案例展示

浅谈高端惯性传感器技术的未来运用市场

发布日期:2021-01-06 10:32

  据麦姆斯咨询介绍,全球航空航天和国防工业在2019年全速发展。在国防领域,由于地缘政治局势紧张,政府支出增加,导致世界排名前六位的国防承包商营收大幅增长了12%。据斯德哥尔摩国际和平研究所(SIPRI)估计,2018年全球国防和军事支出约为1.8万亿美元,美国则达到了创纪录的7600亿美元。据美国联邦航空管理局称,航空航天产业也在蓬勃发展,商用飞机大量交付,预计到2038年将交付39000架新飞机。

  高端惯性传感器是上述系统中用于导航、稳定及其它用途的关键组件之一。高端惯性传感器包括加速度计、陀螺仪及其组合,在某些情况下还包括更复杂的结构,例如姿态航向参考系统或导航系统,其中可能包括磁力计和全球导航卫星系统(GNSS)接收器。

  2019年,Yole预估全球高端惯性传感器市场规模约达32.4亿美元,并且这仍然是一个应用很广且高度分散的市场。其中,国防和军事应用约占40%,商用航空航天应用约占26%。其它高度依赖惯性传感器的市场还包括商业海事和工业应用,分别占据18%和16%的市场份额。国防和军事、商业航空航天以及海事应用,预计将在未来五年内以3~4%的复合年增长率(CAGR)成长,相比之下,工业应用领域最具前景,预计复合年增长率将超过10%。到2025年,高端惯性传感器市场规模有可能将达到40亿美元的里程碑。

  长远来看,高端惯性传感器市场将由我们之前预测并期待已久的工业应用驱动,例如:自主机器人、无人驾驶汽车、工业物联网(IIoT)以及微型卫星等,它们已经迈出了关键的一步。这些领域的新晋厂商大多具有不同的背景,但都会在产品中应用惯性传感技术。在这些大批量应用中,系统集成制造商可选的技术有很多,良好的成本、尺寸、重量和功耗(C-SWAP)优势,可能使基于MEMS陀螺仪、光纤陀螺仪(FOG)和半球谐振陀螺仪(HRG)的惯性传感系统受益。

  在此背景下,全球高端惯性传感器市场在2019~2025年期间的复合年增长率预计将接近4.7%,一直以来比较稳定的高端惯性传感器市场看起来前景光明。

  惯性传感器市场经历了几个技术发展阶段。事实上,从首次应用到逐渐成熟的近20年技术周期中,市场似乎出现了一些变化。最早出现的是机械陀螺仪,然后是环形激光陀螺仪(RLG)和光纤陀螺仪(FOG)。霍尼韦尔(Honeywell)仍然以其传统的RLG技术在市场上占据主导地位,而诺斯罗普·格鲁曼(Northrop Grumman)和赛峰集团(Safran)则主导了FOG市场。

  iXblue和KVH等其它体量较小的FOG供应商正在尝试通过拓展供应能力来发展,以与高性能领域的RLG以及性能略低的硅基MEMS惯性传感器竞争。KVH新发布的光子FOG正努力走向大批量生产,这款产品是FOG的微型版本,可用于自动驾驶汽车,并且已经进入评估阶段。

  目前,HRG正在走向成熟,这主要得益于大批量生产方面的突破,尤其是赛峰集团的努力。这可能会在不远的中期改变惯性传感器市场格局,也可能潜在地影响RLG业务。

  另一方面,硅基MEMS陀螺仪已经在高端惯性系统市场完成首秀。尽管硅基MEMS陀螺仪主要用于消费类和其它低端商业领域,但它们具有较低的C-SWAP。硅基MEMS陀螺仪正在不断改进,并挤占了很多FOG的工业应用和一些被认为高端的战术级应用(零偏稳定性为1~10°/h)。不过,硅基MEMS陀螺仪在要求零偏稳定性低于1°/h的其它应用中仍然还不够成熟。在10到20年的时间范围内,硅基MEMS陀螺仪是否能够突破性能枷锁?许多传统厂商正试图驾驭即将来临的MEMS浪潮,例如霍尼韦尔、诺斯罗普·格鲁曼、赛峰集团和联合技术航空系统(UTC)等,它们已经在使用硅基MEMS技术。

  惯性传感器市场格局一直以来都相当稳定。在美国以及全球范围内,霍尼韦尔仍然是领导者,诺斯罗普·格鲁曼则紧随其后。其它值得关注但规模略小的公司包括KVH、Kearfott和Emcore/SDI等。美国公司统治着高端惯性传感器市场,欧洲和亚洲厂商则处于第二梯队。

  一方面,欧洲惯性传感器市场主要由赛峰集团主导,赛峰集团是该地区规模最大的厂商,其营收比Raytheon Anschutz、iXblue、Sensonor、Meggitt、GEM elettronica、iMAR、Kongsberg以及IAI等厂商高出一个数量级。另一方面,亚洲及世界其它地区的市场很分散,体量较大的厂商包括中国航天科技集团有限公司(CASC)、星网宇达、美泰科技、JAE和Silicon Sensing等。

  中国惯性传感器技术的发展主要源于军事或学术领域,这是很难切入的。尽管如此,中国市场仍应密切关注,因其关注度很高的多个领域正在快速发展,例如IIoT中的结构监控、微型卫星以及各种自动驾驶和机器人应用。

  对于高端惯性传感器领域的相关厂商,根据目标终端应用选择合适的技术和合作伙伴是非常重要的。

  得益于庞大的投资组合,高端惯性传感器市场仍将由三大巨头主导。由于市场的特定原因,所有技术都会有很长的生命周期,预计不会出现从一种技术突然过渡到另一种技术的情况,这就要求相关厂商确保技术紧跟市场发展。这意味着区域市场领导者预计不会发生很大的变化。

  不过,从长远来看,这些领导厂商是否会面临来自“中国巨头”或“从工业和新兴应用中崛起的类似亚马逊(Amazon)和波士顿动力(Boston Dynamics)等厂商”的强大竞争和市场突破?因为这些新兴应用的要求和需求,有别于传统领导厂商过去遇到的问题及处理方法。他们如何像小公司一样具有灵活性,以应对可能打破市场格局的高度定制化、动态化的新兴市场呢?因为,最后的问题可能不在于是否会发生,而是这一刻何时到来。

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