军用红外探测器行业深度研究报告

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  1光电转换机制及材料差异,决定红外探测器的成本与性能

  1.1探测特定波段,实现光电转换的焦平面阵列为红外探测器的核心?

  高于绝对零度的物体都会向外辐射红外线的机理,是利用红外实现探测功能的基础。红外线是众多不可见光线的一种,又称红外光、红外热辐射,其波长介于微波与可见光之间。理论上,所有温度高于绝对零度(-273℃)的物体都会向外辐射红外线,构成了红外探测系统在军民领域广泛运用的前提。目前主流红外成像系统,一般选择不易被大气吸收的3~5μm、8~14μm的热红外线作为主要工作波段,工作在3~5μm波段的称为中波红外探测器,工作在8~14μm波段的称为长波红外探测器。而不同探测目标有不同的辐射特点,需要根据目标辐射温度、背景辐射环境、探测距离等因素来综合考虑选择的探测器。

  红外成像系统将探测到的热红外线转换为图像,而红外探测器为该系统的核心组件。红外成像系统用于探测目标红外辐射、并转换为温度分布图像或视频,主要组成包括红外光学系统、红外探测器、数字图像处理电路与算法、机械结构件等。红外探测器是红外成像系统的核心组件,主体为红外焦平面阵列,利用焦平面阵列进行光电转换。红外焦平面阵列由系列N*M个工作单元(也称像元)的集合,每个工作单元由红外探测单元和ROIC读出电路单元两部分组成。位于上层的红外探测单元利用特定敏感材料,吸收红外辐射并产生对应物理性质变化,进而产生微弱电信号;下层的读出电路单元负责读取相应电信号,进行初步信号处理。焦平面阵列将点阵型的红外探测阵列和ROIC读出电路阵列集成在一起,共同封装在一个外壳中,在焦平面阵列上可以实现光电转换和信号预处理。

  1。2光电效应与热效应机理差异,决定制冷与非制冷在性能上的不同?

江苏快3走势图  根据焦平面阵列工作单元光电转换过程中应用物理原理的不同,红外探测器可分为光子探测器和热探测器。光子探测器基于光电效应,探测器在吸收光子后,敏感材料电子状态发生改变,通过测量光电效应大小,可以确定被吸收的光子数,进而得到目标红外辐射分布。而热探测器则基于热敏材料温升后的物理性质变化(如电阻变化),通过测量这些物理性质的变化,可以确定探测器所吸收的红外辐射能量,同样可以得到目标红外辐射分布。成像机理不同是决定性能差异的核心。基于光电效应的光子探测器,在受到特定频率的红外线辐射后能够瞬时产生光电子,一般系统响应时间为纳秒级;基于热电效应的热探测器,在受到红外辐射后需要升温过程,响应时间为毫秒级,两类探测器在响应时间上相差多个量级。同时,光电效应的激发只需要特定频率辐射,对辐射强度没有要求;热电效应则只在辐射达到一定强度后才能产生可以准确测量的材料物理性质变化,因此制冷在探测率、噪声等效温差等反应灵敏度的指标上同样大幅优于非制冷。

  两类探测器应用不同的敏感材料,对应不同工作温度,因此光子型探测器也称制冷型探测器,热探测器则称非制冷探测器。基于不同的物理原理,近年来两类探测器都发展出了多种性能各异的敏感材料。光子探测器的各类敏感材料中,碲镉汞应用最广泛,量子阱(QWIP)、量子点、超晶格材料近年来也都在快速发展。上述敏感材料一般工作于低温环境,如适用于中波段的碲镉汞材料有效工作温度为200K(-73℃),当探测器制冷到77K时,该材料的响应波段才能延伸到3~5μm,只有接近绝对零度光谱效应才能超过8μm,因此光子型探测器需要配置制冷器,也称制冷型探测器。而制冷器的应用也决定了制冷型探测器的体积大、功耗大、寿命短。在热探测器的敏感材料中,氧化钒和非晶硅应用最广泛。参考AntoniRogalski2011年发表的《RecentprogressinHgCdTeinfrareddetectortechnology》,全球范围内应用氧化钒材料的非制冷探测器市场份额达70%,而多晶硅为17%。因为该类材料都工作在常温环境,不需要制冷器,所以热探测器也称非制冷探测器。

  制冷型由于敏感材料成本高、使用波段窄、制冷系统成本高等原因,使用成本大幅高于非制冷。制冷型的主要敏感材料如碲镉汞和新型量子材料在制备过程中难以生长、成品率低,导致价格高于非制冷型的常用敏感材料。制冷型不同材料稳定可测的光电效应只集中在部分波段内,导致普通制冷型适用波段较窄,不同波段的探测任务需要使用多个制冷型探测器或是价格更为昂贵的多波段制冷型探测器。非制冷型的响应是温升变化,与频率无关,因此单一热探测器能够基本覆盖完整红外波段,完成各波段探测任务。制冷型的制冷器要求快速制冷、性能稳定、可靠性高,因此制造成本相对较为高昂。

  1.3制冷型改进以材料为主,而非制冷型聚焦于缩小像元与改进封装?

  整体看,红外探测器正朝焦平面阵列规模扩大、像元尺寸和像元间距缩小的方向发展。提升阵列规模与像元密度,能够在不扩大探测器体积的前提下大幅提升探测器的探测与成像能力,像元尺寸和像元间距的缩小都能显著提升阵列密度,且像元间距减小还能节省原材料,降低探测器成本。同时,光学系统的技术更迭有助于探测性能的提升。例如,制冷型领域目前正朝变F数镜头(充分发挥制冷型探测器的高灵敏度和大面阵)、双波段镜头(通过双孔径同时接收中、长两个波段的红外辐射,使系统获得双波段探测能力)发展;非制冷领域,为更好发挥探测器性能需要适配不同的镜头,据《红外成像光学系统进展与展望》,随着体积和重量的大幅减低,非制冷探测器对光路小于1/2焦距的微型红外镜头需求日益提升。不同像元尺寸的红外探测器需要匹配不同的镜头,以国内较大的红外镜头供应商舜宇科技为例,其官网在售的红外镜头产品主要面向12μm和17μm的红外探测器。预计在未来适配10μm等镜头的加速研制,具备更为先进探测器的红外厂商或率先受益,市场份额有持续扩大的可能。

  制冷型探测器发展主线为改进碲镉汞制备工艺、新型量子材料的研发、其他配套技术等(包括制冷器技术、封装技术)。例如,光敏材料作为探测器光电转换的基础,其性能进步一直是光子型红外探测器性能提升的主要推动力。同时,其他辅助技术的进步也有助于探测器性能的提升。而非制冷型发展主线是聚焦核心技术以降低成本,并在此前提下提升性能,体现为热敏材料的制备与加工,红外MEMS传感器结构设计与制造,CMOS读出电路设计与制造,陶瓷封装、晶圆级封装等先进封装技术。例如,在改进封装方式方面,晶圆级封装虽前期投入大,但适合大规模生产、能够大幅度降低封装成本,而当前国内仍处于金属封装向陶瓷封装转型时期,预计短期内陶瓷封装渗透率将逐渐加大,或将显著降低国产探测器成本。

  2需求弹性差异引致军民驱动力不同,民企涉军或是大趋势

  2.1探测器为红外产业核心,掌握自制能力的企业多实现全环节覆盖?

江苏快3走势图  本质为芯片制造行业,供给推动需求,上游探测器的性能及成本不同导致其应用领域存在差异。本质上,红外产业链可类比为芯片制造行业,最上游的探测器是全产业链的核心。其中,集成CMOS读出电路与MEMS传感器晶圆的MEMS芯片制造多采用Fabless模式(即红外厂商将芯片制造外包),结合以封装技术的不同,各厂商所研制的探测器性能差异较大。此外,由于非制冷与制冷型性能及价格差异较大,价格高昂、性能优异的制冷探测器多应用于高端军事,如机载、舰载、车载光电系统以及红外制导导弹。而随着探测器像元尺寸的不断缩小、封装技术的不断改善,非制冷红外制造成本逐渐降低,进而不断开拓新的民用市场应用领域,如户外、消防、辅助驾驶等。随着探测精度提升,便携式单兵装备,如夜视仪、枪瞄、反坦克便携式导弹等也逐步成为低成本非制冷红外的主要应用领域。

  分环节看,掌握探测器自制能力的企业多实现全链条覆盖。在产业链上游,红外芯片是探测器的核心组件。红外芯片经封装后形成红外探测器,红外探测器的性能很大程度上决定了红外成像系统的性能。相比芯片制造设计技术、制造工艺的高门槛,机芯环节强调的图像处理电路及算法、整机环节强调与应用领域的结合相对门槛较低,使得掌握探测器自制能力的企业一般实现全环节覆盖。例如,国内非制冷探测器研制能力领先的睿创微纳目前已实现全环节覆盖,不仅可实现自制探测器外销,其整机环节的户外运动手持热像仪销量也在近两年实现较快增长。同时,如上文所述,锗镜头、锗窗口等为红外产业链重要一环,国内部分红外企业虽已具备镜头部分自制的能力,但适配更高规格探测器的镜头仍更多由专业光学玻璃制造商所提供,如2018年睿创微纳所需镜头的最大供应商为国内规模较大的舜宇红外。

江苏快3走势图  2。2核心军品低需求弹性/技术驱动,单兵+民品高需求弹性/成本驱动?

  核心军品体现为低需求弹性,单兵+民品体现为高需求弹性。(1)在制冷探测器主要的应用领域高端军品市场,因红外技术在制导导弹、机载传感、舰载传感为代表的高端军品中具有相对不可替代性,?军方对于此类产品的价格敏感性较低,技术为该市场的主要竞争要素。(2)在非制冷探测器主要的应用领域单兵+民用红外市场,由于此类市场需求量大、且单品价格相比较于核心军品差异较大(如2018年,全球红外龙头FLIR的机载传感器系统价格在100万美元以上,而单兵装备已经降至1000美元以下),市场参与者首先会聚焦于在探测器像元尺寸、封装技术层面的技术竞争,而此类技术的升级会显著降低产品成本,降低的成本又会进一步打开更多的民用应用领域,进而引导该细分市场演变为成本竞争。

  一方面,核心军品高性能要求催生低需求弹性,技术为高端军用装备市场主要驱动力。参考《雷达/红外/激光复合制导信息融合技术》一文,以制导导弹为例,毫米波雷达、红外成像、激光半主动探测器构成的三模复合导引头系统中,红外导引头虽然只能测角或角速度,但相比较于雷达探测、激光探测而言,红外探测的测量精度高。并且,红外图像可以刻画出目标的几何特征信息,在鉴别目标身份方面具有很大优势,再加上其为被动观测,所以具有较强的抗电子干扰能力。据《空空导弹红外成像探测技术发展分析》一文,二战之后,空空导弹逐渐形成了红外和雷达两种体制互补,其中红外型空空导弹已经发展到第四代,作为其换代典型标志的红外导引头从最初的短波单元调制探测体制发展到最新的中波红外成像探测体制,从而使得空空导弹对目标的探测能力从最初的仅能尾后攻击发展到可全向攻击,从最初的最大探测距离5km左右发展到20km以上,抗人工干扰与背景干扰的能力得到了显著提升。鉴于红外探测技术相比较其他探测技术的独特优点,军方对于红外本身的需求较为刚性,引致市场的低需求弹性,掌握技术优势的红外企业对军方议价能力也较为突出。例如,FLIR应用于机载、舰载的Star光电系统系列产品(含雷达、激光、红外)从2002年起至2018年,单个系列价格始终维持在100万美元以上。

  另一方面,非制冷探测器主要应用领域单兵装备+民品市场更多体现为成本竞争。相比较于制冷型探测器,非制冷型探测器由于价格相对低廉、装置轻便(无需制冷器),广泛适用于枪瞄、夜视仪为代表的单兵装备,以及车载用、安防用、消防用等民用市场。此类市场的典型特征在于,潜在需求量大,但成本受探测器像元尺寸、良率、封装技术影响明显,因此该市场体现为先是技术驱动,最后引致成本驱动,更低的成本有利于开拓更多的应用领域,形成“像元尺寸及封装等技术改进→降低成本→拓展应用领域→继续改进技术降低成本→继续拓展更多应用领域”的良性循环。以FLIR为例,在单兵装备领域,随着像元尺寸、封装技术的持续改善,公司手持式武器设备由2005年的单品30000美元以上,持续下降至2018年的1000美元以下;在民品领域,FLIR在2013年通过对晶圆级微光学器件业务的并购,使得该公司在次年推出彼时全球最小的Lepton非制冷热像仪机芯,据FLIR称比同期热像仪机芯价格低一个数量级。该机芯成功应用于2015年推出的FLIROne手机用热像仪,成为首次应用于手机的外置红外产品,该产品的广告语为“将热成像带给每一个人”

  2.3缩小像元尺寸、提高良率、改进封装是红外企业降低成本的关键?

  综合看,国内厂商非制冷红外探测器性能指标与国外差距不大。?非制冷红外探测器的主要应用于民品和军用单兵装备市场,性能指标发展到一定程度后即可较大程度满足各方面客户的需求,继而性价比成为扩展市场的关键。国内相关厂商经过长期的研发投入与技术积累,目前与国外相关产品的技术性能差距不大,部分产品的部分性能指标已接近于国外同类产品。例如,睿创微纳已成功量产阵列规模达1280×1024、像元尺寸达12μm的氧化钒非制冷探测器,在这两个主要参数上已经超越BAE、ULIS,并且已成为全球继DRS后第二家成功研制10μm非制冷探测器的企业。但12μm在睿创微纳产品系列中渗透率不高,多数产品仍使用17μm等大尺寸探测器。同时在封装技术上,国内企业如睿创微纳、高德红外仍以陶瓷封装、金属封装为主(而国外晶圆级封装已较为普及),良品率也尚待提高,预计未来国内厂商将集中在降低成本以提升产品性价比上发力,并有望获得更多的市场份额。

  先进封装技术能够大幅扩大产能、降低成本,国内企业主要封装方式仍为金属封装和陶瓷封装,虽已具备晶圆级封装技术实力但短期内我们看好陶瓷封装渗透率加大对成本的降低作用。封装技术差异会带来能耗、启动周期、体积的差异,是决定探测器成本和可靠性的主要因素之一。金属封装技术发展多年已较为成熟。陶瓷封装相对金属封装,原材料及制造成本都有一定程度的降低,有望在短期内替代在国内仍为主流封装方式的金属封装。晶圆级封装技术相对陶瓷封装,则是更为先进的封装技术。晶圆级封装技术能够提高批量生产的效率以及大幅降低成本,有利于进一步降低产品价格、使用门槛。晶圆级封装技术难度较高,在国外已经广泛使用,在国内才刚刚普及。目前部分厂商已经推出了自己的晶圆级封装产品,例如高德红外已经建成了国内第一条晶圆级封装批产线。但我们认为,晶圆级封装产线投入大,适用于大批量生产以摊薄固定成本。基于此,中短期内加大陶瓷封装的渗透或许是主流路径,但长期看好晶圆级封装方式对成本的降低作用。

  探测器像元尺寸的减小既利于性能的提升,也利于从镜头、晶圆制造方面降低成本。(1)探测器像元尺寸的缩小能够有效降低光学部件成本。据BAE新闻稿,该公司TWV640热像仪将像元尺寸从17μm减小至12μm,使得成像系统制造商能够将镜头尺寸缩小50%,并将光学元件成本降低20%,而不会影响图像质量。?(2)像元尺寸的缩小将提高单位晶圆面积上MEMS芯片的产量,同时成本的降低带来需求的提升,流片模式下产量的增加又将进一步降低成本,形成良性循环。在流片模式下,芯片的产量增加能够明显降低成本,市场接受度较高、生命周期较长的产品有利于企业实现盈利。据艾瑞咨询测算,16nm制程工艺下,芯片单位成本随芯片面积、产量上升而逐渐下降。红外探测器像元尺寸的缩小将减少芯片面积,在增加单位晶圆芯片产量的基础上还能降低光学成本,进而在高需求弹性下将显著提升销量。在产能扩建基础上,销量的增加伴随产量的增加,而产量的增加又将带来芯片制造的成本降低,从而形成良性的正反馈。

  2。4竞争格局展望:军工集团聚焦军用制冷型高端,民企涉军是趋势?

  参考美国,军工集团聚焦于制冷型探测器高端军品,竞争格局有望保持稳定。(1)技术门槛高,产业外企业难以涉足。军用红外探测器相对民用红外探测器的显著不同之处在于,对探测率、帧频、响应时间、灵敏度等技术指标要求较高,同时强调高可靠性,要求系统在极端条件下稳定工作。以上诸多严格要求导致产业外企业若缺乏相关技术储备,难以参加高端军品市场的竞争。?(2)渠道门槛高,上下游合作关系牢固。红外探测系统一般是武器装备的一个组成部分,下游军工集团为了统筹协调产品的定位、性能、成本,方便产品的整体设计、改进、生产,一般有两种选择:自研相关红外系统或与特定红外公司绑定并保持紧密合作。由于大军工集团资源强大、稳定性高,大部分军工集团均设立自己的红外事业部,能够获得本集团的稳定订单;后一种情况中,参与合作的集团外红外企业与下游军工集团共同研发,保证了较长时间内订单的稳定性。据FirstCall数据及MaxtechInternational,全球军用红外市场主要由如雷神、洛克希德马丁等大型军工集团主导,此类大型军工集团均有设立自己的红外事业部。以洛克希德马丁为例,2006年该公司在全球军用红外市场份额第一,2014年该公司仍保持第一的位置。

  受技术、资质限制,民营企业多通过并购军工集团旗下事业部进入军工产业链。参考美国,军用非制冷领域,多数美国企业均通过并购军工集团下属事业部进入该市场。据《非制冷红外热成像技术的发展与现状》一文,美国Honeywell于1983年开始研制非制冷探测器并获得相应专利,1991年波斯湾战争之后该技术被解密应用于民用。如下图所示,美国较多企业均通过收购军工集团下属事业部进入军用非制冷市场,如L-3通过收购雷神商业部门获得相应技术与资质进入军用红外市场;波音公司和洛克希德马丁分别向DRS和BAE出售他们的非制冷红外业务,使得DRS和BAE系统性的进入了美国陆军的非制冷市场,而雷神、洛马等部门则继续保留有高端制冷型红外业务。

  掌握领先探测器研制及封装技术的民营企业,有望持续在单兵装备军品+民用市场获取更大份额。单兵装备领域,以FLIR为例,该公司在2004年通过并购Indigo后获得自制非制冷以及制冷探测器的能力,产品成本大幅降低。并在之后通过对非制冷探测器研制、封装技术的不断改进,FLIR持续降低如夜视仪、瞄准镜等单兵装备产品,从2005年单兵手持式武器的3万余美元,降低至2018年的1000美元以下。凭借优异的性能+相对低廉的价格,据MaxtechInternational统计,FLIR在2014年成为全球第七大军用红外热像仪供应商。如国内非制冷领域领先企业睿创微纳,2018年发布12μm非制冷探测器,国内领先性能下公司军品业务营收快速增长,2017、2018年军品业务实现营收达2768、11310万元,对应17、18年增速为54.94%、308.57%。

  民品市场与单兵装备市场类似,更多强调成本驱动,能够推出具有价格竞争力产品以及不断拓宽产品应用范围的企业有望获取更多市场份额。在技术实力取得一定领先地位的前提下,民营红外企业如FLIR积极降低成本,发挥民品领域的高需求弹性特性以及规模效应,不断推出相比于同业性价比更高的产品,进而获取更多的市场份额。如2006年FLIR推出比市场上均价低三分之一的InfraCAM低成本热像仪。再如国内红外企业睿创微纳,2017年全面推出户外运动用手持红外热像仪整机产品,高性价比下市场反响良好(定价比国外成熟产品Pulsar低5-10%),2018年整机销量相比2017年翻10倍,同期整机业务实现营收增速达868%。规模效应下,红外企业在降低价格的同时能够维持其高毛利率。例如,睿创微纳民品探测器均价从16年约7000元降至4000元,但规模效应下毛利率企稳,如产量的增加摊薄制造费用,睿创微纳单位产品的制造费用2016-2018年三年间降幅达82%。

  3空间广,军品迎增量时代、民品潜在需求大、海外为看点

江苏快3走势图  3.1成本与技术升级叠加国防信息化建设,军用红外的增量时代到来?

  红外成像系统由于其可以全天候使用、能够弥补雷达与激光部分缺点,大量应用于各军种武器装备中。而制冷型和非制冷型红外探测器由于原理、性能、成本的较大差异,分别应用于不同类型的装备,重叠范围较少。制冷型相对非制冷型响应速度更快、灵敏度更高、帧频更大,多用于对探测、成像性能要求较高的武器装备中,如制导系统,机载、舰载光电系统等。而非制冷探测器多应用于单兵装备,如手持热像仪、武器瞄具、夜视头盔,同时部分轻型反坦克导弹、无人机也逐渐应用非制冷探测器。该类装备的大规模列装能够有效提升陆军的全天候作战能力、复杂气象条件下的作战能力(如大雾、重度沙尘天气),以及侦查、探测、搜救能力与多兵种信息化融合作战能力。国外军用非制冷典型产品型号有以色列的“近程-长钉”(Spike-SR)、欧洲MMP中程、日本“轻马特”(XATM-5)、美国航宇环境公司生产的“大乌鸦”(raven)无人机。随着像元尺寸缩小等技术的改进,非制冷探测器性能有望逐渐提升。据《非制冷红外成像系统在陆军装备中的应用现状及趋势》一文,在作用较为相似的领域,非制冷成像系统有望部分取代价格高、维护难、体积及功耗比较大的制冷型热成像系统。

  红外探测技术具有高度的军事敏感性,我国常年受到国外封锁禁运。因现代化军队对红外设备的依赖不断加强,各国对高端军用红外产品及相关技术实施禁运以维持垄断地位。随着改革开放以来我国综合国力的逐步提升,美欧为维持其在军事领域的绝对实力,在国内设立相关法律法规限制红外技术对华出口。根据《瓦森纳协定》中对于红外探测器的规定,满足“一定条件”的红外热像仪将属于“武器级别”,该级别的红外热像仪需要获得相关证书才可出口。这些“一定条件”包括对图像采集频率、像素、价格的要求。在该协定下,长期以来我国高端红外技术受到国外封锁,对于高端探测器的内在需求缺口大。例如,大立科技在2008年招股说明书称“法国SOFRADIR、ULIS(为母子公司)的供货,目前还没有相关替代措施。其高端产品对我国仍然禁售,中低端产品价格昂贵,并实行最终用户许可制度”。

  参考美国,美军信息化建设进程对于FLIR国防部门业绩推动作用明显,国防业务营收协同于军费增长但又显著高于军费增速。9.11事件后,美国在国防建设和军事战略方面做出了重要调整,军队建设和从机械化向信息化过渡是其中重要一环。2001年美国政府发布的《四年防务评估报告》提出了新的战略方针,该方针对信息化技术提出了高要求,促使美国的陆军、海军、空军纷纷向信息化转型。2006年、2010的《四年防务评估报告》又相继对信息化建设提出要求。据《信息时代的美国国防》一书,结合2014年发布的《四年防务评估报告》,该报告是对军队现代化建设意见最少的一份,第一次明确指出会对国防预算进行约束,并指出除特殊情况外不建设新的系统,这或可说明截至2014年美国已经基本完成了军队的信息化建设。基于此,我们统计2000-2014年间FLIR销售给美国政府实现的营收以及军费,观察到美军信息化建设进程对于FLIR国防部门业绩推动作用明显,国防业务营收协同于军费增长、但又显著高于军费增速。例如2000-2005年首次提出信息化建设四年间,FLIR销售给美国政府实现营收CAGR达37.99%,而同期军费CAGR仅为8.03%。

  《新时代的国防白皮书》强调“信息化水平亟待提高”,我国国防信息化建设有望推动军用红外市场迎来增量时代。党的19大报告中提出解放军未来建设三步走战略,即2020年基本实现机械化同时信息化建设取得重大进展、2035年基本实现国防和军队现代化、2050年把人民军队全面建成世界一流军队。据2019年7月发布的《新时代的国防白皮书》(下称白皮书)称,“中国特色军事变革取得重大进展,但机械化建设任务尚未完成,信息化水平亟待提高,军事安全面临技术突袭和技术代差被拉大的风险,军队现代化水平与国家安全需求相比差距还很大,与世界先进军事水平相比差距还很大”。例如,白皮书指出,“加快推进近海防御型向远海防卫型转变,提高战略威慑与反击、海上机动作战、海上联合作战、综合防御作战和综合保障能力”,参考美国信息化建设期间,美国海军曾向FLIR大量采购集成红外探测与激光测距等多探测技术的舰载综合光电系统。在当前国防信息化建设的大背景下,伴随国内优秀民企自主研发高端非制冷红外探测器获得成功(如睿创微纳为全球第二家公开披露研制成功10μm非制冷探测器的红外企业)、封装技术的逐步改善(国内企业金属封装仍占比较高),?需求端的换装及新型列装刺激,叠加供给端的技术与成本实现放量“可行”,国内军用红外市场有望步入增量时代。

  3.2民品相对高价格短期限制国内潜在需求释放,海外市场或为看点?

  随着红外成像技术的不断发展,低成本民用领域逐渐兴起。红外技术早期因为价格昂贵,最早应用于军事领域。随着后期非制冷探测器的像元尺寸的逐步缩小、封装方式的逐步改进,全球范围看民用市场规模逐步增大。根据MaxtechInternational2017年报告,民用红外热像仪的市场规模预计2019年达到55.07亿美元,CAGR11%。从增速看,安防、热像仪等民用市场增速高企,而汽车、智能手机用红外受下游市场步入存量时代影响,增速较慢。

  消防领域是发达国家最大的红外热像仪民用应用市场,但受价格限制目前在我国处于发展初期。与传统肉眼侦察灭火救援相比,红外热像仪能帮助消防人员解决浓烟、黑暗等问题,清楚的掌握火场真实情况,加快部署营救进程,FLIR还推出了专为消防定制的K系列手持红外热像仪,来满足各个国家的市场需求。另外,在大面积森林中,隐火是很多重大火灾的罪魁祸首,普通方法难以发现,而红外热像仪可以快速准确判定隐火地点,做到早知道,早预防,早扑灭。从潜在市场需求来看,我国消防类红外热像仪的市场需求较大。当前,国内产品与FLIR同系列产品相比价格普遍偏高,成本过高是国内市场过去拓展力度有限的原因,但看好消防类红外热像仪成本降低带来的广阔市场空间。

  车载红外目前前装市场有限,新车选配率提高有望扩大车载市场。在夜间驾驶、恶劣天气,强光及光线突变等情况下,驾驶员视野和能见度受影响易发生交通事故,而通过安装红外设备可有效预防交通事故的发生。从2000年起,凯迪拉克、宝马、奥迪等在少量车型的高配版上陆续进入车载红外系统的前装市场。我国ADAS在2016年装车率仅有3%,提升空间广阔。2017年,工信部、国家发改委、科技部共同发布《汽车产业中长期发展规划》,中国ADAS市场渗透率有望大幅提升,逐渐接近欧美发达国家水平。据赛迪顾问,2015-2017年中国ADAS市场规模增长率分别达到31。5%、129。9%、56。5%。截至2016年底,ADAS的全球市场渗透率还不高,大约只有5%。随着市场化竞争日渐激烈,相关配件价格大幅降低,新车ADAS渗透率有望逐渐提升。

  安防监控市场需求正逐渐成为红外成像市场新的增长极。自2005年平安城市开始建设,到2011年智慧城市启动,天网工程、雪亮工程等安防重点项目陆续推出,智能安防产品在实体生活中的需求凸显,至2016年智能安防概念被大面积提及。据中国安防网数据统计,2016年我国一线城市北上广深四地的千人均监控摄像机数量均值仅为美国均值的43%,我国安防摄像头渗透率仍有待提升,且随着我国智慧城市、平安城市投建,二、三线城市安防市场空间打开,我国视频安防仍有很大的提升空间。红外技术相比于微光夜视、激光技术等具有价格及性能优势,海康等安防龙头企业开始发力,当前以可见光为主,未来红外应用有望增速。根据《中国安防》预测,十三五期间,红外产品安防监控领域市场规模将达150至200亿元,年复合增长率将达到20%以上。且到2020年,安防企业总收入达到8000亿元左右,年增长率达到10%以上,按照规划预期,到2022年安防行业市场规模将达到近万亿。

  国内厂商红外技术接近国外水平,随成本进一步降低,个人消费市场空间十分可观,同时部分企业凭借高性价比优势或可继续拓展海外市场。例如,(1)智能手机热像仪,尽管国内外民品整机价格有下降趋势,但对于个人消费者来说相关产品仍然价格较高,如FLIR公司适用于AndriodMicro-USB手机的FLIROne系列热成像摄像机价格在$299-$499,高德红外的相关产品ModIRAir魔热红外热像仪价格为1299元。但参考国内自媒体《热像姨》自制评测,睿创微纳类似产品的性价比突出,显著高于FLIR;(2)户外运动手持热像仪。手持热像仪在欧洲尤其是德国市场需求量较大,户外运动较为普遍和流行,且居民收入和消费能力较高,有能力购买价格较为昂贵的手持热像仪。同时随着探测器技术的成熟,手持热像仪的价格也呈现稳步下降趋势,普及度也有所提高。以欧美国家的“马拉松周期”为参考,当人均GDP超过5000美元之后,将会进入以“马拉松赛事”为代表的全民路跑的消费黄金期。2018年我国的人均GDP超过9000美元,为户外产业高速发展奠定良好的基础。睿创微纳的户外用热像仪产品通过以比德国市场同类产品低“5%~10%”的策略,近两年实现海外营收大幅增长,2018年整机业务实现营收增速达868%。

  4国内外技术差距小,系统发展是方向,成本与渠道是短板

  4.1巨头成长路径:“商研军用”战略、系统化并购、全球经销布局?

  美国FLIR是迄今全球最大的专门从事红外系统解决方案的公司之一。美国FLIR公司成立于1978年,逐步从民用红外市场拓展至警用执法机构、军用市场。通过贯彻“商研军用”(CDMQ)战略,坚持以降低成本、系统化、拓宽下游应用领域为三大并购方向,并在近两年并购与大数据、云计算、人工智能等相关企业,FLIR成功实现向多领域提供以红外为主探测解决方案企业的转型。2018年,FLIR实现营业收入17。76亿美元,近十年毛利率、净利率平均值为50。96%、14。04%,较为稳定。FLIR全球市场份额提升显著,全球民用红外市场份额由2002年的27%(Maxtech数据)提升至2016年的66%(YoleDéveloppement数据),全球军用红外市场2014年位居第七。

  4。1。1路径一:贯彻“商研军用”战略,国防政策变化奠定初期基础?

  长期贯彻“商研军用”的战略是FLIR保持稳定军品供应关系的基础。在国防市场,FLIR促进其民用产品的技术进步,以适用于国防部门的严格标准。美国国防部门对于民用产品的重视程度在1994年开始增加。时任美国国防部长的威廉佩里在内部备忘录写到,部分要求国防部“增加对商业技术现状的接触”,为了满足未来的需求,军事部门需要尽快获得商业上最先进的技术。此外,通过鼓励两用研发和制造,国防部门还将受益于商业部门的规模经济,避免国防预算资源的浪费并获得充分使用。威廉佩里的备忘录标志着官方正从传统的“MILSPEC”产品(基于军事规格)转向重点关注“COTS”(商业现货)产品,增加对民营企业商业化技术的应用。向国防部门的COTS产品的过渡支持了FLIR在20世纪90年代的发展,特别是在非军事应用中使用红外技术的过程中。正是在这种背景之下,FLIR重视其CDMQ发展战略,并一直延续至今,即利用内部资金开发符合军事标准的商业产品,并出售给高端商业和军事应用。FLIR开发的多传感器系统STAR系列屡获国防部订单,在某种程度上证明了该战略的成功。

  推出高端军用传感器系统STAR系列,实现向防卫系统集成商的升级。FLIR于2001年第二季度推出Star-Q系统,一款基于量子阱红外光电探测器(QWIP)技术的数字机载系统,为市场上第一款长波探测系统,应用于军事领域。该系统是基于公司CDMQ战略下开发的产品之一,该产品的推出使得公司得以逐渐向防卫系统集成商升级。FLIR在2002-2008年间相继开发应用于陆军、空军、海军的多型号探测器系统,据公司公告不完全统计7年间累计披露订单金额13.65亿美元,占公司同期总营收的34.16%,为公司业绩增长提供较大支撑。

  凭借突出产品性能及多型产品选择,FLIR军贸市场屡获订单。?据FLIR2002年报,前文所述的Star-Q系统在推出之际,即被英国国防部和瑞士空军选定用于特定军事计划。该系列的升级产品屡获军贸市场大单,如2002年披露军贸订单总金额达0.38亿美元,达同年售于美国政府业务收入的57.69%,成为公司21世纪初期营收的主要增量之一。此外,由于前文所述《瓦森那协议》等对华高端红外出口的限制,FLIR自2001-2019年来尚未获得中国军用/警用订单,但欧洲、中东、亚洲(日本、韩国、印度)等均为公司红外系统客户,产品类型从100万美元以上的多传感器系统Star系列到汽车瞄准系统,再到双通道热双筒望远镜、黑色大黄蜂纳米级无人机等,型号多样。建议关注国内具有同等技术实力的公司在未来拓展军贸市场的可能性。

  4.1.2路径二:系统化并购,实现核心部件自制及产品应用范围拓展?

  降成本、集成化、拓宽下游是公司系统化并购的主要思路,也是FLIR成长最核心因素之一。FLIR通过合理调配资源,不断通过系统化并购及资本支出,实现生产力的不断改进及差异化竞争力的提升。细致看,公司历史并购路径在不同阶段有显著差异,可分为两个主要阶段:一是1990-2010年间,以红外部组件核心技术并购为主,如掌握探测器与激光组件自制、提升多波段探测能力。主要意义在于能够实现产业链完整布局,发挥协同效应为降低成本、提升产品性能提供推动,基于此公司能够打破同类产品高价格格局,发挥民用市场高需求弹性特点实现在价格降低的同时还能保持收入增加;二是2010-至今,并购方向朝提供系统解决方案、拓展应用领域发展,并积极结合人工智能、云计算等技术融入公司相关探测产品,试图转型“数据商”。?该部分并购思路的主要背景,我们认为是传统市场的增长乏力,公司试图尝试向提供数据分析服务商转型,以获取更多新的增长盈利点。

  动态配置企业资源在研发支出、产业并购之间实现平衡,努力提高生产力,以提升与对手在产品成本与价格上博弈的能力,是FLIR维持企业优势的内在因素。梳理FLIR历史,FLIR在其不同发展阶段对其资源配置方向略有差异。在第一个十年阶段1998-2007年,研究支出、资本支出(用于并购及产能扩张)占营业收入比重的均值分别为12.12%、5.34%。而在第二个十年阶段,研究占比、资本支出占比均值为9.10%、11.00%。我们认为,在第一个十年阶段,结合公司并购标的,FLIR重点布局红外核心部件自制,并在技术上着力改进推出Star系列打入军用下游系统商,同时积极研发尺寸小、性能突出的民用红外产品扩大民用份额;而在第二个十年阶段,公司更倾向于使用更多的资本支出用于收购与红外相邻的感知领域,拓宽其产品应用范围,提供多领域的系统化解决方案,但同时保持研发支出占比平稳。

  资本支出本身并不能保证企业的成功,若缺乏相应的需求及成本控制,过多的支出只会为公司增添负担。FLIR在1997年、1999年,相继杠杆收购企业价值达0.8亿美元、0.49亿美元手持红外热像仪领导者AGMEA及工业红外设备厂商Inframetrics,收购标的价值占FLIR同期净资产的106%、87%。杠杆收购加剧公司财务负担,同时由于缺少探测器自制能力、全球化运营经验,公司净利率下滑明显,1997、1999、2000年净利率达-33.33%、-29.30%、-13.98%,为二十余年来唯三次净利率为负值。尤其是1999年并购Inframetrics后,公司毛利率下降10.50pct、期间费用率提升11.01pct。该年业绩的大幅下滑,使得SEC开始介入公司涉嫌财务操纵的调查。基于此,公司2000年迎来新管理层,进行了一系列改革,如同年花费2000万美元重新调整业务、专注于利润率较高的产品、淘汰利润率低的产品、提高生产效率、降低产品及分销成本。改革完成后,公司业绩逐步恢复并保持至今。

  细致看,首先以降低成本为主导的并购思路,是公司持续提供具备“价格突破性”产品的前提。如前文所述,在高需求弹性的民品市场,具有价格竞争力的产品不仅是红外企业主要竞争力之一,同时低价格还有利于打开新的民用应用领域。如前文,红外探测器、光学镜头是红外热像仪整机主要成本所在。因此,公司在2004年并购Indigo奠定后续产品竞争力基础,此次收购将有助于降低制造成本,为FLIR带来内部生产红外探测器的能力,而不是外购。据公司2004年新闻稿,该收购完成后,FLIR可以控制关键相机组件的制造,包括光学,探测器和软件等,这样可以降低制造成本,使FLIR能够推出更便宜的设备,并扩大其目标市场。该收购完成后的次年,公司推出InfraCAM低成本热像仪,首次将市场上均价10000美元的热像仪下调至建议零售价6750美元。据公司2007年发布的投资者展示报告,过去三年(2005-2007)间产品的探测器成本下降75%左右,在产品价格降低的背景下,成本的大幅下降为FLIR毛利率提供一定支撑。

  其次,集成化拓展也成为公司主要并购路径,且以军为主利于公司基于低需求弹性的军品市场不断提升产品价值。梳理公司成立至今的并购案例,可以发现与民用产品拓展不同,公司在军品上更倾向于集成化拓展,充分利用军品低需求弹性特征不断提供系统化程度高的解决方案,但在价格相对较低的单兵装备级市场仍不断降价以充分竞争。例如,公司从2002年开始至2018年,以Star系列为代表的多探测系统价格一直维持在100万美元以上。2016年收购全球手持微型无人机制造商ProxDynamics后,公司具备了为军方提供无人机的能力,扩展了公司非制冷探测器在机载传感器上的产品线。

  最后,拓展下游领域为近年来公司主要并购思路,或有效应对部分领域营收下滑及向数据服务提供商的转型。近年来的不断并购,使得公司拓展至低照度摄像机、船舶电子等领域,提供新的营收支撑,并与公司原有领先的红外技术发挥协同效应。例如,2010年并购的全球海洋电子行业领导者Raymarine,公司称计划通过将红外热像仪与Raymarine显示器、雷达和自动驾驶仪产品线集成,扩展Raymarine的产品线广度。近两年,公司增加对云计算、人工智能领域相关企业的并购。我们认为,该背景为部分产品营收增速下滑,如主要应用于工业电力、消防的“Instrument”业务,2017年营收为3.58亿美元,仅比2014年多370余万美元。结合最新技术的应用,公司正试图向数据服务商转变,以提供价值量更大的产品。例如,2018年并购的AcydicaInc,公司称“收购该企业是其实现ITS业务的关键一步,它为我们的使命增加了一个新的传感平台和数据分析软件元素,为我们的全球运输系统客户提供完整而有价值的流量优化解决方案”。目前,全球许多隧道已应用FLIR基于视频的交通事故自动探测技术,其视频分析面板结合了可见光相机镜头与FLIR红外热像仪镜头。

  4.1.3路径三:全球渠道建设为重点,降低单个业务波动对业绩影响?

  拓展消费级红外产品触点建设是重点,同时海外市场的拓展利于降低单个业务波动对业绩影响。海外市场自21世纪以来一直是公司布局重点,尤其在发布“价格突破性”产品的时期,如2003~2010年间公司全球合作分销商数量从100余个提升至750余个。触点的增加伴随海外市场营收的快速增长,例如2004年拓展合作分销商数量从2003年的150余个至300余个后,公司同年海外市场营收增加48.36%,增幅明显。目前全球红外经销商正逐步整合,大型经销商成为红外民用市场触点主力。建议关注近年与全球大型红外经销商合作紧密的公司,参考FLIR2004~2005年,合作经销商数量的显著增加伴随公司“价格突破性”产品的推出,公司同期海外市场营收增幅显著。

  同时,不断增加的触点利于降低公司对单个业务的依赖,减小业绩波动性。一方面,销售触点的增加是对公司直销部门的有利补充,也符合公司CDMQ战略的布局;另一方面,商业级红外产品使用量不同于其余消费电子,相对较高的价格下不利于公司为其专门建立自有渠道进行销售,同时存在当地市场对红外产品接受度低的风险。通过“双牌”销售(如睿创微纳生产产品,贴有经销商品牌标识)或者自有品牌销售,结合分销渠道,利于公司不断开拓海外市场,提高商业部门营收占比,降低国防军费投入波动对于公司业绩的消极影响。

  4.2成长启示:军用集成是发展点,控成本与拓下游为民用核心?

  我们认为,当前国内主要红外上市公司中短期内应重点布局军用产品集成化发展,长期看将控成本、拓下游、增渠道作为民品市场同时也是海外市场的主要经营路径。值得注意的是,当前A股主要上市红外企业,如睿创微纳、久之洋等营收体量接近于FLIR高速发展实现全球化经营的转型前期(二十世纪九十年代末,以20181231汇率计算)。但我们认为不能简单线性判断国内企业将在未来接近或者超越FLIR等巨头。结合彼此优劣势以及宏观环境做判断应是推导的关键,而对于投资机会的启示在于重视政策环境、国内企业战略路径的变化。基于此,我们尝试从多维路径去演绎国内红外企业的成长。

  尝试并坚持军品集成化发展,是军品市场的重点发展路径。一方面,推出红外集成化军品需要结合激光、雷达等多种探测技术。而国内部分民企相较于部分军工集团内部企业而言,此类技术属于其短板,因此以加大研发或者通过并购相关优质民企或许是其突破方式。而对于掌握红外、激光等综合探测技术的企业而言,如中船重工集团旗下的久之洋,应积极实现技术协同化、集成化发展,同时巩固军工集团背景下与下游客户的紧密联系。另一方面,国内涉军红外企业或应积极布局军贸市场,借助国家一带一路等宏观政策积极与其他国家合作,如FLIR开发的STAR系列多光谱探测系统就成为其军贸热点产品并为其贡献较大营收。考虑到历年来国外对华实施高性能红外产品的禁运措施,以及国防信息化建设的大背景,结合军用红外市场的低需求弹性,我们认为今后国内的军品市场更倾向于技术竞争而非价格竞争,掌握更高技术的红外企业或将重塑现有军品市场竞争格局。

  民品的高需求弹性下,加强研发自制及并购相关红外核心部件企业,是实现民品大规模拓展的前提。我们尝试拆解2018年睿创微纳外销探测器、机芯、整机红外产品的成本构成,发现其主要的成本项目有所差异,具体体现为——探测器最大成本项目为MEMS芯片,机芯主要成本项目集中于贴片、电子元器件等,整机最大成本项目为镜头、电子元器件、芯片,而折旧占比、人工成本占比相对较小。基于此,我们认为,各厂商未来成本博弈空间及路径,其一是发挥规模效应(以镜头为例),通过增加采购提高对上游原材料供应商及外协厂商的议价能力,例如睿创微纳随规模扩大向上游供应商议价能力增强,晶圆采购单价从16年5000元降至18年4600元,镜头同期采购单价降幅达56%;其二是通过并购路径,参考FLIR并购产业链相关公司,如2013年并购Tessera获得晶圆级镜头的自制能力;其三是加强自制能力,如大立科技已通过股权融资实现部分镜头的自制等。而针对MEMS芯片占比高的探测器,建议关注随着像元尺寸的缩小、晶圆制造能力的提升、封装技术的改进等对成本的控制作用。

  下游应用领域拓展不足是国内红外企业相比于FLIR的短板,不仅不利于营收规模的扩大,同时还会受到部分占比高的业务随下游景气度变化而波动的影响。以FLIR为例,2009年公司销售给美国政府所实现的营收达4。93亿美元,占同期公司总营收的43%创历史最高值。而之后美国军费开支增速由2009年的8。16%高点持续下滑,2013年增速达到09年后的最低值-7。93%,公司同期销售给美国政府的营收也持续下滑,2014年仅为3。06亿美元。同时,结合FLIR并购路径,公司在2010年加大对下游应用领域的并购,如海洋电子、无人机等领域,试图降低对单个市场的依赖。此外,近年来如海康威视等整机商创立海康微影自研红外技术,上游红外供应商的议价能力或受到影响。基于此,国内主要红外上市企业,应积极拓展与多领域客户的合作,或者尝试并购相关下游企业,朝红外集成商方向发展。

  海外市场的拓展是提高国内红外企业地位的关键布局,考虑安防在民用红外应用领域的高份额、海外拓展的成就,我们选取海康威视为例探讨红外公司如何成功开拓海外市场。以睿创微纳为例,较同类Pulsar产品低5%~10%的价格策略使得公司凭借高性价比优势快速扩大整机规模。但是,睿创微纳子公司艾瑞光电的户外用红外热像仪产品E3+售价达13999元,考虑国内购买力因素、户外运动及狩猎市场的文化环境、法律环境等,我们认为中短期内,公司相关产品仍应以海外拓展为主。我们通过收集国内外市场主要红外公司同类产品性能及价格的数据,发现睿创微纳在性价比上确实有较大优势,或与技术水平、人力成本相关。但后期是否可以一直凭借性价比来拓宽市场,我们认为并非如此。考虑到安防为民用红外最大市场之一,我们以睿创微纳大客户之一海康威视为例(海康威视海外市场营收规模从2007年的2.04亿元,以高达47.06%的CAGR,在2018年达到141.91亿元),来探讨相关公司海外市场拓展的主要路径。

  海外市场应遵循五步走战略——以性价比赢取客户、提高自有品牌影响力、加强自有销售渠道建设、布局海外制造与研发基地。梳理海康威视海外拓展史,我们发现具有较为明显的战略布局。第一步,在海外市场拓展初期,公司品牌影响力不及本土企业。同时考虑到当地消费者对本国产品具有一定的消费粘性,所以海康威视在以高性价比突破市场的同时,主要通过“贴牌”进行销售,即生产的产品贴上国外著名品牌商或者经销商的标识再售于消费者。第二步,提高产品性能、定位公司品牌位置是主要措施,该阶段技术实力发挥主要作用,自有品牌渗透加大。如2010年海康威视自有品牌出货量从09年的47。3%提升至60。5%,自有品牌的渗透率加大还有利于公司提高对经销商的议价权。第三步,在品牌影响力逐步扩大的基础上,大力铺设海外直销网点,关注技术支出、本地化服务、维修等价格外的竞争要素,如海康威视的海外子公司(包括全资及控股)数量从2014年的16个迅速增加至2018年的44个。第四步,在一定的营收体量基础上,尝试在其他发展中国家布局制造基地,享受本地低劳动成本,如海康威视在2018年首次开拓第一个生产基地——印度工厂,至此在海外形成了集销售生产为一体的体系。第五步,红外是集芯片、材料、制造工艺为一体的高端科技产业,相关公司可考虑在海外发达国家布局研发中心,以最大程度享受技术人才外溢效应。

  5投资机会分析&相关个股

  国内红外上市企业:(1)国防信息化建设推动军用红外市场迈入增量时代的确定性强。参考美国国防信息化建设的过程,军用红外市场规模增速显著高于同期军费增速。需求端刺激叠加供给端的技术与成本实现放量“可行”,军用红外市场迈入增量时代的确定性较强。细分上,建议关注——通过以更低像元尺寸等技术升级来降低成本,进而抢占较高需求弹性的装备市场,如睿创微纳等;以及具备以激光+红外技术提供红外集成化装备能力的企业,如久之洋。(2)以领先技术降低成本、进而拓展海外市场以及打开国内民用红外潜在需求的企业值得关注。民品市场体现为基于技术进步为基础的成本驱动。国内多数红外企业正处于以“双牌+自有”销售、高性价比渗透入海外建立品牌认知的初期阶段。参考海康威视海外拓展(2007-2018海外营收CAGR达47%),后期有望通过技术奠定高端定位、布局经销网点提高响应等,维持海外市场的高增速。中长期看,随像元尺寸的缩小、封装方式等技术的改进,消防、安防等具有巨大的红外潜在需求市场或将爆发,相关赛道长。?(3)参考FLIR,需关注国内企业通过并购国内外优质相关资产(如镜头组件、涉及红外的相关应用产品)等举措,提升业绩规模的可能性。相关公司:睿创微纳、久之洋、高德红外、大立科技。

  (报告来源:方正证券)

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