一、 毫米波雷達定義與分類
毫米波雷達,是一種使用天線發射波長 1-10mm、頻率 24-300GHz 的毫米波作為放射波的雷達傳感器。毫米波雷達通過處理目標反射信號獲取汽車與其他物體相對距離、相對速度、角度及運動方向等物理環境信息。毫米波雷達可根據所探知的物體信息對目標進行追蹤和分類,電子控制單元(ECU)結合車身動態信息進行智能決策,通過聲音、光線及觸覺等多種傳感方式告知駕駛者,或直接進行自動變速、制動處理,從而降低駕駛事故發生的概率。
毫米波雷達通過毫米波檢測被監測物體,是最常用的汽車雷達傳感器之一,具備以下性能優勢:
(1) 集成度高,受外界環境影響小: 毫米波波長介于厘米波及光波之間,兼具微波制導和光電制導的優點,與微波導引頭相比,毫米波導引頭體積小、重量輕、集成度高, 與紅外導引頭相比, 毫米波導引頭穿透煙霧能力強, 且具備一定反隱身能力,可全天候全天時工作;
(2) 測量精度高: 毫米波頻率高,多普勒效應顯著,距離和速度測量精度高(可達厘米級別) ,此外,毫米波雷達可在小天線口徑下獲得窄波束, 細節分辨能力強、被截獲性低、抗干擾能力強;
(3) 具備多目標連續跟蹤功能: 毫米波雷達采取 FMCW 調頻連續波,可同時監測多個目標,且受地面雜波影響小,可對目標進行連續跟蹤;
(4) 性價比優勢顯著: 毫米波雷達探測距離可達到 200 余米,且其價格適中(350元左右),相較于激光雷達(探測距離:150 米左右,價格:>10,000 元)更具性價比優勢。
毫米波雷達可根據應用方式、工作體制及頻率劃分為不同種類(見圖 1):
圖 1 毫米波雷達分類方法
(1) 毫米波雷達可根據應用方式細分為汽車毫米波雷達、制導毫米波雷達、火控毫米波雷達、對地觀測毫米波雷達、近距離探測毫米波雷達及植保無人機毫米波雷達等,其中, 汽車毫米波雷達是最常見的應用方式;
(2) 毫米波雷達可根據工作體制分為脈沖體制毫米波雷達及連續波體制毫米波雷達,連續波體制毫米波雷達又可細分為 CW、FSK、PSK 及 FMCW,其中,FMCW 是車載毫米波雷達最常使用的工作體制,具有分辨率高、成本低、技術成熟、可多目標測量等優點(見圖2);
圖2 毫米波雷達工作體制對比
(3) 汽車毫米波雷達也可根據毫米波頻率細分為 24GHz、77GHz 和 79GHz 毫米波雷達(見圖 3)。根據美國 FCC 和歐洲 ESTI 規劃,24GHz 的寬頻段(21.65-26.65GHz)將在 2022 年過期。且 77GHz 頻段的集成度和速度測量精度更佳,以ACC 自適應巡航為例,77GHz 毫米波雷達的體積僅為 24GHz 毫米波雷達的33.3%,識別率是其 3 倍,精準度則達到 24GHz 毫米波雷達的 3-5 倍,因此全球范圍內 77GHz 及 79GHz 毫米波雷達是主流產品。 但中國國產 77GHz 毫米波雷達產品還未實現大規模量產。
圖3 24GHz、77GHz 及 79GHz 毫米波雷達對比分析
二、 中國毫米波雷達行業市場規模
受益于中國汽車產量不斷提升及毫米波雷達裝配比率的持續上漲, 中國毫米波雷達行業市場規模持續增長。 2015 年至 2018 年,中國毫米波雷達行業市場規模(按產值統計)從1.5 億元人民幣增長至 23.5 億元人民幣,年復合增長率為 150.2%(見圖 4)。其中,2018 年中國汽車產量雖出現小幅下跌(2018 年中國汽車產量為 2,781.9 萬臺,同比下降4.1%),但毫米波雷達滲透率由 2017 年的 10%上升至 2018 年的 18.0%影響,行業市場規模不降反增,由 2017 年的 14.5 億元上升至 23.5 億元,同比增長 62.1%。
圖 4 中國毫米波雷達行業市場規模(按產值統計),2015-2023 年預測
預計 2018 年至 2023 年中國毫米波雷達年復合增長率將維持在 48.7%,主要增長動力有以下兩大原因:(1)自動駕駛需求上升,拉動毫米波雷達滲透率上升,預計 2023 年將達到 50%, 此外, 隨著汽車自動駕駛等級的提升, 單車毫米波雷達裝載數量也隨之提升,促進毫米波雷達市場規模上漲;(2)毫米波雷達應用廣泛,車路協同在政策支持下將迎來發展良機,兩因素疊加推動中國毫米波雷達行業發展,預計2023 年中國毫米波雷達市場規模將達到 171.0 億元。
預計 2020年中國車載毫米波雷達市場規模將超70億元,出貨量保持高增長。據中商產業研究院統計,2015年中國車載毫米波雷達市場規模為18億元,市場規模逐年增加,預計到2020年市場規模超70億元。出貨量方面,據佐思產研統計,2017年我國乘用車毫米波雷達出貨量接近232萬顆,同比增長104.6%,2018年乘用車毫米波雷達實際出貨量達358萬顆,同比增長54%。據Yole公司預測,若中國汽車中有15%裝配車載毫米波雷達,按每輛車裝配2個來計算,預計2020年國內的車載毫米波雷達需求量將接近900萬個。
圖5:中國毫米波雷達市場規模 圖6:中國毫米波雷達出貨量
三、 中國毫米波雷達行業產業鏈分析
中國毫米波雷達行業產業鏈分為三部分: 產業鏈上游環節參與者是射頻前端(MMIC) 、數字信號處理器(DSP/FPGA)、天線(高頻 PCB 板)及控制電路等硬件供應商及后端軟件算法供應商;產業鏈中游環節主體是從事毫米波雷達生產企業;產業鏈下游環節主體是汽車整車廠商、車路協同經營企業、無人機廠商、交管部門等(見圖7)。
圖7 中國毫米波雷達行業產業鏈
來源:頭豹研究院
3.1、上游分析
毫米波雷達的上游環節主體包括各硬件、軟件供應商。硬件由射頻前端、數字信號處理器、天線及控制電路等部分構成,軟件算法即后端算法(見圖 8)。
圖8 中國毫米波雷達原材料占總成本情況
3.2、下游分析
毫米波雷達可應用于汽車、車路協同、無人機、智慧交通、安防等多個領域,其中汽車是毫米波雷達最大的下游應用領域,占比超過 80%。
(1) 汽車(應用占比 80%以上,應用占比最大的下游領域)
(2) 車路協同(附加值最高的下游領域)
(3) 無人機
(4) 其他應用
例如智慧交通領域(如測速雷達、電子卡口雷達、電子警察雷達、流量監測雷達等)、軍事領域(如雷達探測、導彈制導、衛星遙感、電子對抗等)、安防領域(智能門鎖、區域安全警戒等)及工業領域(生產安全監測等)。
四、 中國毫米波雷達行業競爭格局概述
毫米波雷達技術壁壘高,從全球市場看,行業頭部企業包括德國博世、德國大陸、德國海拉、日本富士通天、日本電裝等德國、日本國際零部件巨頭公司, 2018 年,前 5 大公司共占據全球毫米波雷達近 70.0%的市場份額。此外,采埃孚&天合 TRW、德爾福、奧托立夫、法雷奧、傲酷、日立等公司也是全球主要的毫米波雷達供應商。中國毫米波雷達傳感器被國際龍頭企業壟斷, 2019 年 1 月,維寧爾、大陸、海拉和安波福占據中國 24GHz 毫米波雷達出貨總量的 89.8%以上,博世、大陸和電裝占據中國 77GHz 毫米波雷達總出貨量的 89.7%左右。
車載毫米波雷達行業發展前景良好,中國眾多公司布局該行業,根據企業類型可分為上市企業和初創企業兩大類,但因與國際頭部企業在知識產權、技術和產品穩定性上仍存在顯著差距, 中國企業的市場份額低(不足 5%) 。上市公司又可分為自主研發生產企業(如賽西威、華域汽車等)和投資收購布局企業(如海康威視、雷科防務等),上市公司財務實力強,融資便捷,研發保障充足,具備資金優勢。中國毫米波雷達初創企業多成立在 2014-2016 年期間,可根據團隊背景劃分為海歸博士派(創始人為海歸博士背景的企業,如森思泰克、智波科技等)、 科研院所派(具備科研院背景的企業,如行易道、南京隼眼、蘇州毫米波等)及轉型派(由其他行業轉型而來的企業,如深圳安智杰、湖南納雷等),初創企業在體系建設、市場推廣、車載適配、系統設計等各方面缺乏充足資金,需通過股權融資等方式募集資金,如行易道于 2017 年獲得國科嘉禾資本及磐古資本數千萬元級別的 A 輪融資。
五、 中國毫米波雷達行業發展趨勢分析
根據在毫米波雷達行業從業 12 年,于行業頭部企業擔任多年研發工作的專家表示,目前中國毫米波雷達行業呈現兩種發展路徑 一種是將毫米波雷達前端與攝像頭進行融合以提升性能,另一種則是通過內部集成方式提升毫米波雷達自身性能,兩種技術路線并非對立分化的,而是相輔相成,共同促進國產毫米波雷達性能提升。