方面的综合技术及市场实力，同时有力促进航空电子、无人系统等业务的发展。

　　晨曦航空（300581.SZ）

　　公司主营业务为研发、生产、销售航空机电产品及提供相关专业技术服务，主要产品及服务涉及航空惯性导航、航空发动机电子及无人机领域。

　　目前公司主要收入来源为航空惯性导航，收入占比8成以上。惯性导航产品主要是以惯性导航技术为核心，将卫星导航系统、多普勒导航系统等多系统信息融合构成的综合导航产品；航空发动机电子产品包括航空发动机参数采集器、航空发动机电子控制系统；无人机：累计实现产品销售收入415.38 万元；其他：主要包括天线、驾驶仪语音器、电源适配器、航空发动机喷嘴等。

　　公司长期以来专注于航空机电产品的研发、生产和销售，公司主要产品均为军品，最终用户为国内军方。2012-2016年上半年，公司向前五名客户的合计销售金额分别为 11,566.36 万元、14,020.41 万元、15,134.64 万元和8,047.68 万元，占当期营业收入的比例分别为78.86%、75.39%、75.58%和92.28%。

　　七维航测（430088.OC）

　　北京七维航测科技股份有限公司成立于2003年，于2011年在全国中小企业股份转让系统成功挂牌，公司主要从事基于定位导航、运动载体测姿测向及高精度同步授时等技术的航测、监测、检测三大领域的产品研发、生产、销售，并提供技术服务，主营产品主要面向航天、航空、航海、电子、兵器等国防军工领域的高端应用。

　　近年来公司秉承“军工品质，精益求精”的质量方针和“科技创新，专业制胜”的经营策略，整体实力得以快速提升。2013年，公司被《福布斯》评为2013福布斯中国最具潜力的百强企业。2014年，公司获得武器装备质量体系认证证书和武器装备科研生产许可证证书。公司惯性导航技术扎实，创新能力较强，2016年上半年，公司实现营业收入6158.29万元，同比增长47.77%，实现归母净利润1082.96万元，同比增长28.76%，公司近5年营收和净利润一直保持稳健增长态势。

　　星展测控（831244.OC）

　　西安星展测控科技有限公司成立于2007年，公司位于西安高新区草堂科技产业基地，科研生产面积4000平方米，是信息产业部认定的双软企业、科技部创新基金支持的高新技术企业。公司拥有数名行业经验丰富的技术专家、一流的研发团和多项专利及软件著作权。公司专注于测控领域十年，拥有多项自主创新的核心技术。包括惯性测量技术、微波馈线设计技术、激光测量技术、多传感器信息融合技术、GNSS载波相位测量技术、伺服跟踪技术。

　　近年来公司在雷达信号处理、图像跟踪、图像识别等领域持续投入研发，已获得多项科研成果，其产品广泛应用于卫星通信、遥感、导航、测量领域，在军事、高铁测量、应急通信、通用航空、高速公路测量等领域快速占领市场。目前公司自主研发的SATPRO品牌动中通广受行业赞誉。

　　在经营业绩方面，公司近三年来净利润高速增长，复合增长率超过600%。未来公司将以更高效的速度发展，结合物联网与卫星通信技术，服务于一带一路全区域，构建天地一体的传感物联网大数据中心。

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