军工行业信息化深度研究报告:武器装备的中枢神经系统
(报告出品:华安证券)
1、信息化:战争形态演变的有力催化引领
信息指音讯、消息、通讯系统传输和处理的对象,泛指人类社会传播的一切内 容,是有价值的一种客观存在。信息是除物质、能量之外存在于客观世界的第三要 素。信息反映的是事物或者事件确定的状态,具有客观性、普遍性等特点,由于获 取信息满足了人们消除不确定性的需求,因此信息具有价值,而价值的大小取决于 信息的质量,这就要求信息具有一定的质量属性。信息技术是研究信息的产生、获取、变换、传输、存储和利用的工程技术。《信息技术词典》中将之定义为:“信息技术主要指利用计算机、网络、和现代通 信手段获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息和分配信息的相关技 术。信息技术是新兴的技术群,主要包含基础信息技术、主体信息技术及应用信息技术等三个层面。
1.1、信息化:信源、信宿和信道是信息技术三要素
信息技术发展经过了五次革命,分别是语言的形成、文字的产生与应用、造纸 与印刷术的发明与应用、电话电报的发明与应用、计算机与现代通信技术的应用与 发展。《论信息技术革命的结构及本质》对五次信息技术发展革命进行过梳理,语 言的产生标志着人类的信息技术从无到有的革命性变革;文字的发明让人类文明得 以稳定延续和传承;造纸术和印刷术的发明是人们利用器具拓宽信息传播和存储的 能力的最有力表现,并且这两种技术的结合让社会大量生产出书籍,让一部分信息 变成文化而固定流传;受益于电力技术,利用电子信息技术而产生的电报、电视、 让信息的不受时空限制而实现传播形式的多样化和即时化;计算机将信息“数字化” 处理,从而可以被机器设备识别和计算,并通过互联网高速传播,是电子信息技术 在现代取得最辉煌的技术成就。
《论信息技术革命的结构及本质》一文还指出,每次信息技术革命都始终包含 着四种不同的要素——物质世界、人、人类社会和具体的信息技术种类。物质世界 为每一次信息技术革命提供了直接的材料,表现为以下两个方面:一方面信息技术 是以信息作为原料的技术手段,人们在认识和改造自然界的过程中,自然界所产生 的信息直接成为信息技术的一部分信源;另一方面自然界为信息技术提供了信息技 术本身所需要的物质载体,这些物质载体使得信息可以通过它们得以显现。物质世 界是人和人类社会所赖以生存的基础,人对物质世界的认识和改造活动离不开对物 质世界客观规律的反映。信息作为人能动反映的物质世界规律的结果,需要通过具 体信息技术呈现出来。
1.2、国防信息化:信息化在武器装备中的实际应用
在新一轮科技革命和产业变革推动下, 人工智能、量子信息、大数据、云计算、物联网等前沿科技加速应用于军事领域, 国际军事竞争格局正在发生历史性变化。对信息技术的日益依赖以及信息本身日益 增长的价值,使得信息成为有价值的作战武器和双方争夺的重点,也使得信息在战 争中的作用和行为方式发生了重大的改变。当前,创新发展信息化武器装备不仅已 成为世界各军事强国推进新军事变革的基本内容,而且成为各国建设信息化军队的 重要物质和技术基础。
信息化战争的目的就是通过对信息资源的有效运用,实现全维主宰,达到最终 的军事目标。信息优势主要体现在主导机动能力、精 确交战能力、集中后勤能力以及防护能力。信息优势必然会创造有利条件以有利于 军事力量的运用,信息优势是军事行动的前提条件。以信息技术为核心的军事高新技术日新月异,武器装备远程精确化、智能化、 隐身化、无人化趋势更加明显,战争形态加速向信息化战争演变,智能化战争初现端倪。传统的战争形态按照其战斗力生成模式中主战武器装备特征等关键要素,可划 分为冷兵器战争、热兵器战争、机械化战争和信息化战争等四个阶段。
信息技术在战争中的快速应用带来武器装备现代化的同时,也推动战斗力生成 模式将从以单平台武器打击为基本形态的加和模式发展为以导弹武器打击链为基本 形态的倍增模式和以电磁武器打击链、信息武器打击链为基本形态的指增模式。对 比单平台机械化战争和信息系统支持下机械化战争可以看出,由于信息系统支持下 的导弹武器形成了传感器到射手的闭环打击链,使得杀伤时间由小时级缩短到了分 钟级,从而使作战综合效能得到了百倍的提升。相对于导弹武器打击链,电磁武器 打击链由于整个打击过程都在电磁场内以光速完成,闭环链中省去了跟踪、评估等 环节,最大速度和杀伤时效得到了极大提高。
同时,完成一次攻击的成本以消耗电 能为主,因此设其约为 1 美元的量级,这样电磁武器打击链的综合效能提升到约为 单平台武器打击的1014-1015倍。另一方面,根据法国数学家雷内托姆的“突变论” 思想,高度优化的设计具有结构敏感性,当出现不可避免的缺陷时,会出现突然而 全面的塌陷。因此,网络信息体系难以避开“一毁俱焚”的脆弱关键节点,使得信 息武器打击链在杀伤规模方面具备体系级的杀伤效果,其综合作战效能达到单平台 机械化战争的1015-1016倍。可见,对于同阶战争,作战效能具有量变累积效应,战 斗力基本单元的增加会以加和或倍增的形式不同程度地增加战争优势。而对于不同 阶段的战争,其作战效能具有质变效应,这种质变是无法通过基本战斗力单元的数 量增加来弥补的。
2、技术角度:构建军事信息化体系的基石
军事信息系统在特殊时期用于作战指挥、武 器控制、综合保障,平时还可以用于军事训练、部队管理、作战模拟、战备值班和 反恐、维稳、抢险救灾等突发事件的处置,其功能和作用具体体现在对上述任务的 信息获取、处理、传递、利用及信息对抗等信息服务方面。
2.1、信息获取技术:信息作战的眼睛
信息获取技术是指能够对各种信息进行测量、存储、感知和采集的技术,特别 是直接获取重要信息的技术。信息获取在信息作 战中的应用主要表现在侦察监视、定位引导及火控制导三方面。按照获取过程所利 用的媒介可分为光电信息获取技术、雷达信息获取技术、声波信息获取技术等。随 着信息获取技术的发展,信息获取在深度、广度、速度、隐蔽性等方面均实现了质 的飞跃,信息获取技术已成为信息作战的主体技术之一。
2.1.1、电磁波与信号:信息在信息系统中的载体
电子信息的产生、传播、探测、处理、对抗等行为,从根本上都是对电磁波和 信号进行操作。电磁波可分为两类:无线电波和光波。无线电波波长在 0.75mm-100km 之间,按波长可划分为超长波、长波、短 波、超短波(米级)和微波(分米级、厘米级、毫米级)几个波段。按频 率则可划分为与波段对应的甚低频(VLF)、低频(LF)、中频(MF)、高频 (HF)、甚高频(VHF)、特高频(UHF)、超高频(SHF)和极高频(EHF) 等频段。
电磁波的辐射与接收方面,在无线电波频段,辐射和接收电磁波的装置是天线, 天线是整个无线信息系统的重要组件。其原理可 简单概述:发射信号在传输线中以导行电磁波的形式传输给发射天线,发射天线把 导行电磁波转化为向空间传播的电磁波,在距离发射天线足够远的地方,电磁波近 似为局部的平面电磁波,该局部平面电磁波照射到接收天线上,电磁波被接收下来 并转化为导行电磁波,最后经传输到达接收机。
电磁波的传输方面,电波既能在真空中传播,也能在介质中传播。电波在从一种介质进入另一种介质时,会产生反射、折射、 绕射和散射现象,同时速度也要发生变化,不同介质对一定频率的电波还具有吸收 作用。因此,电波在传播过程中,能量的扩散和介质的吸收都会导致电波逐渐减弱。电磁波传播环境:无线电波从发射到接收必定经历一定空间,按照垂直高 度近地空间可分为对流层、平流层、电离层和磁层。电磁波传播方式:明确传播环境后,根据介质及不同介质界面对电磁波传 播产生的主要影响,可分为地波传播、天波传播、视距传播、散射传播。
2.1.2、光电信息获取技术:光电装备的核心技术
光电信息获取技术是以光波为介质,通过对目标反射或者辐射的可见光、红外 线或者紫外线能量的感测,将其转换成电信号,从而获取目标信息的技术。光电信息获取技术以高于微波频率的光波为信号与 能量载体,具有极高的时间、空间和频率分辨力,特强的抗电磁干扰能力,独有的 夜视功能及良好的环境适应性,在各领域均发挥重要的作用。目前,光电信息获取 技术包括可见光信息获取技术、红外信息获取技术、紫外信息获取技术、激光信息 获取技术、多光谱信息获取技术、微光夜视技术等。
2.1.3、声波信息获取技术:声呐装置应用最广泛
声波信息获取技术是以声学原理为基础,根据被探测目标在声波传播介质中发 出的声频振动。按声波传输介质的不同,声学 信息获取技术分为声探测技术和水声探测技术两大类。声探测技术是利用声音在大 气中传播的物理特性而获取目标信息的技术,水声探测技术则利用声音在水中传播 的物理特性来获取信息的技术。按照探测方式的不同,声学探测可分为主动和被动两种方式,其中被动式声学 探测技术由于较高的隐蔽性受到了极大的重视。按照安放方式可分为岸基声呐、船 壳声呐、拖曳线列阵声呐、声呐浮标及吊放声呐。
主动声呐又称有源声呐,通过水声换能器及其组成的阵列,将探测电信号 转换为一定频率的声波,形成水下声信号,一旦该信号遇到目标,则形成 反射回波,声呐则将其接收并转换成电信号,经过处理就可发现水下目标 的存在并进行定位。主动声呐大多采用脉冲波体制,其主要优点在于可以 探测静止无声的目标,同时可以测定目标的方位和距离。被动声呐又称无源声呐或者噪声声呐,其本身不发射声波,依靠接收目标 辐射的声波作为目标检测和对之估值的基础。目标辐射的声波一般是目标 自身发出的噪声,包括螺旋桨转动噪声、流体动力噪声、发动机机械震动 引起的辐射噪声或者目标声呐的辐射声波。被动声呐通过换能器基阵接收 后利用空域、时域、频域信号处理,提取并检测有用信号分析估算信源的 性质和类型,其主要优点在于隐蔽性好。
2.1.4、无线电信息获取:雷达是重要的装备之一
雷达原意为无线电探测与测距,即利用无线电来发现目标,并测量目标在空间 的位置。雷达的基本工作过程是通过发射电磁波,接收空间中此电磁波的回波信号,并 对接收到的信号加以处理和分析,从其中提取有用信息。当目标体积小于雷达分辨 单元的时候,目标可以被视作一个点,此时可以对目标进行角度和距离的测定,而 当目标的体积大于雷达的分辨单元则可以对目标进行形状等特征的测定。
2.1.5、地面传感器:弥补雷达/光学侦察系统不足
地面传感器能够有效弥补雷达和光学侦察系统的不足。地面传感器侦察系统由感测地面振动、磁信号变化,红外和压力信号变化的 传感器,无线电接收机,送受话机等组成。传感器对人的探测距离为 50 米,对车 可达 500 米,可采用人工、空投或炮射方式将传感器布置到离战斗前沿 40~70 千米 地区,其侦察数据则通过数据中继设备传送。地面中继设备的传输距离为15千米, 机载中继设备则可延长到 100 千米。利用地面传感器侦察系统可以提供发现敌方目 标的时间、地点、种类、行进速度和方向等重要的战场情报,既可用来监视道路、桥梁、渡口和重要军工设施,也可用来监视障碍区、布雷区、空降区和部队可能的 集结区。
2.1.6、导航定位技术:导航技术为关键支撑技术
导航技术最初只应用于军队任务中,但随着社会进步和制造成本的降低,导航 技术向民用领域逐步开放,目前已广泛地融入到日常生活中,大到火箭发射、高铁 运行、飞机航行,小到共享单车、智能手机、物流运输,生活中的方方面面都离不 开导航技术的应用。
导航技术根据其导航信息获取原理的不同,可分为无线电导航、卫星导航、天 文导航、惯性导航、地形辅助导航、综合导航与组合导航,以及专门用于飞机等飞 行器进行着陆的着陆系统等。如果运动体导航定位的数据仅仅只依靠装在运动体自 身上的导航设备就能获取,采用推算原理工作,称自备式导航,或自主式导航,如 惯性导航。假若要靠接收地面导航台或空中卫星等所发播的导航信息,才能定出运 动体位置的为他备式导航,无线电导航和卫星导航等为典型的他备式导航。对于能 够完成一定导航定位任务的所有设备组合的总称就叫导航系统,例如无线电导航系 统、卫星导航系统、天文导航系统、惯性导航系统、组合导航系统、综合导航系统、 地形辅助导航系统,以及着陆引导与港口导航系统等。
陀螺仪和加速度计是惯性导航系统中不可缺少的核心测量器件,现代高精度的 惯性导航系统对所采用的陀螺仪和加速度计提出了很高的要求。惯性导航系统通常 由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺 仪,又称惯性导航组合。3 个自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;3 个加 速度计用来测量飞行器的 3 个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计 算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数,实现功能。
平台式惯导系统有物理平台,陀螺和加速度计安装在物理平台上,陀螺感测平 台与坐标系之间的偏差,同时通过修正回路使陀螺按照要求进动,使平台能够跟踪 惯性坐标系或当地水平坐标系。根据建立坐标系的不同,平台式惯导可分为空间稳 定平台式惯导和当地水平式惯导两类。空间稳定平台式惯导的台体相对惯性空间稳 定,用以建立惯性坐标系,地球自转、重力加速度等影响由导航计算机加以补偿, 这种系统多用于运载火箭的主动段和一些航天器上。当地水平式惯导的特点是台体 上的两个加速度计输入轴所构成的基准平面能够始终跟踪载体所在点的水平面,因 此加速度计不受重力加速度的影响,这种系统多用于沿地球表面运动的载体,如飞 机、船舶等。
捷联式惯性导航系统是将加速度计和陀螺仪直接安装在载体上,在计算机中实 时计算姿态矩阵,即计算出载体坐 标系与导航坐标系之间的关系,从而把载体坐 标系的加速度计信息转换为导航坐标系下 的信息,然后进行导航计算。由于其具 有可靠性高、功能强、重量轻、成本低、精度高 以及使用灵活等优点,使得 SINS 已经成为当今惯性导航系统发展的主流。捷联惯性测量组件是惯导系统的核心组件, IMU 的输出信息的精度在很大程度上决定了系统的精度。
组合导航,组合导航按照数据融合层次深浅的不同,一般可分为松耦合、 紧耦合、深耦合三种耦合方式。组合导航最核心的技术在于如何将不同系 统的导航数据以最优的滤波算法进行有机融合,对不同类型传感器采集后 的导航信息进行综合处理。通过滤波技术把卫星导航和惯性导航两者组合 在一起,充分发挥两者各自优势。卫星导航的高精度可以弥补惯性导航误 差迅速发散的问题,惯性导航的自主性也可以填补卫星导航易受干扰、稳 定性差等不足。尤其在卫星信号被遮挡导致接收机无法定位的情况下,惯 性导航能够继续输出定位结果,直至信号恢复。在无法接收卫星信号和低 信噪比等环境下,组合导航可以提供比单独任何一种系统更精确的导航结 果。
2.2、信息传输技术:信息作战的神经
通信的方式是指通信双方之间的工作方式或信号传输方式。信号在信道中传输, 一般有单工通信、半双工通信、全双工通信、串行通信及并行通信。对于点对点通信,按照消息传送的方向和时间的关系,可分为单工通信、 半双工通信与全双工通信。单工通信是指消息在任意时刻只能单方向传输 的一种通信方式,半双工通信是指通信双方虽然都能进行收或发信息,但 不能同时进行收或发的通信方式,全双工通信是指双方可同时都进行双向 消息传输的通信方式。对于数字通信,按照数字信号码元的排列方式的不同,可分为串行通信及 并行通信。串行通信是指将代表信息的数字信号或者数据信号按时间顺序 一个接一个的在信道中传输的方式,并行通信是指代表信息的数字信号序 列按照某一规则分成两路或者两路以上同时在信道中传输。
2.2.1、光纤传输技术:满足速度及数据量大要求
光纤传输技术是指将要传送的语音、图像和数据信号灯调制在光载波上,以光 纤作为传输介质的通信技术。根据《关于光纤传输通信及设备的研究》,光纤通信 技术的工作原理是:先将需要传输的信息经过发送端转变成的电信号,利用激光器 将调制好的电信号通过激光束发送出去。光的强度会根据电信号的频率而不断发生 变化,将信息传送到接收端,再通过检测器把光信号转变成电信号,最后利用解调 的手段把电信号中的信息复原。
光纤通信系统按照传输信号的类型可分为光纤模拟信号通信系统和光纤数字通信系统。光纤通信系统的基本组成包括光发信机、光收信机、光纤或光缆、中继器 以及光纤连接器、耦合器等无源器件。这些设备共同组成了光纤通信息系统当中的 数据源、光发送端和光学信道,光纤通信系统的构成及主要设备对于光通讯人员来 说极为重要。光发信机:光发信机的实质是光端机,它的作用是实现光的转换过程。一 台光发信机由光源、驱动器和调制器共同构成,在实际工作中把从光源中 得到的光波通过电端机发送过来的电信号进行调制,转换成已调光波,再 利用光纤或者光缆将已经耦合好的已调光波传输出去。我们在日常所接触 的电子通信设备就是电端机。
光收信机:光收信机由光放大器和光检测器两个重要元件构成,在光纤通 信中起到转换光电信号的作用。在实际工作中通过光检测器将来自光纤或 者光缆的光信号转换成电信号,然后再放大这些电信号,直到达到能够被 接收器识别的电平,最终送到电端机中。光纤或光缆:光纤和光缆是连接各种光纤通信系统设备的媒介,是构成光 传输通道的重要组成。在实际工作中会将已经调制好的光信号从发信端耦 合到接收端去,在这个过程中,负责保护信号的长距离传输,完成信息传 递。
中继器:中继器是光纤传输过程中的信号补偿工具,负责补偿光信号在传 输过程中因为传输距离或者其他原因而造成的信号衰减,除此之外,中继 器还负责对波形失真的脉冲近行政性。中继器的主要元件为判决再生电路, 同时具备光源和光检测器,能够随时分析光纤中的电信号。光纤连接器、耦合器等无源器件:光纤和光缆的长度并非可以无限延长, 受到施工条件或者拉制工艺的限制,很多情况下需要额外连接其他的光纤。也存在一条光纤线路需要对多根光纤进行连接的情况,所以光纤连接器、 耦合器这些无源器件也就应运而生。
伴随着信息技术的高速发展,对于信息传输速度的要求越来越高,光纤技术最 为一种新型的高速传递信息的手段已经得到了各领域的重视和应用。如在以多微机 为主的电梯系统中,对数据的处理准确性、完整性、传输效率和数量都有很高的要 求,光纤技术完全满足了多微机电梯系统的处理要求,不仅对并联群控性能有所帮 助,还减少了电梯控制系统的延迟,提高了反应速度。例如,电梯系统的光纤传输通信装置就是由光纤、光源以及光电接收器共同组成。
2.2.2、无线传输技术:满足灵活性及成本低要求
无线通信是利用电波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通 信方式。无线传输和有线传输是对应的。随着无线技术的日益发展,无线传输技术 应用越来越被各行各业所接受。无线图像传输作为一个特殊使用方式也逐渐被广大 用户看好。其安装方便、灵活性强、性价比高等特性使得更多行业的监控系统采用 无线传输方式,建立被监控点和监控中心之间的连接。
无线通信系统由三个部分组成发信设备、收信设备和传输介质。发信设备的作 用是将原始的信源转换成能够在特定的传输介质上进行传输的信号,它的处理过程 主要是放大、滤波、调制和编码等。传输介质就是信道,信道中常常会伴有干扰和 噪声,而这些会影响通信的质量。收信设备是针对发信设备而言的,它同收信设备 的功能相逆,通过译码、解调、变换、放大等将收到的信号还原成原来的信息并送 到接收端。
2.2.3、通信抗干扰技术:推动无线高效高质发展
抗干扰通信,指在密集、复杂多变的电磁干扰和有针对性的通信干扰环境中, 采取各种电子抗干扰措施以保持通信畅通的通信。随着科技的发展和无线领域的不断拓展,抗干扰技术的研发、应用,能够从正确的角度来思考,并且在各类问题的 解决过程中告别了传统的思路和方法。抗干扰技术的影响因素非常多。技术人员的 因素是最为重要的,当前技术团队表现出匮乏的特点,虽然在抗干扰的功能上不断 的增加,但是还没有完全解决干扰的问题,干扰的现象依然是大量存在的,设备因 素也是重要的组成部分。
2.3、信息处理技术:信息作战的大脑
获取信息并对它进行加工处理,使之成为有用信息并发布出去的过程,称为信 息处理。在信息作战领域,信息处理技术的主体——计算机技术和作为信息处理工 具的电子计算机,是信息作战指挥员和指挥控制机构的“外脑”,是信息作战系统 的核心。其组成的计算机网络,将各种信息系统、信息武器系统、数字化部队相连, 使信息的获取、传递、处理、辅助决策、指挥控制、显示和对抗实现了自动化,它 可为信息作战指挥员及其指挥控制机构提供经处理的必要、适时、准确和相关的情 报信息,使其在“透明”的信息化战场指挥部队和控制武器系统遂行信息作战任务, 协调诸军兵种联合作战,以夺取信息作战的胜利。这表明信息处理技术已成为信息 作战的重要支柱。信息处理技术的应用程度,已成为信息作战运用高新技术程度的 一个重要标志。
2.3.1、数据库/数据仓库技术:致力信息存储管理
计算机数据库技术是指依托于计算机硬件基础及软件平台所开发出的一种专门 针对数据存储、管理的技术。该技术并不是简单地将各类数据信息存储于硬盘上, 而是可以通过建立数据库分析模型来分类存储管理计算机数据,形成便于操作、层 次结构清晰的管理平台,并进一步实现数据信息的处理、分析和备份保护等,还可 以实现数据库的“云管理”和“共享”,便于在各种场景下进行数据信息的管理和 应用。计算机数据库技术的应用有效解决了数据信息科学、系统、结构化存储的问 题,并借助数据信息的备份恢复、安全监测、访问认证技术来保障数据信息的安全。当前,计算机数据库技术还处于持续改进、提升的过程中,通过扩大容量和规模、 增加数据模式来解决更为复杂多样的数据信息处理需求。
计算机数据库系统已被推广应用于信息数据存储以及管理,为保证信息安全性 和准确性,需要科学合理地设计计算机数据库。对此,首先确定所需储存的信息数 据,其次应用表格的方式进行分类处理,将所有数据划分为 3 种类型,最后进行有 序存储,最大限度地降低数据冗余度。为了能够准确描述出系统中的关键信息数据, 需要提高对计算机数据库创建的重视度,保证在计算机数据库规划创建完成后,高 效处理数据对象关系组成问题。
数据仓库,是在数据库已经大量存在的情况下,为了进一步挖掘数据资源、为 了决策需要而产生的。数据库已经在信息技术领域有了广泛的应用,我们社会生活 的各个部门,几乎都有各种各样的数据库保存着与我们的生活息息相关的各种数据。作为数据库的一个分支,数据仓库概念的提出,相对于数据库从时间上就近得多。美国著名信息工程专家 WilliamInmON 博士在 90 年代初提出了数据仓库概念的一个 表述,认为:“一个数据仓库通常是一个面向主题的、集成的、随时间变化的、但 信息本身相对稳定的数据集合,它用于对管理决策过程的支持。”
2.3.2、信息识别技术:图像识别类技术发展迅猛
信息识别技术在光机电一体化领域中的应用也称自动识别技术,是数据自动采 集、自动输入和自动识别的基础,是计算机“实时”处理的重要技术保障。自动识 别技术就是应用一定的识别装置,通过被识别物品和识别装置之间的接近活动,自 动地获取被识别物品的相关信息,并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。自动识别技术将计算机、光、电、通信和网络技术融为一体,与 互联网、移动通信等技术相结合,实现了全球范围内物品的跟踪与信息的共享,从 而给物体赋予智能,实现人与物体以及物体与物体之间的沟通和对话。自动识别技 术主要包括针对物(“无生命”)的识别和针对人(“有生命”)的识别两类。而针对 物的识别技术包括:条形码、智能卡技术、射频识别技术等;针对人的识别技术包 括:声音识别技术、人脸识别技术、指纹识别技术等。
语音识别技术,也被称为自动语音识别,其目标是将人类的语音中的词汇 内容转换为计算机可读的输入,例如按键、二进制编码或者字符序列。与 说话人识别及说话人确认不同,后者尝试识别或确认发出语音的说话人而 非其中所包含的词汇内容。语音识别模型结构主要由声学模型、语言模型、词典、特征提取、和解码器五 个模块共同组成。
由于人类语音是模拟信号,想要被计算机录入则需要事先使用采 样量化技术将其转化为数字信息,其次通过语音预处理从原始嘈杂信号中提取出干 净的语音信号,以便于后续的语音特征提取。语音特征提取的目的是将预处理后的 语音转换为声学模型训练可以利用的特征向量,在提取过程中,语音从时域空间转 换到频域空间。声学模型经过语音数据集训练后,把声音信号识别成音素等声学单 元并给出相应的概率。语言模型是在大量语言文件上进行训练,并根据语法、词法 知识对初步识别结果再做筛选,进而选出符合语法规则的部分作为最终的语音识别 结果。
图像识别技术是人工智能的一个重要领域,是指利用计算机对图像进行处 理、分析和理解,以识别各种不同模式的目标和对像的技术。图像识别原 理主要是需处理具有一定复杂性的信息,处理技术并不是随意出现在计算 机中,主要是根据一些研究人员的实践,结合计算机程序对相关内容模拟 并予以实现。该技术的计算机实现与人类对图像识别的基本原理基本类似, 在人类感觉及视觉等方面只是计算机不会受到任何因素的影响。人类不只 是结合储存在脑海中的图像记忆进行识别,而是利用图像特征对其分类, 再利用各类别特征识别出图片。计算机也采用同样的图像识别原理,采用 对图像重要特征的分类和提取,并有效排除无用的多余特征,进而使图像 识别得以实现。有时计算机对上述特征的提取比较明显,有时就比较普通, 这将对计算机图像识别的效率产生较大影响。
红外图像处理和红外目标识别方法一直是模式识别和图像处理领域的一个比较重要的研究课题,该研究在空中目标识别、跟踪、导航与监测、军用监控系统中的 飞机识别等方面有着广泛应用。根据《基于红外图像和特征融合的飞机目标识别方 法》一文,由于红外目标图像具有较高的探测灵敏度、较强的抗干扰能力和较高的 空间分辨力,所以由红外图像能探测并识别出远程空中的飞行目标。特别是当前红 外成像制导具有导引精度高、灵敏度高、作用距离远、隐蔽性好等特点,使得该项 研究成为当今精确制导技术发展和研究的热点。随着现代战争中红外成像技术的迅 速发展,对空中飞机目标识别的要求也越来越高。如何快速、准确地检测、分割和 识别出红外目标是红外图像处理的基础和前提。
2.3.3、信息融合技术:满足高胜率和成本低要求
信息融合技术是利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息在一定 准则下加以自动分析、综合处理,以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理 过程。按照这一定义,多传感器系统是信息融合的硬件基础,多源信息是信息融合 的加工对象,协调优化和综合处理是信息融合的核心。从军事角度讲,信息融合可 以理解为对来自多源的信息和数据进行检测、关联、相关、估计和综合等多级多方 面的处理,以得到精确的状态和类别判定以及进行快速完整的态势和威胁估计。信 息融合可以分为三个级别:数据级信息融合、特征级数据融合和决策级信息融合。数据级信息融合,在原始数据层上进行的融合,即各种传感器对原始信息 未作很多预处理之前就进行的信息综合分析,主要应用于图像融合。
特征级信息融合,特征级融合属于中间层次,它对来自传感器的原始信息 进行特征提取,然后对特征信息进行综合分析和处理。特征级融合可划分 为两类:目标状态信息融合和目标特性融合。特征级目标状态信息融合主 要用于多传感器目标跟踪领域。决策级信息融合,决策级融合是一种高层次融合,其结果为指挥控制决策 提供依据。因此,决策级融合必须从具体决策问题的需求出发,充分利用 特征融合所提取的测量对象的各类特征信息,采用适当的融合技术来实现。决策级融合是三级融合的最终结果,直接针对具体决策目标,融合结果直 接影响决策水平。但是,决策级融合首先要对原传感器信息进行预处理以 获得各自的判定结果,所以预处理代价高。
2.4、信息安全技术:信息作战的盔甲
信息安全,ISO(国际标准化组织)的定义为:为数据处理系统建立和采用的 技术、管理上的安全保护,为的是保护计算机硬件、软件、数据不因偶然和恶意的 原因而遭到破坏、更改和泄露。
2.4.1、军事密码技术:无形战场上的智慧较量
密码被誉为信息安全的“守护神”。如《解放军报》2015 年 1 月 22 日第 007 版 新闻提及,到了现代,随着信息技术的空前发展,密码学也迎来了它的辉煌时期, 相继诞生了序列密码、分组密码、公钥密码等多种体制,“加密”与“破译”成为 信息保密传输与情报获取激烈对抗领域,双方斗智斗勇,循环进行着“魔高一尺道 高一丈”的较量,其范畴已不仅仅限于传统意义上的“保密通信”,而是将应用领 域扩展至政治、经济、军事、外交、商业、金融等各个领域,成为维护国家安全、 保守国家秘密、夺取战争胜利和谋求商业利益的重要手段。密码体制从原理上可分 为两大类,即对称密码体制和非对称密码体制。
从区块链技术特点上看,是指一种由成员集体维护稳定、以密码学保证数据信 息安全、用共识算法保障系统一致性的分布式去中心化账本。狭义区块链是按照时 间顺序,将数据区块以顺序相连的方式组合成的链式数据结构,并以密码学方式保 证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义区块链技术是利用块链式数据结构验 证与存储数据,利用分布式节点共识算法生成和更新数据,利用密码学的方式保证 数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约,编程和操作数据 的全新的分布式基础架构与计算范式。
2.4.2、网络安全技术:夺取军事信息优势手段
网络安全技术指保障网络系统硬件、软件、数据及其服务的安全而采取的信息 安全技术。20 世纪 60 年代以后,随着计算机网络应用的发展和普及,网络与信息 安全的重要性日益突出。人们普遍认为网络安全问题是由于系统设计上存在漏洞, 可以通过改进系统细节和复杂协议设计等补救措施构建安全系统。90 年代后期,人 们逐渐认识到仅靠被动防御技术,不能保证网络系统的安全,需要采用主动防御技 术,及时检测入侵发生,作出响应。随着网络攻击技术的不断发展,网络攻击和入 侵不可避免,且很难及时检测和报警,网络容侵、容灾技术出现,使网络在受到攻 击和破坏后仍能恢复预定功能。在信息化条件下,网络战将成为信息作战的主要样 式,网络攻防技术将成为获取信息优势的新技术。网络安全技术作为夺取军事信息 优势的手段,将有很大发展空间。
2.4.2、电子对抗技术:争夺“制电磁权”焦点
电子对抗又被称之为电子战,主要任务是将敌对方的电子设备进行破坏干扰,削弱对方的势力,保障己方的电子设备仪器可以发挥最大的效能,并高效化的展开 军事指挥行动。电子对抗战主要是通过电子对抗的侦察和反侦察手段,电子干扰和 反干扰手段,电子的进攻和防御手段进行对抗。电子对抗仪器主要是通过雷达,无 线电通讯,光电对抗,网络对抗,导航和制导对抗等进行的,电子对抗的方式可以 应用在空军、海军、陆军、潜水作战等方面,是现代化主要的军事作战对抗手段, 随着卫星定位系统的不断覆盖,跟踪定位作战不断运用到导弹方面。随着电子指挥 控制可以精准化的打击目标,电子对抗在现代化战争中担任着不可替代的重要作用。
基本原理方面,以雷达对抗为例,雷达对抗是与雷达紧密联系在一起的。雷达 为了获取目标信息,必须首先将高功率的电磁波能量照射到目标上;由于目标的电 磁散射特性,将对照射能量产生相应的调制和散射,雷达接收到目标调制后的一部 分微弱的散射信号,再根据收发信号的调制的相对关系,解调出目标信息。雷达对 抗设备中的侦察设备接收雷达发射的直达信号,测量该雷达的方向、频率和其它调 制参数,然后根据已经掌握的雷达信号先验信息和先验知识,判断该雷达的功能、 工作状态和威胁程度等,并将各种信号处理的结果提供给干扰机和其它有关设备。由此可见,实现雷达侦察的基本条件是:雷达向空间发射信号、侦察接收机收到足 够强的雷达信号、雷达信号的调制方式和调制参数位于侦察机信号检测的能力和范 围之内。
以雷达干扰为例,为了削弱和破坏敌方探测和通信网络,争夺战场的“制电磁 权”,电子对抗的能力是必不可少的,而雷达干扰技术是电子对抗环节中重要的一 环。通常情况下战场上一方将首先侦察获得敌方电磁频谱参数,然后使用各种相应 的技术手段使其不能正常工作。在这种情况下,受干扰方的雷达探测或通信系统由 于受到干扰和限制,将使其信息获取能力大幅降低,成为战场上的“聋子”和“瞎 子”,从而降低干扰方自身的受威胁程度。雷达电子干扰的分类方法有多种:按照 干扰的作用机理可分为压制干扰和欺骗干扰,按照干扰的空间几何位置可以分为自 卫干扰和支援干扰,按照干扰能量的来源,可以分为有源干扰和无源干扰。
3、应用角度:多领域市场空间规模超百亿
军事信息系统是综合了指挥、控制、通信、侦察、监视、情报、后勤、保障等 众多系统的大型的复杂人机系统。在《军事信息系统分析与设计》书中指出,军事 信息系统的概念有多种认识,但学术上对于军事信息系统的内涵认识基本一致,主 要包含三方面:第一,能够涵盖军事信息的整个流程;第二,是包含相对独立的综 合电子信息系统和嵌入式信息系统;第三,人机结合的系统。综合来看,军事信息 系统主要包含指挥信息系统、作战信息系统和日常业务信息系统。
3.1、军费稳定增长,政策催动国防信息建设
我们认为有三点原因支撑国防化行业发展:军费是军工行业发展源头,2022年增速虽有所提升,但我国国防预算支出 占比 GDP 相较其他国家仍较小,未来有持续提升的空间。
中国国防费按用途划分,主要由人员生活费、训练维持费和装备费构成。人员生 活费用于军官、文职干部、士兵和聘用的非现役人员,以及军队供养的离退休干部工 资、津贴、伙食、被装、保险、福利、抚恤等。训练维持费用于部队训练、院校教育、工程设施建设维护以及其他日常消耗性支出。装备费用于武器装备的研究、试验、采 购、维修、运输、储存等。国防费的保障范围包括现役部队、预备役部队、民兵等。
现代战争对信息化的要求日益提高,国防信息化建设水平已成为衡量一个国家 综合战力水平的重要指标之一。根据中国产业信息网数据,美国陆军的信息化装备 程度已达到 50%以上,美国海军、空军的信息化装备程度已达到 70%以上,已初步 建成了符合现代战争、战术要求的信息化国防体系。在此环境下,我国正加快推进 国防信息化进程,近年来国家高度重视军工信息化建设,不断出台政策推动行业发 展。2016 年《军队建设发展“十三五”规划纲要》提出,到 2020 年要构建能够打 赢信息化战争的现代军事力量体系;2021 年“十四五”规划指出,要加快机械化信 息化智能化融合发展,全面加强练兵备战,提高捍卫国家主权、安全、发展利益的 战略能力,确保 2027 年实现建军百年奋斗目标。
2022 年 10 月,《高举中国特色社会主义伟大旗帜 为全面建设社会主义现代化 国家而团结奋斗》报告中指出,“如期实现建军一百年奋斗目标,加快把人民军队 建成世界一流军队,是全面建设社会主义现代化国家的战略要求。必须贯彻新时代 党的强军思想,贯彻新时代军事战略方针,坚持党对人民军队的绝对领导,坚持政 治建军、改革强军、科技强军、人才强军、依法治军,坚持边斗争、边备战、边建 设,坚持机械化信息化智能化融合发展,加快军事理论现代化、军队组织形态现代 化、军事人员现代化、武器装备现代化,提高捍卫国家主权、安全、发展利益战略 能力,有效履行新时代人民军队使命任务。”
国防信息化行业是推动国防现代化全方位转型升级,实现国防军事从传统人力 规模型向质量效能型和科技密集型转变的主要推动力量。近年来,国家先后颁布一 系列鼓励性政策,支持优势民营企业进入国防信息化相关产业链条,在资质许可范 围内提供信息化软件、硬件或配套服务。政策的出台,一方面再次强调了国防信息 化建设的重要程度,另一方面也为民营企业进入国防信息化市场提供了历史性机遇, 为国防信息化行业的发展营造了优良的政策环境。
3.2、卫星:持续关注卫星互联网及导航发展
卫星产业是国家战略性高技术产业。应用卫星研制生产已形成系列化,正在从试验应用型向业务服务型转变,卫星应用已成为经济建设、社会发展和政府决策的 重要支撑。卫星及其应用产业链总体分为四个环节:1)电器元件材料等卫星火箭配 套厂商;2)卫星研制商、发射服务提供商以及地面设备制造商;3)卫星运营商与卫星 应用服务提供商;4)终端用户(政府、企事业单位、个人)。按照用途不同,卫星可分为科学研究、技术试验和应用卫星,其中应用卫星包 括通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星等。按照轨道类型分为低轨道卫星 (LEO)、中轨道卫星(MEO)、地球同步轨道卫星(GEO)、大椭圆轨道卫星;目前我 国大部分卫星基于低轨道和同步轨道。
卫星产业链分为卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务四个部分。其中,卫星制造分为卫星平台和卫星载荷;卫星发射包括火箭制造和发射服务;地 面设备包括固定地面站、移动站和用户终端;卫星运营及服务包含卫星移动通信服 务、宽带广播服务和卫星固定服务。全球市场来看,根据智研咨询数据,2021 年全球发射卫星数量为 1336 颗,同 比增长 4.3%;星链数量为 783 颗,同比下降 6%。从 2021 年 1-9 月全球在轨卫星按 用途分布来看,通信卫星数目最多,占比为 63%。根据客户来看,商用卫星数量最 多,占比 71%。根据 UCS 数据,2021 年全球在轨卫星数量 4852 颗,其中,中国在轨卫星数量 为 499 个,占所有在轨卫星比重的 10.28%,为世界第二大在轨有效卫星的拥有国;而美国在轨卫星数量为 2944 个,是中国的 5.9 倍。未来中国航天产业仍存在较大的 提升空间。
2013-2021 年,全球卫星产业收入保持逐年增长。从增长速率上来看,2013- 2015 年,全球卫星产业收入增速快速下降,到 2015-2018 年,收入增速趋于稳定, 保持在 3%左右。2019-2021 年增速受多方面影响有所停滞,2021 年卫星产业占全球 航天业务的 72%,收入为 2790 亿美元,比 2021 年增长 3%。
全球市场来看,根据智研咨询数据,2021 年 9 月底中国共计发射 42 颗遥感卫 星,但通信卫星只有 7 颗,导航卫星更是没有。从中国目前在轨卫星分布来看, 2021 年 1-9 月中国遥感卫星数目最多占比为 53%。通信和导航卫星分别只占有 13% 和10%。根据客户来看,我国较多由政府和军方主导。政府卫星占比最高,为38%;其次为军用卫星,占比29%。此外近年来随着商业卫星的发展,其占比也达到了28%。市场近年来虽然增速有所放缓,但中国卫星应用行业市场规模保持稳步提升的 趋势。2021 年中国遥感卫星市场规模约为 88.3 亿元,同比增长 7.9%;卫星通信市 场规模约为 792 亿元,同比增长 9.6%;卫星应用市场规模为 4422 亿元,同比增长 10.6%。
3.3、雷达:重点关注相控阵雷达及相关组件
军用雷达是利用电磁波探测目标的军用电子装备,雷达发射的电磁波照射目标并接收其回波,由此来发现目标并测定位置、运动方向和速度及其它特性,并且能适应战场上恶劣的环境、能全天候使用等特点。雷达系统主要由天线、发射机、接收机、信号处理机、数据处理机和显示器等若干分系统构成,因此可分为上游原材料/元器件,中游分系统,下游整机厂。
有源相控阵雷达凭借其独特的优势,已广泛应用于飞机、舰船、卫星等装备上,成为目前雷达技术发展的主流趋势。根据铖昌科技招股说明书,现代战争要求雷达 技术具备抗侦查、抗干扰、抗隐身的能力,为了满足这些新要求,雷达技术在探测 器的构型、观测视角覆盖和信号空间维度三个技术方向发展,形成三种主流技术体 制:相控阵、合成孔径和脉冲多普勒。
相控阵雷达是指通过计算机控制各辐射单元 的相位,改变波束的指向进行扫描的雷达,具有快速而精确的波束切换及指向能力, 使雷达能够在极短时间内完成全空域扫描。相控阵雷达的每个辐射天线单元都配装 有一个发射/接收组件,每一个组件包含独立的功率放大器芯片、低噪声放大器芯 片、幅相控制芯片等,使其都能自己产生、接收电磁波,得到精确可预测的辐射方 向图和波束指向,在频宽、信号处理和冗余设计上都比传统无源及机械扫描雷达具 有较大的优势,因此在探测、遥感、通信、导航、电子对抗等领域获得广泛应用。
当前,国外机载火控雷达主要由美国、俄罗斯和欧洲形成三足鼎立的格局, 但是各自又形成了自己的发展特色。根据预测国际报告,雷达产品的产值及其在市 场份额中所占比例排名前 5 位的公司依次是:雷神公司、诺斯罗普·格鲁曼公司、 MEADS 国际公司、罗克韦尔·柯林斯公司和洛克希德·马丁公司。5 家公司合计市 场规模约为 237 亿美元,约占市场总额的 46.5%。
在有源相控阵天线的成本中,T/R 组件的成本占有重要比重,有源相控阵天线 的材料成本,射频芯片占有重要比重。所谓有源相控阵天线,就是在每个天线单元 通道中设置固态发射/接收组件,其典型的特征就是在每个天线单元发射通道中集 成了功率放大器和在每个天线单元接收通道中集成了低噪声放大器。典型的有源相 控阵天线主要包括天线阵面、T/R 组件、馈电网络、波控器、电源(含信号调制器)、 以及结构件(含散热装置)等。天线阵面主要包括辐射单元、金属基板、射频接插件 等。T/R 组件包括 T/R 腔体、PCB 板或 LTCC 板、软基片、功率放大器、低噪声放大 器、移相器、串并转换、滤波器,温度补偿、射频接插件、以及低频接插件等。对 于成本组成而言,不同体制、不同规模、不同频率、不同输出功率的有源相控阵天 线的成本组成是有变化的。
市场空间方面,由于有源相控阵火控雷达信号的发射和接收是由上千个 T/R 组 件完成,相互之间存在冗余,因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明, 有源相控阵天线中有 10%的单元失效时,对雷达总体性能无显著影响,不需维修。30%的辐射器失效时,系统增益降低 3dB,但系统仍可维持基本工作性能。一般情 况下,有源相控阵体制雷达的任务可靠性(MTBF 指标达 500h)是无源相控阵和机械 扫描体制雷达可靠性(MTBF 指标一般为 200h)的 2~3 倍。
3.4、光纤线缆:军事有线通信重要组成部分
军用线缆主要是通过绝缘、辐照、成缆等工艺来制作完成,涉及的工艺门类非 常广泛,包括有色金属的熔炼和压力加工,塑料、橡胶、油漆等化工技术,纤维材 料的绕包、编织等纺织技术,金属材料的绕包及金属带材的纵包、焊接等金属成形 加工工艺等。
从光纤光缆产业链情况来看,光纤光缆产业链的主要环节为光纤预制棒—光纤 —光缆,其中光棒被业界誉为光纤产业“皇冠上的明珠”,是整个产业链中利润最 高的部分,毛利率约 50%,同时生产过程技术难度高,工艺复杂。光纤光缆下游应 用较广主要包括 5G 领域(运营商集采)、数通领域、海洋海缆、军事通信领域,以 及电力等其他领域。
市场规模方面,国际市场研究机构 Markets and Markets 发布的研究报告称, 2021 年全球军用和航天光缆市场规模预计将达到 12 亿美元,到 2026 年这一数据将 增至 15 亿美元,期间年复合增长率为 5.1%。从我国光纤光缆行业产量来看,我国 光缆产量整体调节弹性较大。2021 年我国光纤光缆产量受疫情影响,2022 年行业 产量回升,2022 年上半年,国内光缆产量累计值达到 1.65 亿芯千米,光缆产量累 计增长 9.7%。新思界产业研究员认为,当前,我国军队正处于加紧完成信息化建设 的历史任务阶段,我国对军事通信领域强有力的支持性产业政策,将为行业的未来 发展提供有力保障,预计 2023 年军用光缆的市场规模将达到 5.46 亿元。
3.5、军工通信:军事C4ISR系统的神经中枢
宽带移动通信行业主要可划分为公网和专网两大领域。在我国,公网领域的系 统运营商主要是中国移动、中国电信、中国联通,设备供应商主要是华为、中兴为 首的一系列供应商。而在专网领域,各个行业的用户通常直接向设备供应商采购。
军工通信系统在构成上与其他民用通信系统大致相同,分为终端设备、传输设 备、交换设备和通信协议四个组成部分。其中,终端设备主要负责在通信两端将信 息和信号相互转化。传输设备主要负责传输信号,连接各个网络节点,包括各种媒 体和设备。交换设备主要负责节点链路,包括其汇集、转接接续和分配等功能。通 信协议是指一种规则,制定了与网络信息交换相关的标准、规定。按通信业务划分,军工通信系统可分为话音通信系统、数据通信系统、图像通 信系统等。按传输媒介划分,军工通信可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。其中,有线通信是以传输线缆作为传输媒介,包括电缆通信、光纤通信等;无线通 信是无线电波在自由空间传播信息,包括微波通信、卫星通信等。按应用范围划分, 军工通信可分为战略通信、战役通信和战术通信。
军工通信系统是军事 C4ISR 系统的神经中枢,分布于整个 C4ISR 系统中,承担 着命令交接、信息传输的功能,是军事系统保持有效运作的基础支撑。C4ISR(军 事指挥控制通信专网)系统是国防信息化的应用载体。C4ISR 系统是指从基础的指 挥与控制(Command & Control)出发,囊括通信(Communicaitons)、计算机 ( Computers )、 情 报 ( Intelligence )、 监 视 ( Surveillance )、 侦 查 ( Reconnaissance)等要素的全维度军事信息系统框架。C4ISR 系统不仅是对军事信息管理的理论概括,也对应着现实的软硬件解决方案。C4ISR 系统能及时准确获 取战场信息, 分析处理后将指令经由可靠安全的军工通信网络传达到具体作战单 元,从而形成完整的信息闭环。
伴随现代战争的不断演化,在复杂地形、恶劣环境 以及广阔区域内保持通信的有效性愈发重要,军工通信系统的建设升级将贯穿现代 国防体系始终。美军自上世纪 90 年代开始实施 C4ISR建设,目前美国已建成全球最 先进的 C4ISR,能满足美国军方各种通信的需求。美国陆军信息化装备已占 50%, 海军、空军信息化装备占 70%;2020 年前后美国主战武器装备将实现完全信息化。由于技术进步和正在转型的军事条令的驱动,欧洲军事通信工业得以迅猛发展,包 括软件无线电台、数据链、班级电台、用于近距离致远的空-地链路和卫星通信等 领域。近年来,俄、日、印等周边国家以及欧洲各国在网络中心战思想的指导下, 充分利用先进信息技术推动军事电子信息装备的发展。
根据中金企信研究数据,2020 年全球 C4ISR 系统市场规模估计为 1,019 亿美元, 预计到 2027 年将达到 1,185 亿美元,年均复合增长率为 2.20%。其中 2020 年,美 国 C4ISR 系统市场规模估计为 276 亿美元,中国 C4ISR 系统市场规模估计为 174 亿 美元。预计到 2027 年,中国 C4ISR 系统市场规模将达到 231 亿美元,年均复合增长 率为 4.10%。
市场规模方面,据 Leadleo Research 数据,2020 年我国公共安全领域市场规 模或将实现 70.6 亿元,占总市场规模比重达 57%;其次为公共事业领域,包括了交 通运输、能源、水利、林业等,市场规模 37.9 亿元,占总市场规模比重达 31%;工 商业主要包括了物业、服务业、建筑、物流、制造业等,市场规模 14.9 亿元,占 总市场规模比重达 12%。受益于国家对政府与公共安全的重视,以及我国经济快速发展带来的大型活动增加,我国专网通信市场近年来一直保持较快增长。2016 年我 国专网通信市场规模达到 162 亿元,到 2020 年市场规模增长至 344 亿元,增长率为 13.9%。前瞻估计 2021 年我国专网通信行业市场规模保持稳定增长态势,2021 年市 场规模约为 387 亿元。
受益于国家对政府与公共安全的重视,以及我国经济快速发展带来的大型活动 增加,我国专网通信市场近年来一直保持较快增长,2016 年我国专网通信市场规模 达到 162 亿元,到 2020 年市场规模增长至 344 亿元,增长率为 13.9%。社会经济发 展带动专网通信需求的扩大和升级。未来几年我国基础设施建设仍将处于大规模建 设、升级期,这将带动配套的专业无线通信设备需求快速增长。专业无线通信产品 是各国公共安全部门实现有效指挥调度的必备装备,交通运输、能源、林业、水利 等公用事业部门为了提高生产运营效率和保障生产安全,也普遍有配套专业无线通 信设备的需求。前瞻估计未来五年我国专网通信行业的市场规模将保持增长,到 2026 年市场规模将达到 667 亿元。
3.6、军工电子:国防信息化建设的基础支撑
电子元器件制造业是整个电子信息产业的基础支撑,我国电子元器件行业总产 值约占电子信息产业的五分之一,已成为支撑我国电子信息产业发展的重要基础。军工电子元器件大致划分为两个大类:一类为无源器件,另一类为有源器件。无源 器件主要包括阻容感(重点产品如 MLCC、钽电容)、连接器、继电器、被动射频元 件等。有源器件主要包括模拟电路、数字电路和分立器件,其中,集成电路主要包 括存储芯片、GPU、DSP、IGBT、FPGA、ASIC、SOC、SIP、MEMS(重点产品如红外 MEMS 芯片、振动/温度/压力 MEMS 芯片等)、微波毫米波射频芯片、T/R 组件、基带 芯片等。
军工电子是国防科技工业的重要基石,是一个相对独立的产业集群,电子信息 技术、部组件及装备同时也服务于航空、航天、兵器和船舶等其他产业集群,为主 战装备飞机、卫星、舰船和车辆由机械化向信息化转变提供技术支持和武器装备的 配套性支持,是我国军队实现“信息系统一体化、武器装备信息化、信息装备武器 化、信息基础设施现代化”的重要基础。
当前,以信息化为核心的现代战争对于电子设备的需求逐年增加。选用高可靠 性的元器件是实现武器装备信息化的必要条件,所以电子元器件选型的重要性就日 益凸显出来。以航空装备为例,在机载航电设备中,应用的元器件数量和种类众多, 因此保证机载航电设备的任务可靠性,就必须先保证电子元器件的固有和应用可靠 性,而有效的选取电子元器件,可以提升武器装备的可靠性水平。据国内外相关数 据分析,近 50%的电子元器件失效并非源于固有可靠性不高,而是元器件选型不当 造成,故保证军用电子产品的可靠性应严格把控元器件的选型。根据国内不完全统 计,直升机外场保障中有近 30%的故障是由电子元器件故障引起的,其中 40%是由 电子元器件选用不合理造成的,电子元器件故障给直升机使用造成了严重影响。
军用电子元器件的科研生产水平是国家军事基础工业综合实力的体现,军用电 子元器件的质量与可靠性水平是反映新一代武器装备技术性能的重要标志。军用电 子元器件标准及标准体系是科学指导和规范军用电子元器件科研、生产使用各个环 节质量和可靠性工作的重要技术基础。研制方面,军用电子元器件研制项目的整个研发周期约为 2.5 年,其中设计周 期约为 9~15 个月,评价周期约为 8 个月。使用方面,元器件使用全过程包括选择、采购、监制、验收、筛选(拷机)、破 坏性物理分析(DPA)、保管、使用、电气装配 、通电调试、静电防护和失效分析等。
在整个研制及使用过程中,考虑到电子元器件数量繁多,总结来看,主要从标 准设立、质量控制两大角度全面保障电子元器件可靠性,因而上游厂商需要付出极 大的时间成本及技术成本来全面参与,一旦形成稳定的供货关系,新厂商难以撼动 其地位。
军用电子元器件国军标体系通过近 40 年的建设,已成为军用电子元器件质量 控制与可靠性保障的主体平台,形成了覆盖元器件各个专业门类的标准体系,有力 支撑了军用电子元器件科研生产和整机装备配套建设。目前现行有效的电子元器件 国家军用标准有近千项,包括管理标准、通用基础标准、产品标准和应用标准等。每年支撑装发及海陆空等各军兵种各类元器件产品 研制任务数千项,覆盖新品、型谱、贯标、核高基、质量增长等所有元器件产品研 制任务和专项工程,贯穿协议约定、鉴定依据和验收评价等各环节,“提必及可靠 性、言必谈标准”是军用电子元器件领域的各类节点检查、审查验收的基本要求, 军用电子元器件标准体系不断完善,已成为军用电子元器件质量控制与可靠性保障 的主体平台,有力支撑了军用电子元器件科研生产和整机装备配套建设。
选型方面,为保证军用电子产品设计师对元器件正确选型,首先应参照《电子 元器件质量保证大纲》和“型号元器件质量保证大纲”的要求,针对军用装备的任 务需求、技术指标和环境适应性要求等,拟定相应的元器件选型依据,从而在型号 研制阶段依。据大纲开展元器件选型评审及指导设计实践中的选型工作。元器件选型的原则,应面向型号产品的使用要求,选用功能、性能、质量等级 和技术指标均适应的元器件,而非一味追求高性能、高品质和高质量等级的元器件;应尽量优选型号总体单位指定的元器件优选目录中的国产元器件,避免因外部因素 造成装备自主保障不利,也要避免使用最新研制成功,但未经技术鉴定合格的元器 件;应优选正规供应渠道的标准元器件,即高可靠性、质量稳定和非淘汰的元器件。
筛选方面,元器件筛选试验是指通过特定的试验剔除生产不合格或存在缺陷的 早期失效电子产品而进行的试验,以保证元器件的可靠性。元器件筛选包括一次筛 选、二次筛选和升级筛选。一次筛选是指生产单位在交付前,按元器件的产品详规进行初次筛选。二次筛 选是指主机研制单位在元器件装配前为满足可靠性的要求,在一次筛选的基础上进 行的复检及验证。在美国等西方国家没有二次筛选要求,元器件采购后就可以在型 号上应用。
在我国军工产品使用的元器件均要求进行二次筛选,原因在于我国元器件的生 产与研制水平尚处于初级阶段,和国外的同类型产品还存在一定的差距,一次筛选 的试验设计不能完全覆盖型号研制的环境应力需求。二次筛选的通用要求参照 GJB 7243-2011《军用电子元器件筛选技术要求》或主机研制单位按其设计需求在国家 军用标准规范上进行裁剪。
DPA 试验方面,DPA 是通过对电子元器件进行合理抽样,对样品实施非破坏性 和破坏性检验及分析后,判断该批次的电子产品是否满足用户的质量和设计需求, 使用户在设计使用前全面掌握元器件的质量状态,确保装机的元器件有较高的可靠 性。DPA 起源于二战后的美国,主要通过对元器件样品进行解剖,来验证元器件的 设计、结构、材料和制造质量能否符合现有标准规定。国家军用标准规范包括:GJB 4027A-2006《军用电子元器件破坏性物理分析方法》、GJB 128A-1997《半导体 分立器件试验方法》、GJB 360A-1996《电子及电气元件试验方法》和 GJB 548A1996《微电子器件试验方法和程序》。
可靠性检测服务是军用电子元器件产业链中的重要环节,独立的检测机构主要 是承接二筛业务,电子元器件制造厂商根据自身经营需要也会将部分内部测试业务 对外委托检测。军用电子元器件已成为发展现代电子信息化武器装备的必备元件。随着现代科学技术的高速发展,全球正经历机械化战争形态向信息化军事形态的转 变,而这场变革的核心和本质就是信息化。实现武器装备信息化的必要条件是拥有 高水平、高可靠性的军用电子元器件。随着各个国家经费投入、装备平台建设及编 制改革的推进,未来军工电子信息化投入规模将持续增加。根据观研天下数据, 2021 年全球军用电子元器件可靠性检测服务行业市场规模已达到 689.45 亿美元左 右, 2021 年我国军用电子元器件可靠性检测市场规模增长至 646.7 亿元。
近年来,我国也出台了《认证认可检验检测信息化“十三五”建设任务与行动 计划》等政策和指导意见,为检验检测行业创新服务模式、增强服务能力提供了必 要的政策支持。根据观研天下数据,目前,我国军工检测行业正处于快速发展阶段, 呈现机构众多、单个机构规模较小的竞争格局。未来,随着更多中小机构入局,军 用电子元器件可靠性检测服务行业检验检测机构数量将持续增加,预计在 2029 年 增长至 7.86 万家。此外,我国军用电子元器件可靠性检测服务行业市场规模或将 持续扩大,我国军用电子元器件可靠性检测服务行业市场规模在 2029 年预计达到 923.90 亿元。
3.7、无人机:信息化在武器装备的综合体现
无人机是不携载操作人员、由动力驱动、可重复使用、利用空气动力承载飞行、 可携带有效载荷、在远程控制或自主规划的情况下完成指定任务的航空器。根据北 京航空航天大学出版社出版的《无人机系统概论》,典型的无人机系统由飞行平台、 动力装置、航电系统、任务载荷系统、地面系统、综合保障系统等组成。
随着无人机技术的飞速发展,无人机系统形成了种类繁多、用途广泛、特点鲜 明的分类特征,致使其在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度、性能和 特征以及任务等多方面都有较大差异。通常,无人机可按用途、飞行平台构造、大 小、飞行性能、续航时间等方法进行分类。
无人机的发展最早可以追溯到 1917 年,当时英国皇家航空研究院将空气动力 学、轻型发动机和无线电三者结合起来,研制出世界上第一架无人驾驶飞机。此后, 全球军用无人机的发展大致经历了以下几个阶段:20 世纪 20-60 年代,无人机主要 作为靶机使用,是无人机发展的起步阶段;20 世纪 60-80 年代,无人侦察机及电子 类无人机在战场上崭露头角,无人机开始进入实用阶段;从 20 世纪 90 年代起,无 人机在现代高技术局部战争中得到了全面应用,无人机正处于迅猛崛起和蓬勃发展 阶段。
我国军用无人机起步于 1964 年,1980 年代开始批量使用无人机,最初主要作 为防空系统的靶机和干扰诱饵等。到 2000 年后,我国相关科研院所、高等院校积 极合作,开发出了多型的无人机设备,除了 2002 年在珠海航展上亮相的 WZ-2000 型 无人侦察机引起世界轰动外,近几年也开发出了中国版的“捕食者”——“彩虹-4 号”、 “彩虹-5 号”无人机和“翼龙型”无人机,还有酷似全球鹰的“翔龙型”无, 而“利剑”隐身无人攻击机在 2019 年国庆阅兵时正式亮相,并更名为“攻击 11”。
我国研制无人机已有五十多年的历史,国内无人机的研究发展在总体设计、飞 行控制、组合导航、中继数据链路系统、传感器技术、图像传输、信息对抗与反对 抗、发射回收、生产制造和部队使用等诸多技术领域积累了一定的经验,具备一定 的技术基础。但在军用无人机领域,我军无人机装备同发达国家相比仍有一定差距,还不能 完全适应高技术战争的要求。国内己有的无人机任务系统载重都不大,尚难满足电 子对抗、预警、侦察等大型任务系统的要求,平台技术难以满足无人作战飞机的高 隐身、高机动能力的要求,在气动力、发动机、轻质结构和高精度导航等方面基础 技术薄弱。
无人机产业链上游为无人机设计研发及关键原材料的生产,其中关键原材料有 金属材料和复合材料两大类,包括钛合金、铝合金、陶瓷基等特殊材料。中游无人 机整机制造包括飞行系统、地面系统、任务载荷系统三个方面,是无人机制造的核心部分。飞行系统包含动力系统、导航系统、飞控系统、通信系统和机体制造等, 是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统。无人机产业链下游是无人机的应用场景,无人机可应用于军用侦察、军用攻击、航 空拍摄、灯光表演、农林植保、灾难救援、物流运输、电力巡检等领域。
无人机作为新时代极具代表性的科技产品,市场价值及其应用前景是有目共睹 的。随着无人机工业应用及个人消费领域的不断渗透,近年来全球民用无人机市场 飞速发展,2021 年全球民用无人机市场规模达 1605.48 亿元,较 2020 年增加了 612.08 亿元,同比增长 61.61%。而随着下游应用领域的不断扩大,未来将继续保持增长,预计 2024 年全球民用无人机市场规模将达到 4157.27 亿元。
近年来我国民用无人机市场蓬勃发展,2021 年中国民用无人机市场规模达 869.12 亿元,较 2020 年增加了 270.08 亿元,同比增长 45.09%,中国民用无人机的市场发展潜力巨大,预计 2024 年中国民用无人机市场规模将达到 2075.58 亿元。其 中,工业级无人机市场规模占民用无人机市场总规模的比例逐年攀升,2021 年中国 工业级无人机市场规模占民用无人机市场总规模的 55.01%,较 2015 年的 19.31%增 长了 35.70%。预计 2024 年中国工业级无人机市场规模占民用无人机市场总规模的 比例将达到 72.65%,而消费级无人机市场规模占民用无人机市场总规模的比例刚好 相反,2021 年中国消费级无人机市场规模占民用无人机市场总规模的 44.99%,较 2015 年的 80.69%减少了 35.70%,预计 2024 年中国消费级无人机市场规模占民用无 人机市场总规模的比例约为 27.35%。
3.8、仿真训练:现代化战争的超前智能较量
军事仿真技术的工具是计算机和专用物理设备,其基础是计算技术、军事运筹 方法、相似原理和控制论,它是一种在军事作战及保障领域,对实际的或者设想的 系统利用系统模型进行试验研究的综合技术。根据《军事仿真技术的价值分析及发 展展望》一文,在军事装备领域,军事仿真技术已经成为武器装备研制与试验中的 先导技术、校验技术和分析技术。1930 年左右美国陆、海军航空队就使用了林克式 仪表飞行模拟训练器,当时其经济效益相当于每年节约 1.3 亿美元,而且少牺牲 524 名飞行员。在 20 世纪 80 年代对于导弹研制,由于采用仿真就有了减少飞行试 验数量 30%~40%、节约研制经费 10%~40%和缩短周期 30%~40%的效果,极大地减 少了装备研发成本。
美国国防部高度重视仿真技术的发展,美国一直将建模与仿真列为重要的国防 关键技术。1992 年公布了“国防建模与仿真倡议”,并成立了国防建模与仿真办公 室,负责倡议的实施:1992 年 7 月美国防部公布了“国防科学技术战略”,“综合仿 真环境”被列为保持美国军事优势的七大推动技术之一;1995 年 10 月,美国防部 公布了“建模与仿真主计划”,提出了美国防部建模与仿真的六个主目标;
1997 年 度的“美国国防技术领域计划”,将“建模与仿真”列为有助于能极大提高军事能 力的四大支柱(战备、现代化、部队结构、持续能力)的一项重要技术,并计划从 1996 年至 2001 年投资 5.4 亿美元、年均投资 0.9 亿美元。同时美国国防科学局 (Defense Science Board)认为建立集成的综合仿真环境和仿真系统,必须解决 五个层次的使能技术,(enabling technologies)(即应能解决实现的技术):
基础技术:包括光纤通讯、集成电路、软件工具、人的行为模型、环境模型等;元、部件级技术:包括内存、显示、局域网、微处理器、数据库管理系 统,数/模/数转换器,建模与仿真构造工具,测试设备等;系统级技术:包括微机系统,人一机界面,远距离通讯/广域网、计算 机图象生成;应用级技术:包括制造过程仿真、工程设计建模与仿真,含人仿真系统, 随机作战仿真等;集成综合环境和建模与仿真工程:包括原型机、规划、设计与制造,训 练与备战,测试与评估。
同样,欧洲对于仿真的研究历来也十分重视。北大西洋公约组织(NATO)于 1992 年 9 月成立了 DIS 工作组。同年欧洲学术界的二百个成员成立了欧洲仿真特殊 兴趣组,并于次年组建了“仿真未来:新概念、工具和应用”基础研究工作组。制 定了仿真基础研究和开发为第一优先主题。尤其是并行和分布式仿真这样的基础技 术,围绕这个主题将就“仿真互操作性”展开行动计划。并对应于美国 DIS 工作 组成立一些对应的机构进行跟踪研究。
军用计算机仿真(软件)企业可以通过提供技术开发、销售软件产品、提供技 术服务等方式实现盈利。对于技术开发类合同,制造商可以利用自身核心技术,由 技术人员为客户提供定制化开发,收取技术开发费用;对于软件产品销售类合同, 制造商通过自主研发形成具有自主知识产权的软件产品,并销售给客户以获取产品 销售收入;对于技术服务类合同,行业可以根据客户需求提供软件技术方案及软件产品使用相关培训等服务以实现服务收入。2019 年我国军用计算机仿真(软件)行业市场规模 106.47 亿元,其中,军用 计算机仿真基础软件(工具平台)规模 18.16 亿元;军用仿真业务应用软件(软件 系统)规模 44.96 亿元;军用软件技术开发及服务规模 43.35 亿元。
3.9、网络安全:制网权将成为战争关键制权
随着信息技术的快速发展和信息化应用的不断深入,信息技术、产品及网络已 经融入社会经济生活的方方面面,但同时信息安全问题也越来越突出。信息安全是 指信息系统的硬件、软件及系统中的数据受到保护,不会由于偶然的或者恶意的原 因而遭到未经授权的访问、泄露、破坏、修改、审阅、检查、记录或销毁,确保信 息系统连续可靠地运行,保证信息服务不中断。信息安全行业主要为各类用户通过 公共和专用网络传递、存储、处理各种语音、传真、数据、视讯等信息时的信息安 全提供服务,即确保通信系统和信息网络中各类信息的保密性、完整性、真实性和 可靠性。
网络安全产业链涉及范围广泛,主要包括上游基层技术、中游网络安全产品和 服务、下游多领域应用。上游基层技术包括工控机、服务器、集成电路等,中游网络安全产品与服务主要分为硬件产品、软件产品与安全服务。下游应用领域广泛, 通信、金融、医疗等是网络安全治理的几大关键领域。
随着军队的组织架构日趋完善,各种类型的安全设备、安全数据越来越多,传 统的分析能力明显不足。为应对以高级持续威胁(APT)为代表的新型安全威胁, 安全防护系统需要储存和分析更多的安全信息并且更加快速地做出判定和响应。参照美国,步入信息时代以来,美国历任总统都在网络安全领域进行了一系列 的部署。自里根和老布什政府开始,美国相关部门开始认识到美国在网络领域可能 面临的风险以及加强网络安全防御的重要性。
克林顿政府明确了网络安全在国家安 全战略中的地位和意义,对信息基础设施保护等问题做出了具体要求,实行“防御 为主”的国家网络安全政策。9·11 事件之后,小布什政府将网络空间安全战略上 升为国家安全战略,建立了网络安全框架,在更全面地开展网络防御工作的同时, 开始部署网络空间攻击性行动,其网络安全政策呈现出攻防结合的特点。奥巴马政 府更是建立了涵盖立法、机构设置、技术发展及国际合作等各方面的较为完善的国 家网络空间战略体系。特朗普政府在网络安全方面秉持了“以实力求和平”的原则, 以提高网络攻击能力、加强对潜在对手的威慑来维持美国的全球领导地位。
“分层威慑”是美国网络威慑理论与政策发展的新动向。“分层威慑”主张整 合所有威慑手段和工具,将政府、国内私人行为体以及国际盟友均纳入网络威慑体 系,形成各层级综合应对网络威胁的网络,从而塑造和影响对手决策。“分层威慑” 与以往网络威慑的不同之处在于,它更强调预先发现、跟踪和打击对手,将防线推 进到攻击源头,从而在敌人面前获得主动权;同时注重联合盟友和伙伴,在共同利 益和价值观的基础上创建和执行网络规则,并利用外交、军事、经济等所有国家工 具迫使对手重新评估攻击的利弊,从而实现由威慑性的“劝阻”。“分层威慑”的提 出显示出美国网络空间政策较以往更加强硬,网络空间“军事化”趋势更加明显。
其中,国防部在2020年获得96亿美元的网络安全预算,占其部门总预算的 1.34%, 经费和占比都达到近年来最高水平。其在安全防御、攻击和研发三个方面投入分别 为 54 亿美元、37 亿美元和 5 亿美元,占比分别为 56.3%、38.5%和 5.2%,在强化防 御的同时突出攻击能力建设。
根据 iiMedia Research(艾媒咨询)数据显示,中国网络信息安全市场规模自 2017 年以来保持高速增长态势,平均增幅达到 22.5%。2021 年,中国网络信息安全 市场规模有望达到 926.8 亿元。艾媒咨询分析师认为,在系列政策的刺激与技术不 断进步的影响下,未来中国网络信息安全市场规模增幅将进一步扩大,预计2023年 市场规模将突破 1400 亿元。国外咨询机构 Mordor Intelligence 发布《防务网络安 全市场:发展,趋势,新冠疫情冲击和展望(2021-2026)》,该报告在对全球防务 网络安全市场进行综合概述的基础上,提出军队、政府部门以及防务企业均对网络 安全有巨大需求,未来防务网络安全市场前景广阔,预计 2026 年全球防务网络安 全市场可望达到 285.3 亿美元,2021-2026 年间的年均复合增长率(CAGR)约为 10.51%。
从技术角度来看,信息安全是对信息与信息系统固有属性的攻击与保护的过程。它围绕着信息系统、信息自身及信息利用的保密性、真实性、完整性、可靠性、可 用性、不可否认性、可控性这七个核心安全属性,具体反映在物理安全、运行安全、 数据安全、内容安全、信息内容对抗等五个层面上。全球竞争格局上看,2010-2021 年 8 月,全球网络安全专利申请人 CR10 呈现波 动下降态势,由 2010 年的 15.16%下降至 2021 年 8 月的 7.88%。整体来看,全球网 络安全专利申请人集中度不高,且集中度呈现下降趋势。从专利角度来看,2010- 2017 年,美国网络安全专利申请数量遥遥领先,但在 2018 年被中国反超。2018 年, 中国网络安全专利申请量为 6647 项,美国为 6096 项。2020 年,中国网络安全专利 申请量为 10101 项,美国下降至 4877 项,两国差距逐渐拉开。
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