2022年車載慣性導航產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來趨勢分析

1、2022年車載慣性導航產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來趨勢分析1、車載慣性導航：高可靠性的自主導航系統(tǒng)慣性導航：不依賴外部信號的自主導航慣性導航系統(tǒng)可實現(xiàn)自主導航定位，不依賴外界信號。慣性導航（Inertial Navigation System，簡稱 INS）是以牛頓力學定律為基礎(chǔ)，利用慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，簡稱 IMU）測量載體的比力及角速度信息，結(jié)合給定的初始運動條件，與全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）等系統(tǒng)進行信息融合，從而實時推算速度、位置、姿態(tài)等參數(shù)的導航 設(shè)備，可以輸出完備六自由度數(shù)據(jù)?；谠摷夹g(shù)的慣性導航系統(tǒng)可裝備于運載體（如飛機、 船舶、汽車、無人機等

2、）并用于實現(xiàn)導航定位，該方法不向外部輻射能量、不依賴于外界 信號，因而具備強自主性。GNSS+IMU 是常見的組合導航方案，兩者互補，滿足定位精度和穩(wěn)定性的要求。 GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）在衛(wèi)星信號良好時可提供厘米級定位，但在地下車庫等衛(wèi)星 信號微弱的場景下，其定位精度會大幅下降。IMU 即使在復雜工作環(huán)境中或極限運動狀態(tài) 下也可進行準確定位，但其存在誤差累計問題。此外，GNSS 更新頻率低（僅 10Hz，其 延遲達 100ms），不足以支撐實時位置更新，IMU 的更新頻率100Hz（其延時10ms）， 可彌補 GNSS 的實時性缺陷。因此，通過 IMU 與 GNSS 的組合，可達到優(yōu)勢互

3、補的效果， 大幅提升定位系統(tǒng)的精確度。IMU 的核心零部件為加速度計和陀螺儀。從組成上來看，IMU 通常由慣性傳感器加速 度計、陀螺儀以及其他部件（磁力計、壓力傳感器等）組成。通常情況下，每套 IMU 裝置 包含 3 組陀螺儀和加速度計，分別測量三個自由度的角加速度和線加速度。陀螺儀用以獲 取運動體的角速度并測量其角度變化，加速度計用以獲取運動體的線性加速度并測量其速 度變化，慣性導航解算軟件通過積分運算、姿態(tài)矩陣計算等方法計算出地理坐標系下運載 體的速度、位置和姿態(tài)。慣性導航技術(shù)起初軍用為主，目前民用領(lǐng)域快速發(fā)展。慣性導航技術(shù)起源于二戰(zhàn)期間， 德國以慣性技術(shù)為基礎(chǔ)成功研制了 V-火箭的制導系

4、統(tǒng)。隨著慣性導航技術(shù)的普及，其逐 漸應用于導彈、飛機、衛(wèi)星、潛水艇、太空實驗平臺等工作環(huán)境復雜、數(shù)據(jù)要求全面的運 載體之上。慣性技術(shù)可以實現(xiàn)對運動體高動態(tài)、全方位的測量，并在測量結(jié)果基礎(chǔ)上實現(xiàn) 對運動體的有效控制，進一步應用于工業(yè)控制、測量、消費電子、石油、交通、通信、消 費電子等多個行業(yè)。MEMS 慣導有望成為車用領(lǐng)域的主流路線目前慣性導航在車載領(lǐng)域的產(chǎn)品形態(tài)主要以 P-Box（定位盒子）為主。其主要電氣架 構(gòu)包括 IMU 模塊、電源、衛(wèi)星接收機、收發(fā)器、天線等。IMU 通常與 GNSS 協(xié)同，同時 采用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實時提供高精度的載體位置、姿態(tài)、速度和傳感器等信息， 以實現(xiàn)城市峽

5、谷、隧道橋梁、地下車庫等衛(wèi)星信號質(zhì)量較差環(huán)境下的持續(xù)高精度定位。產(chǎn)業(yè)鏈角度看，慣性導航上游主要為各類元器件，如陀螺儀、加速度計等傳感器，中 游主要為 INS 模塊生產(chǎn)企業(yè)及慣性組合導航系統(tǒng)集成商，下游主要為軍工領(lǐng)域（航天、導 彈）和民用領(lǐng)域（自動駕駛、無人機）。MEMS 陀螺儀有望成為車載領(lǐng)域的主流路線。器件層上，陀螺儀可分為激光陀螺儀、 光纖陀螺儀、MEMS 陀螺儀及半球諧振陀螺儀，加速度計主要為 MEMS 加速度計和石英撓性加速度計。激光陀螺儀具有高精度、高可靠性等特點，主要應用于武器裝備等軍用領(lǐng) 域；光纖陀螺儀同樣具有較高的精度及較高的可靠性，同樣以軍用領(lǐng)域應用為主；而 MEMS 陀螺儀

6、由于體積小、成本適中、性價比高、能滿足車規(guī)級需求等特點，在智能汽車、民用 導航、控制領(lǐng)域及消費類市場更易得到普及和應用，是慣性導航民用領(lǐng)域應用最為廣泛的 陀螺儀。軟件和算法能力對慣導精度影響深刻慣導算法深刻影響系統(tǒng)精度。在同樣的硬件環(huán)境下，算法優(yōu)劣的標準在于盡可能對車 輛精確建模、導航過程中準確測算并及時糾正航位誤差、適應多種外部環(huán)境特別是在衛(wèi)星 信號較弱的極端環(huán)境。慣導系統(tǒng)的算法包括 GNSS、IMU 子系統(tǒng)內(nèi)的算法，以及 GNSS 和 IMU 耦合算法，均對定位精度有影響：1）IMU 子系統(tǒng)內(nèi)算法：主要是 DR（Dead Reckoning，航位推算）算法，指已知上 一時刻導航狀態(tài)（狀態(tài)、

7、速度和位置），根據(jù)傳感器觀測值推算到下一時刻的導航狀態(tài)。 DR 算法包括姿態(tài)編排和位置編排兩個部分。2）GNSS 子系統(tǒng)內(nèi)算法：GNSS 系統(tǒng)單點定位精度均在米級，需要使用 RTK（Real - time kinematic，實時動態(tài)）載波相位差分技術(shù)等增強技術(shù)達到厘米級定位精度，由于實 際環(huán)境、通信情況等因素會影響高精度定位算法的準確性，依賴于長時間積累實現(xiàn)算法迭 代。3）IMU和GNSS融合算法：INS和GNSS的組合方式可分為松耦合（loosely coupled） 和緊耦合（tightly coupled）：a）松耦合：采用的是 RTK 定位結(jié)果+IMU 原始數(shù)據(jù)來實現(xiàn)融合，系統(tǒng)同時具

8、有獨立 的 GNSS 和 INU，各自解算載體方位和運動情況信息，所得結(jié)果導入濾波器進行進一步解算，估算 INS 誤差情況，從而提高導航精度。松耦合在隧道、地下車庫等完全無衛(wèi)星信號 的場景下與緊耦合相當，但在有衛(wèi)星信號但是信號被遮擋的場景下，如城市峽谷等，定位 效果不如緊耦合。b）緊耦合：采用 RTK 定位結(jié)果+GNSS 的原始數(shù)據(jù)+IMU 原始數(shù)據(jù)。相較于松耦合， 緊耦合不要求完整的 GNSS 結(jié)果，根據(jù) GNSS 提供的部分數(shù)據(jù)即可計算 INS 誤差，因此 在 GNSS 受到一定干擾、探測到的衛(wèi)星數(shù)量少于 4 時，得到的信息經(jīng)解算后依然可以作為 濾波器的依據(jù)計算。緊耦合算法的實現(xiàn)需要的計算

9、量較大，此外廠家同時具備 RTK 定位 算法和組合導航算法兩種研發(fā)能力。2、車載慣性導航有望成為自動駕駛標配，空間超500億多種優(yōu)勢顯著，有望成為 L3 以上自動駕駛標配自動駕駛獲得定位的技術(shù)方法通常有 3 種：1. 基于信號的定位：主要為全球衛(wèi)星GNSS的衛(wèi)星信號進行定位的技術(shù)，也包括Wi-Fi， UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）等方式；2. 環(huán)境特征匹配：基于視覺或激光雷達定位，用觀測到的特征和數(shù)據(jù)庫里的語義地圖 或特征地圖進行匹配，得到車輛的位置和姿態(tài)；3. 慣性定位: 依靠慣性傳感器獲得加速度和角速度信息，通過推算獲得當前的位置和 方位的定位技術(shù)。慣性導航系統(tǒng)憑借其自主

10、性成為自動駕駛高精定位中必不可少的關(guān)鍵部件。慣性導航 具備不受雨雪天氣、電磁干擾等外界信息擾動的獨特優(yōu)勢，且輸出信息連續(xù)不間斷，能夠 為決策中心提供連續(xù)的車輛位置、姿態(tài)信息，在自動駕駛的定位系統(tǒng)中具有不可或缺的位 置。 其核心優(yōu)勢可概括為：1. IMU 不依賴外部信號，定位穩(wěn)定且連續(xù)，在失去 GNSS/5G/4G 信號后，仍能提供 車道級精度的定位。例如，在車道線識別模塊失效時，基于失效前感知到的道路信息和 IMU 對汽車航跡的推演，仍然能夠讓汽車繼續(xù)在車道內(nèi)行駛；2. IMU 可驗證 GNSS 定位的自洽性，對于無法自洽的 GNSS 數(shù)據(jù)進行過濾和修正。 例如，若 GNSS 輸出汽車的絕對位

11、置在短時間內(nèi)發(fā)生了很大的變化，這意味著汽車有很大 的加速度，而此時 IMU 發(fā)現(xiàn)汽車并不具備這樣的加速度，就表明 GNSS 的定位出了問題， 應該由 IMU 來接管絕對定位系統(tǒng)；3. IMU 能夠與車輛輪速、方向盤轉(zhuǎn)角、其他傳感器等信息結(jié)合，進一步提升定位精度。GNSS+IMU構(gòu)成的組合導航系統(tǒng)有望成為L3以上自動駕駛主流定位方案。衛(wèi)星定位、 環(huán)境特征定位、慣性導航三種定位方式各有優(yōu)劣，需要相互配合補足構(gòu)成最完美的定位方 案。慣性導航獲得相對的位移變量，GNSS 獲得車輛初始點信息，即可通過原始參照點+ 相對位移的方法，共同實現(xiàn)既準確又足夠?qū)崟r的位置更新。同時，慣性導航是所有定位技 術(shù)中最容易

12、實現(xiàn)與其他傳感器提供的定位信息進行融合的主體，作為定位信息融合的中心， 將視覺傳感器、雷達、激光雷達、車身系統(tǒng)信息進行更深層次的融合，為決策層提供精確 可靠的連續(xù)的車輛位置、姿態(tài)信息。以百度阿波羅的多傳感器融合定位系統(tǒng)解決方案為例，慣性導航系統(tǒng)處于定位模塊的 中心位置，將 IMU、GNSS、Lidar 等定位信息進行融合，通過慣性導航系統(tǒng)解算修正后最 終輸出滿足自動駕駛需求的 6 個自由度的高精度位置信息。多家智能汽車主機廠及自動駕駛科技公司均已采用慣性導航作為定位系統(tǒng)的一部分。 自動駕駛的發(fā)展推動高精度定位技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應用。GNSS+IMU 系統(tǒng)的互補優(yōu)勢逐 漸得到重視，目前其在車中的應

13、用落地正不斷加速。小鵬、蔚來、智己、埃安、華為 AITO 等車企均在其量產(chǎn)車型上搭載配置慣性導航的高精度定位單元。Waymo、Apollo、Momenta、 小馬智行等專注于 L3-L4 的自動駕駛科技企業(yè)亦在其高級別自動駕駛方案中采用慣性導航 作為自動駕駛標配硬件。中國車載慣導遠期空間超 500 億當前慣導技術(shù)主要應用于軍工領(lǐng)域。據(jù)智研咨詢測算，2019 年中國慣性導航市場規(guī) 模約 174 億元，同比+13.5%，其中軍用慣導占比約 82%。近 5 年 CAGR 約 13%。從產(chǎn) 品來看，當前慣導市場以高價格、高精度、高穩(wěn)定性、廣泛應用于軍工的激光慣性導航系 統(tǒng)和光纖慣性導航系統(tǒng)為主，合計占

14、比約 66%。車載慣性導航打開民用領(lǐng)域需求，中國車載慣導市場遠期空間超 500 億。慣性導航目 前的單車價值量在 1000-2000 元左右（根據(jù)其不同精度）。目前 L3 及以上自動駕駛滲透率 仍較低，我們預測到 2025 年中國 L3 及以上自動駕駛滲透率可達 26%。作為自動駕駛的標配產(chǎn)品，隨著 L3 及以上自動駕駛的逐步滲透，車載慣性導航市場空間有望快速擴大。 若假設(shè)其單車價值量為 1500 元/個，L2 及以下車輛不使用，L3 及以上車輛配置 1 個，則 2025年中國慣性導航市場可達 134億元。若假設(shè) L3及以上自動駕駛滲透率達到 100%后， 則中國慣性導航的遠期市場空間有望達到

15、 570 億元。上游原器件以外資為主，國產(chǎn)廠商有望在中游應用端發(fā)力慣性導航核心上游元器件仍以外資主導。目前全球較為領(lǐng)先的慣性導航公司包括霍尼 韋爾(Honeywell)、諾格(NorthropGrumman)和賽峰(SAFRAN)。賽迪顧問數(shù)據(jù)顯示，在民 用 MEMS 慣性導航領(lǐng)域，其核心的慣性導航傳感器（芯片）由博世、意法半導體、TDK、 ADI等企業(yè)主導，合計份額在80%以上。國內(nèi)慣性導航傳感器主要企業(yè)包括航天三十三所、 航天電子、賽微電子、中國兵器工業(yè)導航與控制技術(shù)研究所等軍工企業(yè)，但其主要產(chǎn)品仍 以軍工領(lǐng)域應用的高精度激光陀螺儀、光纖陀螺儀為主，較少涉及民用領(lǐng)域的 MEMS 傳 感器。

16、國內(nèi)企業(yè)有望在軟件和應用層取得產(chǎn)品的率先落地。目前國內(nèi)慣性導航/組合導航企業(yè) 主要集中在中游慣性導航系統(tǒng)設(shè)計、制造、以及軟件算法上。得益于國內(nèi)智能汽車和自動 駕駛產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，主機廠對慣性導航產(chǎn)品的需求持續(xù)提升。在此過程中，國內(nèi)車載慣 導廠商有望與主機廠形成更緊密的合作，在定制化、差異化服務(wù)方面占據(jù)優(yōu)勢。此外，通 過軟件和算法上快速和持續(xù)的迭代升級，國內(nèi)企業(yè)有望實現(xiàn)軟件性能的領(lǐng)先，并以此實現(xiàn) 應用層產(chǎn)品的率先落地。3、車載慣性導航產(chǎn)業(yè)重點公司分析華依科技：測試設(shè)備與服務(wù)先行者，發(fā)力智能汽車業(yè)務(wù)汽車動力總成智能測試技術(shù)先行者。公司于 1998 年成立，是國內(nèi)領(lǐng)先的汽車動力總 成智能測試臺架供應

17、商，面向各大主機廠提供燃油車及新能源汽車動力總成測試臺架，并 提供新能源動力總成測試相關(guān)服務(wù)。公司通過自主研發(fā)，打破了外資發(fā)動機冷試設(shè)備的壟 斷，并作為第一起草單位，起草了發(fā)動機冷試國家行業(yè)標準。公司積極擁抱新能源趨勢， 新能源汽車動力總成測試設(shè)備以及服務(wù)快速發(fā)展，2020 年新能源相關(guān)的收入占比已達到 約 43%。設(shè)備進口替代空間廣闊，測試服務(wù)快速發(fā)展。汽車動力總成測試設(shè)備是汽車生產(chǎn)過程 中不可或缺的設(shè)備。2020 年我國及全球汽車動力總成測試設(shè)備市場空間分別約 40/116 億 元，2019 年我國及全球汽車動力總成測試服務(wù)市場規(guī)模分別約為 119/424 億元。伴隨著 我國車企在新能源領(lǐng)

18、域的研發(fā)投入加大及行業(yè)車型周期的縮短，整車及核心零部件的研發(fā) 測試需求有望快速增長。目前國外龍頭在行業(yè)競爭中處于優(yōu)勢地位，而隨著國產(chǎn)廠商技術(shù) 能力與服務(wù)水平的進步，以發(fā)行人為代表的中國企業(yè)市場份額有望持續(xù)提升。前瞻布局 IMU，智能汽車業(yè)務(wù)有望發(fā)力。公司成立智能駕駛事業(yè)部，專注研發(fā)智能汽 車與自動駕駛相關(guān)的前瞻業(yè)務(wù)。目前，公司已布局自動駕駛核心零部件慣性測量單元（IMU）， 并已與上汽集團前瞻技術(shù)研究部和奇瑞汽車進行深度合作，相關(guān)產(chǎn)品已進入與主機廠匹配 階段。公司 IMU 工廠建設(shè)處于尾聲，有望在 2022 年上半年建成投產(chǎn)。公司 IMU 產(chǎn)品滿足車規(guī)級要求，采用自研算法實現(xiàn)優(yōu)秀的精度水平，具

19、有技術(shù)先進、高性價比、快速響應等 競爭優(yōu)勢，IMU 產(chǎn)品有望逐步放量。華測導航：衛(wèi)星導航技術(shù)先進，組合導航定點哪吒汽車國內(nèi)北斗高精度衛(wèi)星導航定位產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，近年來業(yè)績穩(wěn)健增長。公司成立于 2003 年 9 月，2017 年 3 月在深交所創(chuàng)業(yè)板上市，公司聚焦全球高精度衛(wèi)星導航定位（GNSS） 核心技術(shù)研發(fā)、制造和產(chǎn)業(yè)化推廣，是國內(nèi)北斗高精度衛(wèi)星導航定位產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先企業(yè)。目前 公司擁有 28 個國內(nèi)省級本地化服務(wù)機構(gòu)，并設(shè)有 8 個海外子公司代表處，經(jīng)銷商逾 150 家，產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋全球 100 多個國家和地區(qū)。2018-2021Q3 公司實現(xiàn)收入 9.52/11.46 /14.10/12.69

20、億元，同比增長 40.4%/20.3%/23.1%/50.8%，歸母凈利潤 1.05/1.39/1.97/1.77 億元，同比-18.6%/+31.9%/+42%/+61.9%。數(shù)據(jù)采集設(shè)備、方案化產(chǎn)品雙輪驅(qū)動，逐漸拓展下游應用領(lǐng)域。公司已經(jīng)形成了“數(shù) 據(jù)采集設(shè)備+數(shù)據(jù)應用及解決方案”并重的業(yè)務(wù)模式，近 5 年來數(shù)據(jù)采集設(shè)備收入平均占 總營業(yè)收入的 72%，數(shù)據(jù)應用及解決方案收入平均占總營業(yè)收入的 28%；此外公司提出 “一個核心，兩大平臺，三大應用”的一二三戰(zhàn)略，以高精度衛(wèi)星導航為技術(shù)核心，持續(xù) 打造高精度定位芯片技術(shù)平臺和全球星地一體增強網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，應用方向包括導航定位 授時、測繪與地理

21、信息、封閉和半封閉場景的無人駕駛。積極拓展自動駕駛業(yè)務(wù)，已獲哪吒汽車定點。公司導航應用解決方案以北斗高精度 OEM 板卡、定位模塊、接收機、GNSS+INS 組合導航類產(chǎn)品為核心，為智能交通、工程 機械自動化控制、農(nóng)機自動導航、無人駕駛、機器人、無人機、形變監(jiān)測、機場、船舶、 航天類科研院校提供核心部件及系統(tǒng)解決方案。公司在自動駕駛業(yè)務(wù)積極拓展，已經(jīng)被指 定為哪吒汽車和浙江省某車企的自動駕駛位置單元業(yè)務(wù)定點供應商，項目周期為 2021 年 至 2026 年，目前處于量產(chǎn)前的開發(fā)階段。星網(wǎng)宇達：專注于慣性技術(shù)開發(fā)及應用公司致力于慣性技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。公司成立于 2005 年 5 月，2016 年

22、上市，公司始 終專注于慣性技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用，主要開展慣性組合導航、慣性測量、慣性穩(wěn)控產(chǎn)品 的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，并為航空航天、航海、電子、石油、測繪、交通及通信等多個領(lǐng)域 用戶提供全自主、高動態(tài)的位置、速度、姿態(tài)等信息的感知、測量及穩(wěn)定控制服務(wù)。 2018-2021Q3 公司實現(xiàn)收入 4.02/3.99/6.85/4.02 億元，同比-1.8%/-0.9%/+71.9%/+13.9%， 歸母凈利潤 0.19/0.12/1.10/0.84 億元，同比-70.5%/-35.1%/+816.3%/+2.6%。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、下游應用不斷拓展，核心業(yè)務(wù)為智能無人系統(tǒng)。2010 年之前，公司主要 面向工程項

23、目開發(fā)研制相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)品，產(chǎn)品以慣性技術(shù)相關(guān)的組件和器件為主； 2010-2016 年，公司以慣性技術(shù)為中心進行行業(yè)應用拓展，抓住衛(wèi)星通信和智能駕考兩大 市場分別開發(fā)了“動中通”和“智能駕考”系列產(chǎn)品；2017 年以來，公司“以慣性技術(shù) 引領(lǐng)智能發(fā)展”，在實現(xiàn)慣導核心器件自研、打通慣導全產(chǎn)業(yè)鏈的情況下，向無人智能系 統(tǒng)發(fā)力。目前星網(wǎng)宇達業(yè)務(wù)可劃分為信息感知、衛(wèi)星通信和無人系統(tǒng)三個業(yè)務(wù)板塊，核心 業(yè)務(wù)為智能無人系統(tǒng)，產(chǎn)品包括器件、組件、系統(tǒng)、解決方案等。智能無人系統(tǒng)目前主要為無人機產(chǎn)品，無人車業(yè)務(wù)向百度、美團小規(guī)模供貨。公司 2020 年智能無人系統(tǒng)業(yè)務(wù)收入 4.5 億元，其中無人機 2.7

24、億元，占比 60%。根據(jù)公司 2021 年 7 月 1 日投資者關(guān)系活動記錄表，無人車板塊目前給百度和美團提供的產(chǎn)品數(shù)量合計在 三千套左右，單價從千元到萬元不等。導遠電子：通過 ISO 26262 ASIL-D 功能安全認證，高精度組合定位系統(tǒng) 出貨量超 10 萬套專注于為自動駕駛等領(lǐng)域提供高精度組合定位解決方案。公司成立于 2016 年 11 月， 是行業(yè)領(lǐng)先的為智能駕駛提供高精度定位技術(shù)的科技公司，致力于引領(lǐng)智能駕駛定位技術(shù) 的變革。公司總部位于廣州，在廣州開發(fā)區(qū)、江蘇海門設(shè)有制造和研發(fā)中心，在上海虹橋、 蘇州工業(yè)園區(qū)設(shè)有研發(fā)中心，并在北京設(shè)有分公司。配套小鵬汽車，高精度組合定位系統(tǒng)出貨量超 10 萬