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2018年中国时间频率行业发展现状及发展前景分析【图】

2018-10-17 16:05:19字号:T|T
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    (一)时间频率的概念和意义

    “时间”是表征物质运动的最基本物理量,而“频率” 是单位时间内周期性运动的次数,是与“时间” 密切相关的一个基本量。时间和频率的物理定义互为倒数,概念上密不可分。现代时间由高稳频率源产生和保持,频率的精度即决定了时间的精度,时间和频率常联系在一起称为“时间频率” 或“时频” 。随着科学技术的进步,时间频率已经发展成为信息技术的重要支撑技术之一,在国防科技领域、国民经济建设和社会生活中具有举足轻重的作用。

    1、高精度时间频率关乎国家安全

    武器装备: 随着世界军事变革加剧,高精尖武器不断更新,作战模式、战争格局在不断发展变化,使参战武器装备、兵力人员已置于一个四维全球时空坐标系统。在信息化战争中,联合作战/协同作战已经成为了最主要的作战模式,作战单元之间能否协调一致行动是影响作战行动成败的关键。在充斥着各种信息和要素的战场中, 统一时间的使用可以提高诸军兵种整体作战能力,满足信息化条件下联合作战的需要。

    航空航天:时间同步系统是随着航空航天的需要而发展起来的,由于航空航天试验地域辽阔,甚至涉及全球及深空,为了实现对飞行器的测量(测量其位置、速度、加速度和飞行姿态)和控制(控制其飞行状态),需要多台设备和系统,这样的工作必定需要统一的时间。目前,高精度的时间频率同步产品和技术已广泛应用于包括载人航天、探月工程、深空探测、导弹试验等重大工程项目中。军事通信: 对于军用保密通信,时间同步和精密频率控制可提高通信的核心技术(扩展频谱和跳频技术)能力,能够在干扰的环境下快速捕获信号,并通过更紧密的信道间隔和更精密的时隙分配,达到更大的数据容量。精密时间同步还可用于有效测定保密通信中码序的起点、实施导航,并通过测定信号到达的时间差确定信号发射机的位置。另外,武器平台之间通过数据链路通信,也要求各数据链站点之实现跨区域的高精度时间同步。

    卫星导航:卫星导航系统中导航和定位都离不开高精度的时间和频率。其基本工作体制是采用多星测距和距离变化率测量体制,是在星载钟和地面钟严格时间同步的基础上实现用户导航定位。因此,精确的时间和频率是卫星导航定位系统正常运行所必需的一个基本参量,具有非常重要的地位和作用。可以说, 时间测量的精度能够达到1纳秒,空间测量精度就可达到30厘米。

    2、时间频率在国家经济发展和社会生活中意义重大

    在物流、信息流高速运转的今天,用于通信、电力、高速交通、物联网等重要领域的时频系统的精度已经达到微秒级, 个别领域的需求已经到纳秒级。
通信领域:同步网是通信网必不可少的重要支撑网,是保证网络定时性能的关键。移动通信技术的发展离不开同步技术的支持,载波频率的稳定、上下行时隙的对准、高质量的可靠传送、基站之间的切换、漫游等都需要精确的同步控制。没有良好的同步,数字信息的传递就会不可避免的出现误码、滑码问题,导致语音和图像的质量很差。如2010年1月,我国采用GPS授时的通信基站,由于GPS升级,其授时功能受到影响,导致我国沿海多个省份的CDMA网络出现大量告警。
电力领域: 我国电网已初步建成以超高压输电、大机组和自动化为主要特征的现代化大型电网系统。为保证电网安全、经济运行,各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置广泛应用,如调度自动化系统、故障录波器、微机继电保护装置、事件顺序记录装置、变电站计算机监控系统、火电厂机组自动控制系统、雷电定位系统等。这些装置的正常运用同样离不开统一的全网时间基准。高速交通领域:随着高速铁路和地铁、轻轨等城市轨道建设的快速发展,列车处于高速运行和短时间内跨线跨区行驶的状态,高精度时间的准确和统一具有非常重要的作用。同样,民航业也在快速发展, 飞机飞行密度加大,空管系统也对精确时间同步提出了更高的要求。高速交通时间同步系统是为运营调度指挥、业务系统设备提供统一的标准时间信息,从而保证飞机、列车的安全高速运行。广播电视领域:我国正在建设覆盖全国的地面数字电视系统,而各数字电视信号发射系统中的前端复用器、发射站点的调制器等设备都需要精密的时间频率同步,以保障电视节目的图像质量。没有良好的时间频率同步,电视信号将会产生干扰,造成接收图像出现滚动条纹、图像内容相互叠加等现象。

    物联网领域:时间同步系统是无线传感器网的重要组成部分,传感器数据融合和传感器节点自身定位等都要求节点之间始终保持同步。在无线传感器网应用中,传感器节点之间通常需要协调操作来共同完成一项复杂的传感任务。为了能够正确监测事件发生的次序,传感器节点之间必须实现相对时间同步。如在一些火灾监测物联网应用中,事件自身的发生时间是相当重要的参数,这要求每个传感器节点都维持唯一的全局时间以实现整个网络的时间同步。

    (二)时间频率行业发展历程及现状

    独立自主的时间频率体系关乎国家安全和核心利益,因此世界各国都投入巨资研究时间频率技术和产品,以求保持领先地位。美国、俄罗斯分别建立了以GPS、 GLONASS授时为基础的国家时频体系,拥有并掌控着时频核心技术,实现了时间频率产业化。我国时频行业发展时间较短,基础相对薄弱,授时应用长期依赖GPS,中高端时间频率产品大量依赖进口,存在极大的安全隐患。 2000年后,我国逐步认识到独立自主的时频体系的重要性,决定建立以北斗授时为主的国家时频体系。随着我国信息化建设推进、军民融合国家时频体系建设以及国产化推进工程的实施,国家制定了大量政策专项支持时间频率行业发展,我国时间频率行业发展迈入快速发展时期。在时间频率产品中,频率产品以原子钟和晶体器件为核心产生稳定的频率信号,频率组件及设备对频率信号进行合成、变换、滤波及放大等处理,产生和输出电子系统所需的各类频率信号,扩展了频率覆盖范围。时间同步产品采用原子钟或高稳晶振作为频率源,产品类型包括板卡、模块、设备及系统。时频板卡及模块可嵌入各用户设备和系统中,并与时间同步设备共同组成时间同步系统。时间频率行业的核心产品发展情况如下:

    1、原子钟

    原子钟是现代量子力学和电子学相结合的产物,它利用原子不同能级之间跃迁所发射或吸收的电磁波频率作为标准,具有高准确和高稳定的特点。在原子钟诞生前,人类以地球的自转或公转周期作为时间单位(天文时)。世界上第一台原子钟于1948年问世,由于其准确度不高未能成功取代传统时间基准技术。英国于1955年研制的第一台铯束原子频率标准准确度达到1×10-9,超过了当时天文观测所能达到的水平。时间频率测量领域也因此发生了划时代的变化,由传统的天文学的宏观领域过渡到现代的量子物理学的微观领域。1967年10月,第13届国际计量会议通过了新的“秒” 的定义:“秒是铯133Cs原子基态的2个超精细能级间跃迁辐射振荡9,192,631,770个周期所持续的时间”。现在,时间已进入原子时时代。 随着技术不断进步,原子钟的种类也迅速扩展到不同应用领域的铯原子钟、铷原子钟、氢原子钟、 CPT原子钟等,原子钟的性能指标被不断地刷新,精度平均每十年提高一个量级。

常用工程原子钟的特点及发展

数据来源:公开资料整理

    我国原子钟研究始于 20 世纪 60 年代, 1969 年提出独立自主地建设我国的原子时系统,并陆续研制成功了包括铯、氢和铷等三类原子钟,在当时和美国几乎处于相同技术水平。随后原子钟的研究停滞了较长的时间,导致我国各行业所需的原子钟几乎完全依赖进口。直到 2002 年召开的“卫星导航星载原子钟与同步技术”香山科学会议,认识到原子钟对卫星导航、未来高技术战争和现代信息技术的重大意义,我国对原子钟的技术研究和产品研制生产重新获得了高度重视。目前,铷原子钟、氢原子钟在国内已实现了批量化生产,而铯原子钟、 CPT原子钟在我国尚未实现国产化批量生产,主要依靠进口。

    2、晶体器件

    晶体器件是用压电石英晶体制成的频率选择与控制器件,主要分为晶体谐振器、晶体振荡器、晶体滤波器三大类。20 世纪 20 年代,随着军事应用的研究,人们利用石英晶体所具有的压电效应,发明了石英晶体元器件; 20 世纪 50 年代,人造水晶开始工业化生产,解决了制造石英晶体元器件的关键材料问题,晶体元器件的制造技术得到了快速发展; 20 世纪 80 年代,随着表面组装技术、微电子技术和国际信息产业的发展,促使石英晶体元器件产品由插装式向表贴式方向发展,产品技术性能向高频率、高稳定、高可靠、低相位噪声方向发展,生产工艺技术和生产设备向高度自动化发展。晶体元器件成为电子信息产业发展中不可缺少的重要组成部分。 目前,晶体器件生产一方面以日本厂商为代表,向批量生产、超小型化方向发展;另一方面,以欧美厂商为代表,朝着超低相噪、超高稳定度、高可靠方向发展。我国军用晶体元器件是在上世纪五十年代末期由“两弹一星” 重点工程配套而逐步发展壮大起来的。 20 世纪 80 年代前,石英晶体元件基本上用于军事,从80 年代起大量转为民用。 1990 年以后,在家电及 PC 产业、通信大发展的共同推动下,我国晶体器件迎来了发展的黄金时期,引进了几十条国外的晶体生产线。国内企业逐渐以低成本及产量优势占据这一市场。历经十多年的发展,中国大陆已成为全球石英晶体元器件的重要生产基地,但中高端晶体器件仍主要依赖进口。2014 年压电晶体全行业进出口总额达 47.03 亿美元,其中出口 14.02 亿美元,进口为 33.01 亿美元,其中进口压电晶体主要为应用于通讯、导航等领域的中高端晶体器件。近年来,为确保国防装备自主性和保障能力,我国正大力实施“国产化推进工程” ,对关键元器件、部件国产化提出了紧迫的要求。

    3、频率组件及设备

    以原子钟和晶振等高精度频率源作为基准,通过锁相、分配、放大等处理,输出多路高稳定度、低相噪的标准频率信号,形成了频率标准设备。频率标准设备广泛应用于通信、导航、雷达等电子系统,是伴随着原子钟和高稳晶振的技术进步而同步发展的。另外,通过对频率信号的合成、变换、滤波及放大等处理,扩展了频率信号的覆盖范围,也扩展了时间频率技术的应用领域。其中在军用通信组网中,为适应跳频通信体制,采用窄带滤波技术并优化频率分配实现了高性能的频率选择和快速频率切换,形成了跳频滤波设备,解决了军用地面、车载、船载、机载通信组网系统中多台设备在共址工作时的电磁兼容问题,提高了系统频率资源的利用率,保障通信链路的正常工作。在民用通信领域,移动通信传送网主要通过光纤和微波进行传输,在无法铺设光纤的场合采用微波方式传输。随着 4G 通信的到来,采用微波方式的传送网通道数量无法满足日益增长的用户数量和信息容量增加的需求,需要增加通道数来满足扩容需求。为实现多通道信号合成,避免通道之间的相互干扰,必须进行通道之间的频率选择和分配。为此,国内外通信设备厂商研制了频率选择与分配设备(Branch)。国外产品主要有日本的 NEC 公司等进行批量生产,国内天奥电子已为华为公司批量配套。

    4、时间同步产品

    高精度授时是实现时间同步的关键,世界主要发达国家都高度重视授时系统建设。 1957 年,美国在东海岸建成了第一个罗兰-C 导航授时台链,开展利用长波进行无线电导航、授时服务。 1973 年,美国开始建设全球定位系统(GPS),于 1995 年 4 月宣布达到全运行能力, 于 1996 年宣布 GPS 为军民两用系统, GPS逐渐从军用扩展至民用,目前 GPS 授时已成为当前国际上广泛使用的时间同步技术。 20 世纪 70 年代起,我国先后建立了独立的原子时系统以及长波、短波授时系统、北斗卫星导航系统等国家科学工程重要基础设施,形成了以卫星授时为主,地面授时为辅的授时体系。由于北斗卫星授时具有自主可控、授时精度高、覆盖地域广、使用方便等优点,在军民用领域得到了广泛应用。我国时间同步系统是随着导弹、航天靶场试验等国防科研的需要而发展起来的。 20 世纪 80 年代,国内企业采用符合国际规范的 IRIG-B 时间码研制出我国第一代 B 码标准化冗余时统,建立了“主站时统设备+终端”的时间同步系统,提高了国防科研试验时间同步系统的可靠性。 另外,近年出现的 PTP 精密时间同步是一种高精密的网络时间同步技术,已成为网络时间同步的发展方向,美国已将 PTP 技术作为下一代网络的时间传递核心技术。随着我国科学技术和国防科技的发展,越来越多的军事和民用部门需要高精度时间频率的统一,小型化、网络化的板卡、模块、设备等时间同步产品在国防以及通信、电力、交通等国民经济重要领域得到了广泛的应用。

时间同步手段
特点及现状
卫星授时
卫星授时具有授时精度高、覆盖地域范围广、使用方便等优点。由于GPS发展较早,GPS授时是目前使用最为广泛的授时手段,随着我国北斗卫星导航系统的不断建设完善,北斗授时将在我国国防及国民经济重要领域逐步兼容替代GPS授时。
网络同步
网络同步主要有NTP\PTP两种方式。PTP相对于NTP,时间同步精度可达亚微秒量级。作为一种新的授时手段,PTP提供了高精度、低成本的分布式时钟同步方法,是时间同步网络化发展方向。
高精度时间同步
采用卫星共视技术、微博双向比对技术等实现纳秒量级的高精度时间同步。
多手段时间同步
以星基授时为主,陆基、网络为辅的多手段进行标准时间频率的接受、保持、传递和使用,可使用时间同步系统更加安全、可靠,目前主要的授时手段有:卫星/微波/光纤双向时间比对、北斗/GPS卫星授时、长波授时、NTP/PTP网络授时、SDH通信网时间同步、搬运钟对时等方式。

数据来源:公开资料整理

    (三)时间频率行业发展前景

    1、时间频率行业将随着电子信息制造业一同持续快速发展

    时间频率行业是电子信息制造业的细分子行业,为计算机设备制造业、通信设备制造业、广播电视设备制造业、雷达及配套设备制造业等电子信息制造业的其他子行业提供基础的产品和技术支撑,是电子信息制造业的关键及核心领域。

    我国电子信息制造业一直保持着持续快速发展,电子信息产业销售收入由2010年的7.8万亿元增长到2015年的15.4万亿元,复合年增长率为14.57%。我国将实现初步进入信息产业科技先进国家行列,我国未来的电子信息制造业将保持持续快速发展趋势,时间频率产业的发展也会随着整个电子信息制造业的整体发展获得提升。

    2017年1-7月,电子信息制造业生产保持平稳较快增长,出口继续实现两位数增速,行业利润持续向好,固定资产投资增速加快,7月当月生产、出口增速比上月有所放缓。1-7月,规模以上电子信息制造业增加值同比增长13.6%,同比加快3.9个百分点;快于全部规模以上工业增速6.8个百分点,占规模以上工业增加值比重为7.2%。其中,7月份增速为11.8%,比6月份回落2.8个百分点。电子信息产业销售收入从2010年的7.75万亿元增长至2015年的15.43万亿元,按照年均增速为17%计算,预计2020年中国电子信息产业市场规模将达到20.39万亿元。

2016-2020年中国电子信息产业收入预测(万亿元)

资料来源:公开资料整理

    2、我国正在建立和完善独立完备的国家时间频率体系

    独立自主的时间频率体系关乎国家安全和核心利益。世界主要发达国家都非常重视时间频率体系建设,美俄均建有独立完备的国家时间频率体系。 目前,我国正在建设和完善以卫星导航系统授时为主导,以无线、网络等授时手段相辅助的国家时间频率体系, 时频体系的建设包含守时、授时、用时、计量校准与监测等内容。这对时频核心器部件以及时间同步板卡、模块、设备和系统的需求巨大,将会带动整个时间频率行业的快速发展。

我国时间频率体系示意图

数据来源:公开资料整理

    3、时间频率产品的下游行业保持着持续增长的需求

    (1) 国防科技领域

    高精度时间频率关乎国家主权和安全,原子钟、中高端晶体器件以及时间同步产品已广泛应用于武器装备、航空航天、军事通信、卫星导航等国防科技领域。原子钟:作为一级频率标准的铯原子钟,是时间产生、保持和溯源的设备,在航空航天、武器系统等国防领域,为各类测控系统、武器平台提供了高精度的时间基准,保障了系统的精密控制和精确打击,还可为使用卫星驯服高性能铷钟的领域提供更可靠、精度更高的升级使用方式,满足我国国防建设战略需求。随着武器装备信息化的发展,作为高精度频率源的铷原子钟应用越来越广泛。如通信、导航等便携电子装备中要求使用小型化铷原子钟,车载、机载、弹载、星载等平台中要求使用高性能铷原子钟。 CPT原子钟是原子钟小型化的发展方向,极大地拓展了传统原子钟的应用,可大量应用于对体积、重量、功耗和成本等有要求的军用领域。如:单兵手持设备使用低功耗的CPT钟作为高精度时间基准,可提升战场机动性和协调作战能力;军码直捕接收机采用CPT钟,可实现快速捕获和定位;卫星导航终端使用CPT钟,可提高导航定位精度; CPT钟作为时间基准部件,可满足机载、弹载等对体积性能要求高的武器系统或电子设备使用。晶体器件: 晶体器件大量应用于通信、导航、雷达、侦察、测控等军用电子设备系统。其中,导弹导航系统需要晶体振荡器作为制导、定位、守时系统的频率源;在雷达系统中,需要具有高短稳或低相噪的晶体振荡器、频率合成器,以提高雷达的探测距离和精度;在多普勒雷达中,需要利用多普勒效应来区分目标与杂波,对晶体振荡器和频率组件提出了更高的要求;在卫星系统、深空探测、军事通信中,需要晶体器件和频率组件提高电子设备的整体性能;新一代机载电子设备中需要具有高精度、宽工作温度范围、高可靠性等特点的晶体振荡器系列产品作为频率源,解决核心频率器件国产化瓶颈问题,满足武器装备未来发展需求;载波通讯、无线电通信、遥感遥测等军用电子设备中,需要频率选择性较高的晶体滤波器,进行中频滤波,以有效地提高系统或整机的灵敏度和抗干扰能力。不可忽视的是,目前这些军用电子设备使用的晶体器件大多数还依赖进口,无法确保军用电子设备的自主保障能力。因此,中高端晶体器件的国产化非常必要且形势紧迫。频率组件及设备:频率组件及设备大量应用于通信、导航、雷达、侦察、测控等军用电子设备系统。其中,以原子钟和晶振等高精度频率源为核心的频率标准设备为军用电子系统或设备提供同频同相的高稳定、低相噪标准频率信号,确保了军用电子系统或设备的正常工作。跳频滤波设备在军用通信组网中,可解决网络系统中多台设备共址工作时的电磁兼容问题,提高了系统频率资源的利用率,提高了通信设备的抗干扰能力。时间同步产品:随着《中国人民解放军标准时间管理规定》的正式实行,军用时频体系在武器平台、大型信息系统、信息化作战装备和航天重大工程等国防应用方面的建设推进,时间同步产品将成批量的装备于军用系统,军用时间同步产品有着广泛的市场前景。现代战争中,各武器平台的通信、导航、雷达、电子对抗等电子设备都需要高精度时频同步,保证在相同的时频标准下工作,以满足武器发射、弹道测控、 预警探测、载机导航、精确打击、数据链、 数字通信、 情报侦察、防空反导、 敌我识别和协同作战等要求。随着我军各种新型装备的不断推出和完善,高精度的时频板卡及模块、时间同步设备等时间同步产品在现代武器平台中有着广泛的应用前景。同时,随着我军信息化建设,各军用系统对精密时间同步需求迫切,基于NTP和PTP的网络时间同步产品在军用系统中有着广阔的市场前景。此外,在卫星、导弹、载人飞船等航天测控领域,其要求的时间同步精度达微秒量级,频率准确度达10-12量级。随着我国航天领域的快速发展,航天测控、靶场试验等领域对高精度时间同步设备需求量较大。

我国国防军费预算

数据来源:公开资料整理

    我国国防底子较薄,近些年来国防军费一直保持稳步增长,我国国防军费预算从2010年的5,321亿元增长到2017年的10,444亿元,复合年增长率为10.11%。但是,我国的国防军费开支占国民生产总值的比例与发达国家尤其是美国相比,仍处于较低水平,发展空间仍然较大。预期未来十年国防投入将继续保持稳步增长的趋势,发展速度将高于国民经济的平均增长速度。为了适应新军事变革对信息化的需求,我国在国防科技领域的投入将会有较大幅度的增长,对时间频率行业的需求也会快速增长。

    (2) 通信行业

    在民用通信领域,铯原子钟产生的标准时间频率信号为通信网络主节点机房设备提供了统一的基准。铷原子钟作为通信同步网的高精度频率源在各省局、枢纽中心广泛使用。随着通信基站间对时间同步精度要求的提高,需要采用大量铷原子钟作为频率标准来提高通信系统的性能。移动通信基站、设备也都可以大量使用CPT原子钟、高稳晶振,提高系统精度和守时能力。时间同步产品还在通信网络的时间同步网和计费、监控业务系统中扮演着极其重要的角色,对通信网络的正常稳定运营至关重要。数字同步网一级时钟节点(全网中心及各省中心)、二级时钟节点(省内重要通信局)以及楼内通信设备比较多的通信局需要使用通信楼综合定时供给系统同步钟;移动通信基站系统的卫星接收系统需要使用卫星授时模组;移动通信基站系统基带处理单元需要使用高精度的时频模块;基站间的时间同步近些年还开始采用基于最新PTP技术的网络时间同步设备;计费、监控等业务系统需要大量的NTP网络时间同步设备和授时板卡。

电信固定资产投资

数据来源:公开资料整理

    中国移动、中国联通和中国电信等通信运营商近些年持续加大固定资产的投资,从2010年的3,022亿元增长到2016年的4,350亿元,年复合增长率达到6.26%。我国从2013年底开始建设4G通信网络,并于2014年和2015年分别向中国移动、中国联通和中国电信颁发4G运营牌照,未来几年中国的通信网络建设将继续保持快速增长的态势,上述同步网以及计费、监控等业务系统将跟随着4G网络的建设保持对时间频率产品大规模的需求。 2016年工信部把大力推进5G技术产品研发、标准制定和产业链成熟作为2017年六大重点工作的具体要求。伴随5G产业化提速, 对时频产品的工艺和技术会有更高的要求, 将带来新的行业机遇。

    (3) 电力行业

    电力同步网中,铯原子钟和铷原子钟为各区域电网管理中心和各大型电站的电网提供高精度时间基准。 电力时间同步系统从2004年开始进入我国电力系统,主要应用在电厂、变电站及电调中心,保障了电网安全稳定运行。国家电网于2008年发布了《国家电网公司输变电工程典型设计-变电站二次系统部分》标准,要求500kV、 220kV变电站需配置时间同步系统。国家电网近年来还提出建设坚强智能电网的规划,至2020年全面建成统一的“智能电网” ; 而电网时间同步是实现智能电网信息同步的基础和不可或缺的前提。 2009年9月,国家正式确立“天地互备,以北斗为主的电力授时体系”,以摆脱对GPS授时的依赖,随着北斗授时体系在我国的全面展开和建设,我国电力系统对时间频率产品的需求将持续快速增长。

    (4)高速交通行业

    在轨道交通(地铁、高铁)综合监控系统中,时统同步设备为通信、调度、交通信号、防灾报警、机电设备、电力监控等专业系统提供统一的定时信号,为OCC(控制中心)、车站、车场等各部门提供统一的时间信息,同时要求全线各站之间的时间也必须完全统一,时间同步设备对保证轨道交通运行计时准确、提高运营服务质量起到了重要的作用。同样,民航业也在快速发展,飞机飞行密度加大,空管系统也对精确时间同步提出了更高的要求。高速交通时间同步系统在
运营调度指挥、业务系统设备提供统一的标准时间信息,从而保证飞机、列车的安全高速运行,是高速交通网络运行的关键系统。近些年,我国继续加快铁路的固定资产投资,最近三年的固定资产投资都保持在5,000亿元以上,新线投产里程也保持在5,000公里以上。到2020年将新建铁路3万公里,城市轨道交通5,000公里;到2020年将形成以244个机场为节点的航空运输网,通航机场数较2014年底新增42个。我国未来的高速交通基础设施建设规模将保持在高位, 对时间频率产品也随之保持较高的需求。

铁路固定资产投资

数据来源:公开资料整理

    (5)广播电视行业

    我国正在建设覆盖全国的地面数字电视系统,其不同地点的多部发射机都同步地发射同样内容的数字电视信号、并且工作在同一频率,构成单频网。其中各数字电视信号发射系统中的前端复用器、发射站点的调制器等设备都需要卫星同步时钟提供精密的时间和频率的同步,以保障电视节目的图像质量。在广播电视播出系统中,时间同步是整个播出系统协同工作的关键,如各频道台标机标准北京时间的显示,各频道电视节目的准点播出,硬盘播出系统的系统时间同步,DVB播出系统的系统时间同步,新闻直播时间同步,乃至全台的标准时间同步都依赖于时间同步系统。 2014年10月,广电总局发布《有线广播电视网实施细则》规定了“播出系统应统一时钟,时钟系统应符合相关规定”。随着三网融合及广播电视数字化及新业务的不断发展,时间同步产品在广电领域将得到更多的应用。

    (四)时间频率行业竞争格局及市场化程度

    我国时间频率行业的主要产品的竞争格局及市场化程度如下:原子钟:世界上只有少数国家能批量生产原子钟。

    铯原子钟主要由国外的Symmetricom公司和OSA公司生产,实行出口管制;铷钟是目前批量生产最大和应用最广泛的原子钟产品,能批量生产铷钟的国家包括美国、瑞士、俄罗斯和中国,市场竞争充分。随着国内制造商对铷钟的产业化发展,国内军民用领域的铷钟产品逐步由天奥电子、航天203所等生产的产品所替代。 CPT钟是未来最具批量生产和应用前景的产品,国际上目前具备批量生产能力的主要为Symmetricom公司。

    晶体器件:目前,我国中高端晶体器件对国外的产品依赖较大。由于我国政府对国防科技领域的国产化推进工作的大力支持,天奥电子、航天203所、晨晶电子、海创电子等国内制造商的产品在军品市场已逐渐实现国产化替代;民品市场的竞争较激烈和充分,产品的供需受国际市场的影响较大。

    频率组件及设备:目前,我国高性能的频率组件及设备与国外差距较小。以原子钟、高稳晶振等高精度频率源为核心的频率标准设备使用中需周期校准,具备原子钟、高稳晶振研制生产能力的单位可以较好的服务客户,在市场竞争中具备一定的优势。另外,高性能的频率组件及设备大多根据系统应用需要,对频率进行规划和分配,再进行定制生产,产品一旦经用户认可,供需双方将会建立起长期合作关系,产品供货相对稳定。

    时间同步产品:随着北斗授时技术在国家层面的支持和应用,我国时间同步产品有了较快的发展, 在国防科技领域和国民经济重要领域均取得了广泛的应用,拥有自主知识产权的产品将逐步替代关键领域的进口产品。在军品业务领域,天奥电子拥有时间同步设备、板卡及模块的生产和系统组网能力,是军用时间同步产品的主要供应商。在民品业务领域,中元股份、国电南瑞科技股份有限公司等的产品广泛应用于电力系统,是电力系统时间同步产品的重要供应商。

    (五)时间频率行业的技术水平和技术特点

    经过长期的发展和积累,近几年来在国家大力支持下,在守时技术和授时技术等若干领域已经取得了长足进展,部分领域已达国际先进水平, 我国的时间频率行业满足了国防科技和国民经济的部分基本需求,但部分原子钟和中高端晶体器件仍对国外有较大的依赖,亟需加快国产化和产业化水平。我国时间频率行业的核心产品的技术水平和技术特点如下:

    1、原子钟的技术水平及技术特点

    铯原子钟: 铯原子钟具有频率准确度高和频率稳定度好且无长期频率漂移的显著特点,是国际上守时应用最多的原子钟,从技术实现上分为磁选态铯钟和激光抽运铯钟两大类。由于磁选态铯钟的电子倍增器受基础材料和工艺的制约,目前全世界仅美国的Symmetricom公司、瑞士的OSA公司能批量生产。尽管国内相关研究单位开展了几十年的研制,也取得了一定程度的进展,但一直未能实现工程化产品,导致我国工程用铯原子钟全部依赖进口。随着激光技术的发展,采用激光检测技术可避免电子倍增器技术颈瓶,可大大提高铯原子钟的使用寿命,激光抽运铯钟已成为铯原子钟的发展方向。在国家科技部、总装备部的立项支持下,国内北京大学、天奥电子等单位开展了激光抽运铯原子钟研究工作,其中天奥电子获得国家科技部“2012年重大科学仪器设备开发专项”支持并已实现工程化样机。

    铷原子钟: 铷原子钟是目前工程应用最广泛的原子钟,与铯钟、氢钟相比,铷钟具有体积小、重量轻、环境适应性强的优势。铷钟的发展方向主要是高性能和小型化。高性能方面,主要以星载、弹载、机载等类型铷钟为代表,小型化铷钟则被广泛应用于数字通信、电力同步、高速交通等民用领域。国外铷钟生产主要集中在美国的Symmetricom公司、 FEI公司、瑞士的SpectraTime公司和俄罗斯的Kvarz公司等。国内从事原子钟研究的主要有北京大学、武汉物数所、航天203所和天奥电子等单位,整体技术水平已达国际先进水平。其中北京大学、武汉物数所、航天203所主要开展星载铷原子钟的研制,天奥电子推出了满足电信、航空、航天及国防应用的系列化铷钟,推动了铷原子钟的产业化,提升了我国国防装备、民用通信核心部件的自主保障能力。

    CPT原子钟: CPT原子钟基于原子与激光的相干囚禁理论,是近年发展起来的新型原子钟。由于不再需要传统的微波腔,可采用MEMS、 CMOS等制造工艺,具有微型化、低功耗的显著特点,极大地拓展了原子钟的应用领域,代表了原子钟微型化的发展方向。美国的Symmetricom公司已实现SA.45CPT原子钟的批量生产。我国北京大学、武汉物数所和天奥电子等单位相继开展了CPT原子钟的研究工作。

    2、晶体器件的技术水平及技术特点

    从国内外行业发展来看,晶体器件已由插装式逐步发展到表贴式,晶体频率由低频向高频以及高基频方向发展,晶体制造技术一方面向批量生产、超小型化方向发展,主要以日本厂商为代表,另一方面,产品向以技术见长、品种丰富、特点显著的方向发展,主要以欧美厂商为代表,占据全球主要的中高端市场。我国晶体器件制造商的产能较大,但产品在微型化、高基频、高稳定度、高可靠、抗恶劣环境能力等方面的制造水平上仍存在差距。国内航天203所、天奥电子、晨晶电子、海创电子等单位已在一些晶体器件产品上取得了突破,实现了部分产品的国产化替代。

    3、频率组件及设备产品的技术水平及技术特点

    频率组件及设备产品基于高精密频率控制与选择技术,伴随着原子钟和高稳晶振的技术进步而同步发展。另外,随着现代通信、电子技术的发展,该类产品不断向着小型化、高性能方向发展。如:频率标准设备随着原子钟、高稳晶振的小型化其体积也不断减小,并逐步作为组件嵌入于其他电子设备;跳频滤波设备随着军用通信组网的性能要求提升,对频率选择带宽、路间隔离度、插入损耗、跳频速度等性能指标要求越来越高,同时产品趋向小型化、轻量化;频率选择与分配设备(Branch)随着移动通信无线传送网的发展,对产品的窄间隔滤波性能、插损一致性、全温滤波特性稳定性等各项电气性能指标都提出了非常苛刻的要求,具有扩展性、互换性并便于安装的高性能产品发展前景良好。

    4、时间同步产品的技术水平及技术特点

    时间同步产品包括时频板卡及模块、时间同步设备及系统。时间同步产品的技术指标主要取决于采用的频率源的技术指标,因此,时间同步产品大多采用原子钟或高稳晶振、以及高精度的卫星授时模块作为核心部件。目前时间同步产品主要的授时手段有卫星共视比对、卫星双向比对、北斗/GPS卫星授时、 NTP/PTP网络授时、 B码传输、微波双向比对等方式,同步精度可达纳秒至毫秒量级。国际上,美国的Symmetricom公司的时间同步产品线较全,技术水平国际领先,产品主要应用于国防、电力及通信领域。国内从事时间同步产品的主要厂家有中元股份、 七维航测、天奥电子等公司,其中中元股份时间同步产品主要应用于电力系统,天奥电子时间同步产品系列较为完整,并采用自主研发的原子钟、高稳晶振作为频率源,产品技术水平达国际先进水平。当前,时间同步产品向着高精度、网络化、智能化、多手段同步方向发展。

    (六)进入时间频率行业的主要障碍

    1、 军品市场壁垒

    国防科技领域是时间频率行业的重要下游行业, 由于涉及国防安全和军事秘密,国家对相关产品的生产实行严格的强制性资格许可管理制度,申请相关的许可资质对技术要求很高,且耗时很长, 这对新进单位形成一定的准入限制。 并且,军品生产有特殊的标准和规范,更与生产时间的经验积累和工艺的成熟密切相关。 此外,军工客户对技术的安全性、可靠性提出了较高的要求,通常会与具有丰富经验和资质齐全的单位建立长期的合作关系。

    2、技术壁垒

    时间频率技术专业性比较突出,技术攻关难度较大且耗时较长, 新进单位很难在短时间内掌握这些技术。

    3、人才壁垒

    时间频率技术专业性强,对技术人才提出了较高的要求。国内的大学和研究所开设时间频率相关专业的较少,时间频率相关专业方面的人才紧缺。 新进单位在招揽和培养人才方面存在一定的困难。

    4、 合作关系壁垒

    时间频率产品通常是客户整机系统的核心器部件,客户处于安全、保密及成本的考虑,一般不会轻易更换供应商,从而对新进单位构成进入壁垒。

    (七)影响时间频率行业发展的主要因素

    1、有利因素

    (1)国家产业政策的扶持

    时间频率技术作为信息技术的重要支撑技术之一,并在国防科技、国民经济建设和社会生活中具有举足轻重的作用,国务院和中央军委对时间频率行业大力支持,从政策、投资和技术创新等多方面为时间频率产业的快速发展创造了良好的环境,必将有利地推动时间频率产业的规模化发展。

    (2)下游行业保持着快速稳定增长的需求

    随着我国经济持续、稳定、快速发展,经济实力和综合国力显著提升,我国的国防科技领域和国民经济领域均取得了长足的进步,尤其是时间频率产品应用较为集中的武器装备、航空航天、军事通信、 卫星导航、通信、电力、 高速交通、广播电视、物联网等行业均是近年来国家发展迅速且继续加强发展和扶持力度的重点行业,这些关键领域的迅猛发展和更新换代,必将拉动时间频率产业的需求总量,使时间频率产业获得一个较长的发展时期。

    2、不利因素

    (1)国产核心部件产品成熟度仍有待提升

    目前,中国是全球少数几个建设自主时间频率产品的国家之一,并在时间频率产品研制方面具有较高水平。 但在核心器件研发等方面仍处于一定的劣势。虽然近年来国内厂家在核心器件和部件的研制方面取得了较大的突破,但中高端晶体器件对国外的产品依赖较大,国产核心部件产品的成熟度仍有待提升。

    (2)国内用户对于高精度时间频率应用产品认知度低

    高精度时间频率产业是近十几年才发快速发展起来的高新技术产业,高精度时间频率产品已在宇航、国防等领域得到较为广泛的认可和应用,在金融、电力、高速交通、广电等领域的应用正逐渐兴起,但上述领域的企业对高精度时间频率的应用重视程度相对不高,制造商对产品应用的拓展力度也尚显不足,导致上述领域的市场规模难以在短期内快速增长。

    (八)时间频率行业经营模式

    按照产品的标准化程度划分, 时间频率产品可分为定制产品和标准产品。

    1、 定制产品经营模式

    时间频率产品品种繁多,规格差异也很大,一般以器部件或设备的形式提供给下游客户(多为整机/系统制造商),下游客户在设计、集成和调试过程中,会对时间频率产品的规格和性能指标提出各种符合自身需求及产品应用特点的针对性要求。由于时间频率产品的专业性较强,尤其是定制产品对制造商的研发能力要求较高,下游客户多数情况下会直接与长期向其供货的供应商针对其定制要求进行沟通并下达订单;部分情况下,下游客户也会通过招标或比价的模式进行供应商的选择。 之后, 时间频率产品制造商根据下游客户提出的个性化定制要求,进行研发和生产,形成了小批量、多批次、差异化的生产模式。

    2、 标准产品经营模式

    随着时间频率产品行业的快速发展,市场需求逐渐增大,部分规格和品种的时间频率产品有较大的需求量。时间频率行业的制造商从市场规划和研究共性需求出发,研发和批量生产出部分统一版本的标准化产品。下游客户根据自己的需求通过协商或者招标的方式直接采购。

    (九)时间频率行业与上下游行业之间的关系

数据来源:公开资料整理

    时间频率行业的上游主要为电子元器件制造业和金属制品业,下游主要是武器装备、航空航天、军事通信、卫星导航等国防科技领域和通信、电力、交通、金融等国民经济领域。在产业链上游,电子元器件制造业和金属制品业均为完全竞争市场, 技术水平比较成熟, 供应商众多且产能充足,能为客户提供质量可靠的高性能标准或定制产品。 时间频率行业受上游行业的波动影响很小。在产业链下游, 时间频率产品应用领域广泛,在国防科技领域和国民经济领域均有着广泛的客户基础和持续增长的需求。在国防科技领域,由于时间频率产品是武器装备、航空航天、军事通信、卫星导航等领域的整机系统关键基础器部件,产品的客户主要为国内的军工集团及其下属单位,不存在产品对单一军工客户有重大依赖的情形。在国民经济领域,通信、电力、高速交通、金融、物联网等行业均依赖于时间频率产品为其提供标准时间和授时,且国民经济领域近些年来的高速发展和旺盛需求快速地推动了我国时间频率行业发展,也不存在对单一民用客户有重大依赖的情形。

    相关报告:智研咨询发布的《2018-2024年中国时间频率市场专项调研及投资前景分析报告

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