探尋碟中諜的機密
「完成看似不可能的任務」，是碟中諜系列電影的一貫套路。
碟中諜4中有個情節，反派控制了俄羅斯的核導彈發射裝置，強行向美國發出了導彈，主角阿湯哥在最後一秒按下按鈕在空中關閉了核彈引爆程序。
今天我們不聊電影，而是聊聊「完成看似不可能的任務」是如何被完成，並成為一門生意的。
試想剛才那個情節，核彈上天后，政府直接影響衛星導航系統，讓核彈墜入太平洋，那多省事？
醒醒，你個杠精，導彈發射後，是不能通過影響導航系統來改變導彈軌跡的。
作為一種大殺器，導彈所用的導航系統不能受外界影響，導彈使用的是不同於衛星導航的慣性導航。
與我們熟知的衛星導航原理很不一樣，慣性導航更像是一台暴力計算機，這個系統由四組或更多的感測器加上中央處理器組成：
陀螺儀感測器測量各個方向的角速度旋轉，告訴處理器轉向的幅度。
加速度計感測器測量加速度的方向和大小，通過兩次積分運算求解出位移。
磁力計測量磁場的強度與方向，通過地磁向量的誤差表徵量得到當前飛行的方向。
氣壓計則測量外界氣壓值，給出當前所在的高度。
多個感測器把採集的角度、位移、方向、高度匯總給中央處理器，不依賴外界信號運算出自己在坐標系中的位置和朝向，再調整姿態得以精確地飛向坐標系中的任意一點。
這就是精準打擊，高科技。
不需要依賴任何外界信號輸入，既是複雜戰場環境下的保底手段，也是一國軍工水平的重要體現，慣性導航的發展水平直接影響了導彈類武器裝備的威懾力。
技術太敏感，我國從事慣性導航技術研發及生產的都是國字頭，有航天科工33所，航天科技九院等軍工研究所。
上市公司層面，航天九院旗下的航天電子規模最大，是慣性導航的龍頭。
中航工業旗下的中航電子掌管了慣性導航國家隊航天618所。
今天的主角是是一名涉足慣性導航領域的新星，同屬中航集團旗下中航電測（300114）。
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根正苗紅的「中航系」確是實打實的產業集群，旗下有100餘家成員單位，上市公司就有近30家。
其中不僅有國產大飛機產業鏈的中航動控、中航飛機，也有從事汽車零部件的成飛集成，甚至有光電元器件、液晶領域的中航電子和深天馬。
橫跨多個實業領域，陣容豪華，實力非凡。
中航電測，是中航集團里生產航空、汽車感測器的專業戶，掌握核心技術，是世界上最大的車用感測器供貨商之一。
中航電測的傳統強勢業務是電阻式應變計，一直佔據公司營收的半數以上。
電阻應變計，簡單來說，就是個秤。
高速公路收費站前都有一個地磅，車輛的重量會直接顯示在收費屏幕上。
家用的體重秤大多也都是直接顯示數字的電子秤，這些稱量衡器的原理都是相通的，就是將物體重量造成的形變，轉化為電信號輸出。
小姐姐把床墊壓個坑，引發的「形狀變化」，就是形變 | 來源：網路
將形變轉化為電信號，關鍵就是應變計。
應變計上有兩個關鍵部件：敏感柵極、電阻。
安裝在受力位置的應變計，其基片上的敏感柵極易產生形變。形變後，電阻係數相應變動，即可由此推出應變計所受壓力的大小，繼而實現對物體的稱重。
簡單吧，市面上電子磅秤都是這樣的原理。
如果中航電測的應變計（片）只能用來造高速公路收費站的地磅，門檻並不高，更稱不上掌握了核心技術。
中航電測在應變計領域坐上頭把交椅，那是把「電子秤（指應變計）」玩出了新花樣。
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作為一家硬核技術公司，總得有幾樣拿得出手的專利。
比如下面這個：
就是通過把應變計和角度感測器結合，將稱重用的應變計沿車體結構設置在多個承重部位，再由尾部安裝的角度感測器獲取應力的方向，綜合兩者數據傳輸給處理器模塊，實時計算出車輛載荷的重量。
也就是說，只需經過簡單改裝，就可擺脫稱重必須過地磅的場合限制，有效提高車輛的稱重效率。
這類感測器的靈活應用，看似只是簡單的組合，但其實需要大量的技術積累。
目前大多數國產應變計價格只是進口應變計的1/10，如此LOW的價格，反映了質量上的雲泥之別。
應變計的原理雖然簡單，但如果只是像拼積木一般進行電路組合，那在使用過程中會遇到各種各樣的問題。
比如溫度的變化，這不僅會影響敏感柵的電阻值，還會影響被測物體的彈性模量，如果不對這些誤差做任何處理，稱量結果必將隨風飄逸，謬之千里。
我們把溫度改變而造成的敏感柵電阻值改變這一數量稱為熱輸出，可以理解為感測器在溫度變化情況下產生的誤差。
普通應變計熱輸出曲線如下，一般熱輸出在千位數量級。
普通應變計熱輸出曲線
中航電測的對策是：通過調整敏感柵材料的合金配比、改變冷紮成型壓縮率以及適當的熱處理，改變了敏感柵材料的晶體結構，使其對溫度變得不那麼敏感，大幅降低了熱輸出。
將熱輸出從千數量級降低到了百數量級，有效減少了應變計的溫度漂移，提高了測量精度。
溫度自補償應變計的典型熱輸出曲線
不過，與此同時，材料的彈性模量（受力時變形的程度）會隨著環境溫度的升高而下降。
簡而言之，就是溫度越高，被測材料在相同受力的條件下變形程度會更高，應變計監測到的形變也會偏大，也會帶來測量誤差。
典型的按下葫蘆浮起瓢。
要解決這個連環問題，中航電測的方案是讓敏感柵的靈敏度也隨著溫度升高而同步適當降低，使最終輸出不發生改變。
目前中航電測已研製出了綜合自補償應變計，使輸出結果的溫度漂移進入0.005%FS/℃的門檻。
作為對比，國際品牌中美國Omega的應變計輸出精度也在0.005%FS/℃。
2013~2017應變電測設備銷量和營收
已達到國際頂尖水平的產品，銷量也沒有讓人失望。
應變電測及其配套控制設備2017年共賣出了2800萬餘只，比2016年的1800萬隻增加了52%。
營收達5.67億元，占公司總營收的45%，應變電測業務依然是中航電測的基本盤。
銷量和營收的持續增長，固然有隨市場成長的原因。
但不能忽視，中航電測在這一業務上的技術優勢。
其生產的各類應變電測設備不僅測量精度高，而且可以在高溫、低溫、高壓等極端環境下工作。
使其成為國內企業中為數不多的可以向歐美市場供應中高端應變電測產品的廠商之一，攻佔了部分以往被外資廠商壟斷的高端市場。
2017年中國市場稱重儀器市場份額
2017年中國市場應變式感測器市場份額
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碼農圈子中有句戲言：「一個優秀的程序80%的代碼是用來防止bug。」
中航電測對技術的精益求精，把原理簡單的電阻應變計的誤差減小到極致，是它在該領域立於不敗之地的關鍵。
各類感測器上的積累的深厚功底，也讓中航電測有實力吃下感測器應用業務這塊肥肉。
2012年，中航電測收購了石家莊華燕70%的股權，並於近期完成全資控股。
華燕主營業務為汽車安全監測系統、駕照考試監測系統，這項業務作為公司向下游感測器集成應用延伸的嘗試，表現基本符合預期，每年為公司貢獻30%左右的營收。
但這項業務目前面臨著增速大幅下滑的問題，主要原因是駕考培訓市場趨於飽和。
中航電測雖也有轉型進軍電動車智能監測系統的打算，但在可預見的未來里，智能交通業務還沒有爆髮式成長的跡象。
到這為止，中航電測還只是一個優秀的應變式感測器廠商。
這和高大上的軍用慣性導航有什麼關係？
別急，我們繼續。
作為中航集團一員，中航電測一直在軍品領域有所建樹，主要生產駕駛艙的配電系統和重心測量系統。
配電系統和重心測量系統 | 來源：官網
機載配電系統主要配套運輸機及其平台、直升機，實現飛機供電的合理分配。
重心測量系統則適用於各種飛機在地面上的重心測量，還配備有軟體用於計算飛機的耗油重心曲線。
很明顯，兩者都有十分重要的軍事用途。
而軍品的邏輯和民品的邏輯大相徑庭，軍品雖然要求可靠耐用，但礙於量小，這讓中航電測在軍品業務上一直飽受難以放量之苦。
去年航天與軍工業務實現營收2.16億元，但軍品總銷量僅為3292套，其中配電系統更是只賣出了6套。
除了配電系統單套價值較高（軍用飛機成套配電系統價格在100萬~500萬之間）的客觀原因外，2017年軍改採購機制的改革也帶來了相關裝備訂單量的下滑。
電測旗下的專註軍品全資子公司武漢一零一，前幾年業績保持高速增長。
由於採購機制改革，軍方推遲了訂單交付時間，業績在17年有所下滑。
武漢一零一營收和凈利潤
現役的直升機還有大量的直8和直9，均是上世紀八十年代的引進技術，已很難滿足現代空軍需求。
武直-10是解放軍第一種專業武裝直升機和亞洲各國第一種自研專業武裝直升機 | 來源：網路
綜上，未來三年軍用直升機總需求缺口約為800架，直升機配電系統業務有望迎來放量。
今年上半年，電測的直升機桿力感測銷售額達到40%的增速，目前已知的直升機配電系統訂單量是20台+，是去年的三倍有餘，已經有了好轉的勢頭，明年預計將有30~40套訂單，放量勢頭明顯。
但值得注意的是，近兩年電測的軍用配電系統的毛利率下滑，且下滑幅度超過機載配電系統的龍頭中航機電。
中航機電是配電這一塊業務的王者，無論是市場份額還是毛利率都遠超中航電測，電測想在機載配電領域獲得規模化的增長並不容易。
直升機配電系統畢竟是耐用品，在部隊列裝完畢後，對應的配電系統需求還是會回落。
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一鎚子買賣不可取，細水長流才是真。
軍品最肥的肉，還是要看消耗品：彈藥。
導彈上的慣性導航組件是典型的易耗品，會隨著擊中目標而銷毀。
在當前重實戰訓練的背景下，炮彈上安裝的MEMS慣導組件將大量消耗，未來需求量將會非常巨大。
中航電測的MEMS慣導項目（慣性導航項目微慣性導航系統），啟動於2015年，也是由公司旗下的漢中一零一負責。
2016年，漢中一零一又和中科院半導體研究所聯合成立了「一零一—中科院半導體研究所導航感測器聯合實驗室」，專攻MEMS慣導晶元的技術設計和製造工藝。
目前製造的海軍用炮彈打靶試驗已成功完成，2017年又啟動了新炮彈的慣性導航項目，已經完成了數次打靶。
在20~30公里的射程上，炮彈落點達到戰術水平精度——針對固定靶點，可以做到2-5發命中，且全部控制在50米半徑內。
假如不用慣導產品，則是200發才能命中，且半徑擴大到了1.5公里。
試驗效果也獲得了軍方的認可。
從技術細節的對比中，可以看到中航電測慣性導航業務的優勢所在。
根據文頭的介紹，慣性導航最重要的兩個組件就是陀螺儀和加速度計。
一個感知方向，一個感知距離，搞定了這兩個信息，炮彈的落點基本不會偏離太遠。
陀螺儀方面，我們選擇主營業務是慣性導航的晨曦航空、耐威科技進行對比。
慣導具體業務還有細分，包括撓性捷聯、光纖捷聯、激光捷聯、壓電捷聯這幾種導航系統。
不同慣性導航所用到陀螺儀對比表格
晨曦航空的收入基本來源於軍品業務，其中慣性導航產品佔比75%。
耐威科技則是激光捷聯模式的翹楚，他生產的激光慣導已經批量裝備某型號戰鬥機。
MEMS陀螺儀
相關技術細節過於艱深，這裡不多贅述，簡而言之，MEMS慣導就是把多項感測器和處理器整合進一個獨立的微型系統，降低成本的同時更容易封裝。
MEMS慣導概念，2014年由國外提出，晨曦航空在慣性導航領域有其固有的產品線，MEMS慣導的研發起步較晚，耐威科技也更注重自己強勢的激光捷聯慣性導航技術。
市場空白，中航電測快人一步。
2015年，啟動慣導項目，直接使用了MEMS微機械模式設計研發，目前在競爭對手中試驗進度最快，已率先完成MEMS慣導的打靶實驗。
慣性導航的另一關鍵點是加速度計，加速度計其實就是一種受力感測器（F=ma）。
設置在感測器中的敏感片將應力的變化轉化為電信號，就可以得到載體加速度的大小和方向，進而進一步計算速度與位移。
加速度計和應力計原理相似，這就回到了中航電測傳統強項。
前文提到的溫度自補償應變計技術就被運用到了慣性導航模塊中——軍檔高精度溫補模塊。（由於炮彈飛行的全過程中彈體溫度變化幅度很大，溫度對應力測量的影響就不可忽略，溫度自補償技術可以有效降低加速度計的誤差。）
如此大殺器，市場需求到底如何？
在漢中一零一的併購交易報告書中，漢中一零一是購房買（軍方）的獨家供應商，並在2014年達成初步採購談判——每年需求5000套以上，每套價格2.8萬元。
但由於規模化投產時點晚於預期，累積的需求已經超過1萬套。
考慮到我國近兩年在軍事科技上迎頭追趕的決心，會更新大量的戰術導彈庫存，預計未來MEMS慣導組件市場需求可以超過50億。
中航電測的基本盤——應變計業務技術優勢明顯，佔據市場頭部份額，但業務也趨於穩定，增長動能不足。
慣性導航等高端軍用領域，是增量空間。
MEMS慣性導航立項最早，打靶試驗進度領先，有望彎道超車。
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