(报告出品方/分析师:国盛证券研究所 郑震湘、余平、钟琳)
11 国内相控阵 T/R 芯片民营企业龙头,助力国产化
铖昌 科技 公司主营模拟相控阵 T/R 芯片产品,负责芯片产品全生命周期经营。 公司主要微波毫米模拟相控阵 T/R 芯片的研发、生产、销售和技术服务,负责套片全生命周期控制。本产品主要应用于相控阵雷达中,涉及高端相控阵相关产品居多,同时覆盖探测、通信、导航、电子对抗等领域,在星载、地面、机载、舰载、车载相控阵雷达中实现产销,并且应用于卫星互联网、5G 毫米波、安防雷达等领域,目前产品多用于国内航天航空、及雷达相关领域的核心国家级单位。
铖昌 科技 技术沉淀深厚,系多年 科技 成果实现产业级应用。 公司于 2016 年承建浙江省重点企业研究院。在 2018、2019、2020 年间,分别获得优秀工业产品、浙江省重点实验室、国家专精特新“小巨人”企业等殊荣及称号。公司拥有发明专利 14 项(其中,国防专利 3 项),软件著作权 12 项,集成电路布局设计专有权 46 项等。
12 公司股权结构稳定
和而泰智能控制公司现有 6297%的公司股权,通过员工持股平台鼓励 科技 创新。 和而泰智能控制公司实际控股人刘建伟拥有 1624%的股份,通过和而泰持有铖昌 科技 6297%股权,为公司的实际控制人,公司现阶段股权结构稳定。前四大股权公司:铖锠合伙、科吉投资、科祥投资、科麦投资均为员工持股平台,用股权激励方式,建立调动公司员工 科技 创新积极性,保护公司核心技术及公司架构稳定性。公司参股公司主要从事射频系统代工和封装业务、射频氮化镓代工等,投资上游代工厂,有助于公司未来核心产品自主可控,提升产品及交付竞争力。
核心领导层产业链技术深厚,带领团队持续创新。 公司现任董事长罗珊珊为和而泰董事、高级副总裁、 财经 中心总经理、董事会秘书等职务。公司核心研发人员中,郑骎、黄剑华和丁旭先生,持续带领公司技术能力创新,带领团队参与国家级重大项目、省部级、市级课题项目的研发工作,取得突出成绩。公司高管及核心研发人员多数且拥有芯片及相控阵领域相关技术背景,公司纯技术人员占比 45%,7 名博士及以上学历,18 名硕士,主要来自于浙江大学、西安电子 科技 大学等知名大学。
13 业绩符合预期,整体营收水平持续提升
销售客户逐步拓展,公司业绩高增。 铖昌 科技 2018 年逐渐形成规模销售,主要产品销售企业均为国家单位及科研院所等,集中度较高,整体收入集中于每年 Q2 及 Q4 两个季度,符合行业特征。公司营业收入每年持续递增,2021 年实现营收 211 亿元,同比增长 21%,2021 年实现归母净利润 16 亿元,其中 2020 年当期股份支付费用为 5,18168万元,若增加股权费用,同比增长约 684%。
相控阵 T/R 芯片为公司主营产品,连续三年营收稳健提升。 目前道 2021 年公司主营产品相控阵 T/R 芯片,营收 193 亿元,同比增长 242%,占比整体营收 90%以上,芯片供应端主要为星仔及地面部分产销营收,星载营收约占相控阵芯片营收 80%。公司其余为技术服务收入,公司营收结构较为稳定。公司期间费率结构稳定,2020 年公司支付股份费用 518168 万元,其中 379433 万元计入管理费用,其余总体规模保持稳定。
客户需求提升,带动毛利率持续稳健提升。 公司 2018-2021 年综合毛利率稳定在 74%以上,核心产品相控阵 T/R 芯片毛利率稳定在 70%以上。2019-2020 年产品销售数量分别为 119/167 万颗,单价分别为 1109/926 元,2021 年销售数量为 35 万颗,单价为537 元,主要原因为产品结构发生改变。某地面探测产品销售 2083 万颗,较 2020 年129 万颗翻倍销售,其中某型号产品销售 16 万颗,单价为 9591 元/颗,客户需求性能较低,即对应产品单价较低,影响年度产品均价。
新品配合速度快,研发人员比重高。 2021年,公司研发投入3000万元,占营收比例14%。截至 2021 年底,公司已获得授权发明专利 14 项,其中 3 项国防专利。另有 12 项软件著作权,集成电路设计专有权 46 项,逐步形成公司核心技术管理。2021 年底公司研发人员增长至 131 人(技术人员 70 人,生产人员 61 人),占公司人数 845%。公司人员组成多为电子及芯片产品 历史 从业人员,具有独立的设计及开发能力,能够全面支持公司在应用领域的产销突破及进步。
21 相控阵技术加速雷达市场渗透,有望推陈换新
军用装备预算稳步增长,为雷达市场提供强有力的支撑。 为适应现代化军事作战能力,国防信息体系建设为重中之重。中央总书记在十九大报告中提出,力争到 2035 年基本实现国防和军队现代化。中共中央支出国防预算截至到 2022 年达到 14504 万亿元,同比上年预算执行数增长 71%,其中武器装备是军队现代化的重要标志,加速武器装备的迭代升级和发展,是推动武器装备现代化的重要环节。据现有数字统计,军需装备占 2017年国防费用里面的 4111%,同比 2010 年增加 785 pcts,未来国防装备支出持续增长,提升空间可期。国防信息化主要包含五大领域:雷达、卫星导航、信息安全、通信设备、电子设备,雷达作为重要领域之一,有望大力发展。
相控阵雷达可以精确跟踪目标,且抗干扰能力强。 雷达是信息化军用装备的战争之眼,技术替代不仅提高国防领域电子技术装备的技术指标,同时也促进气象预报、资源探测、环境监测等多个民用领域技术提升。传统雷达采用机械式转置控制天线的指向,无法实现快速追踪移动目标及快速搜索区域性目标,且抗干扰能力差。为满足军用战争需求雷达技术,需具备抗侦查、抗干扰、抗隐身能力,在探测器设计构成上通过构型、观察角覆盖角度、信号空间维度三个技术方向来攻坚,形成三种主流技术体制:相控阵、合成孔径、脉冲多普勒。
其中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。对比传统机械式转动雷达,可以快速锁定目标,具有较大优势,因此普遍应用于探测、遥感、通信导航等领域。
相控阵 T/R 芯片为相控阵雷达占比最高零部件。 相控阵雷达的探测能力与阵列单元密度相关,一个大型相控阵雷达多则需用上万个阵列单元组成。美国反导系统 AN/TPY-2 型号雷达,最多装有 3 万个相控阵天线单元组件。每个组件对应 2-8 颗相控阵 T/R 芯片,相控阵 T/R 组件占整个雷达成本的 60%以上,因此性能高、低成本、小型化和高集成度,是相控阵雷达技术的发展关键。
无源相控阵雷达(PESA)和有源相控阵雷达(AESA),其实它们之间的区别主要就在于信号的收发装置上,对于无源相控阵雷达来说,它只有一个中央信号收发器,外部的那些小天线单元都是接到这个中央信号收发器上面的,即小天线单元就相当于一个“中转站”,转发由中央信号收发器发出的雷达波或者是接收雷达反射信号再传给中央信号收发器;而有源相控阵雷达则是没有这个中央信号收发器,而是它上面的每一个小天线在计算机的控制下都会连接到小型固态发射/接收模块(TRM)上,所以本身就拥有独立的信号收发能力。
相控阵雷达将替代传统机械式雷达,替代市场空间较大。 目前有源相控阵雷达凭借独特的优势,应用于飞机、舰船、卫星等国防设备上,成为目前雷达技术的发展主流趋势。根据 Forecast International 分析,2010 年-2019 年全球有源相控阵雷达生产总数占比全部雷达生产 1416%份额,总销售额达到 131 亿,总占比 26%,替代空间较大。
雷达产业中,铖昌 科技 为相控阵 T/R 芯片制造关键公司。 相控阵 T/R 组件研制技术较为先进的单位以国防重点院所为主,如中电 13 所、55 所等,铖昌 科技 依托自身在 IC 领域的核心技术能力,攻克了模拟相控阵雷达 T/R 芯片组件核心技术问题,有效解决了模拟相控阵雷达 T/R 芯片组件高成本问题,使有源相控阵雷达在我国大规模推广应用成为现实,有源相控阵雷达已经批量应用于航天航空、舰载、车载等相关雷达设备。公司主要芯片包括 GaAs 功率放大器芯片、GaN 宽带大功率芯片、GaAs 低噪声放大器芯片、GaAs/Si 基多功能芯片、数控移相器芯片、数控衰减器芯片等。
22 相控阵芯片核心发展,低轨卫星市场未来可期
低轨卫星大力发展,国内航天航空企业逐步壮大。 低轨卫星通信网络在全球通信和互联网、5G、物联网、太空军事应用等领域极具潜力,随着国内卫星发射不断提速,不断拓展卫星轨道级频谱资源,中国多个近地轨道卫星 星座 计划也逐步启动。美国以 Space X为首的卫星公司,在 2015 年就推出 StarLink 计划,计划发射月 12 万颗通信卫星,频段为 Ka、Ku、V 等,建成后总容量将达到 8-10Tb/s。随后中国航天企业同样加紧布局,航天科工集团推出“虹云计划”,计划发射 156 颗低轨卫星,2018 年首颗卫星以发射成功,首次将毫米波相控阵技术应用于低轨卫星通信中。银河航天提出的“银河 Galaxy”卫星 星座 计划,计划到 2025 年发射约 1000 颗卫星,通信能力达到 10Gbps,成为我国通信能力最强的低轨宽带卫星。
卫星频率和轨道资源是全球战略稀缺资源。 微波具有波长短、频率高、穿透能力强、抗干扰、不易受环境影响等一系列特点,容易制成具有体积小、波束窄、方向性强、增益性高等特性的天线系统,在雷达、通信和电子对抗系统中得到了广泛应用。对于微波毫米波通常对应 L~D Band 频率范围。为了避免互相干扰,所有卫星均须在特定轨道和频率上工作。低轨卫星距离地面 500-2000 千米高度,规定两颗低轨卫星之间要相差 50 千米以上高度,才能保证安全,同一轨道部署卫星,其余公司不能再利用此高度。频率方面目前 C 波段和 Ku 波段资源几乎满载,Ka 波段竞争也处于白热化。低轨卫星还没有形成协调机制,竞争采取先占先得,即资源抢夺尤为激烈。
毫米波相控阵未来将助力低轨卫星发展。 1987 年国外就提出采用相控阵天线技术搭载卫星制造。目前世界各大国家都在发展相控阵相关天线技术,在卫星上不断应用,美国StarLink 星座 及其相关卫星,均搭载相控阵天线技术,总数量 12 万颗,目标于 2027 正式发射完成。参考美国等各大国家经验,我国未来低轨道卫星 星座 ,我们预计会陆续搭载相控阵毫米波天线技术,以此带动轨道及频段资源战的掠夺,进一步扩大星载相控阵技术的市场需求,从而推动相控阵 T/R 芯片的市场逐渐扩大。
235G 通信为相控阵 T/R 芯片重点下游领域,空间巨大
毫米波技术将从军用雷达延伸至民用 5G 通信。 由于毫米波缺乏市场实际需求,而且存在传播损耗大、覆盖范围小、元件造价高等问题,毫米波并未得到广泛应用。但在 5G 时代,毫米波则被提到重要的位置,主要由于其频谱资源丰富、大带宽数据量传输翻倍、传输方向性效率提升、传输距离短传输质量高等特点,大大提升了 5G 通信的优势。同时相控阵 T/R 芯片逐渐走向民用 5G 基站市场。中国工信部统计,截至 2021 年,中国基站总数 996 万个,5G 基站总数达到 1425 万个,同比翻倍增长,在未来 3-5 内会整体拉动基站射频芯片行业景气度,空间巨大。
5G 毫米波基本具备商用条件,可将独立组网。 全球有 15 个国家及地区 24 个运营商部署了毫米波网络,率先商用为美国部分地区,主要针对 FWA 和 体育 场馆、机场等热点地区而中国已经具备预商用条件,结合中国 5G 毫米波网络优势及自身条件,已在相关测试中逐步推进。其中中国 5G 毫米波从 2019 至今,分为 3 个阶段:2019 年,启动毫米波相关技术测试并确定关键技术和系统特性,验证核心芯片、系统等。2020 年,构建毫米波设备测试系统,完整验证毫米波基站和终端功能与性能,实现统一帧结构:DDDSU。2021 年,国内已取得相关实验性结果,开始引导相关产业链围绕中国市场技术进行实验工作。
“宏基站+小基站”组网模式数量大幅增加。 由于 5G 通信采用高频波段,部分地区存在热射能力和穿透能力弱等情况,信号容易受到干扰。而“宏基站+小基站”组合,可针对热点区域和弱覆盖区域进行信号拓展覆盖,有效解决信号盲区,未来采用此组网模式会大大提升基站总数量。根据工信部发布数据,2019 年全球移动通信基站总数 841 万个,对用 5G 宏基站约为 600-800 万个。在小基站方面,该基站应用于热点区域或更高容量业务场景,预估约为宏基站 2 倍,预测 5G 小基站将达到千万量级,市场规模有望突破千亿。
毫米波技术的逐渐成熟,带动上游射频元器件需求增长。 随着无线通信领域技术提高,随之带来 Massive MIMO 技术的不断创新,传统基站天线为 2、4、8 根,而 Massive MIMO的天线数将达到 64、128、256 根,Massive MIMO 5G 基站不但可以提供更多的网络容量,同时可以通过波束赋形答复提高网络覆盖能力。国内主要采用 64 通道 Massive MIMO,其技术的大规模应用,将带动上游射频元器件的需求不断增长。
5G 通信毫米波将更大支持终端企业发展空间。 借助毫米波的优势,5G 时代将容纳更多的产业终端落地,如 AR/VR、超清视频、ADAS、短距离雷达探测、密集区域信息服务、远程医疗等,大大拓展因实时网络需求而发展的终端企业。我们认为随着一系列下游产业端的落地及应用推动,会反哺上游企业基于毫米波解决方案的进一步提升,而铖昌 科技 作为军用提供毫米波的芯片公司,当切入民用赛道,具备很好的技术积累,其 GaAs 功率放大器芯片、GaN 宽带大功率芯片、GaAs 低噪声放大器芯片、GaAs/Si 基多功能芯片、数控移相器等芯片能力,有望借助 5G 打开民用市场空间。
31 核心技术累积深厚,行业领先地位
国内少数提供相控阵 T/R 芯片完整解决方案企业之一。 公司注重研发创新,是国内从事相控阵 T/R 芯片研制的主要企业,近年来承担多项国防重点型号的研制任务、国家重点专项任务以及国家重点研发计划项目。目前军用市场相控阵 T/R 芯片具有定制化特点,一旦装备定型量产,客户不会更换核心零配件供应商,公司已经形成上百种产品对应不同客户需求,并与下游配套的单位企业保持较好的合作关系,拥有较大市场前景。
按功能分类主要分为放大器类芯片、幅相控制类芯片及无源类芯片三类。 公司可根据客户具体需求,完成定制化开发,产品具备功耗低、高效率、低成本、高集成度等特点。
放大器类芯片 ,采用 GaAs、GaN 工艺制程,具有宽禁带、高电子迁移率、高压高功率密度的优势。公司研制多种频段的功率放大器芯片、低噪声放大器芯片、收发多功能芯片。
幅相控制类芯片, 采用 GaAs 和硅基两种工艺制程。分别具备不同的技术特点,可适应于客户的各类应用场景:GaAs 工艺芯片产品在功率容量、功率附加效率、噪声系数等指标上具备优势;硅基工艺芯片产品则在集成度、低功耗和量产成本方面具备显著优势。
无源类芯片, 公司研制的无源芯片主要有开关芯片、功分器芯片、限幅器芯片等。无源类芯片产品具备尺寸小、插损低等特点。
公司始终坚持自主创新原则,通过完善的研发体系实现规模化产销。公司以功能职责划分设置研发中心组织架构,分为公放组、低噪放组、砷化镓多功能组、硅基多功能组及测试组五个功能组。同时依据客户的研发需求分为两大类:国家纵向项目和市场横向项目。国家纵向项目,主要负责国有企业和各大事业单位进行的重点前沿研究任务,通过客户审核的资质后,由研发中心统一发放进行任务指标开发,进而向企业提交项目细节,通过客户技术评审后,确定中标信息。市场横向项目,企业集团及下属单位根据研发部门的特定装备型号计划,提出技术指标要求,公司依照技术要求进行的产品研发。该类研发项目以市场需求为导向,产品针对性强,市场需求确定性较高,是公司研发资源重点投入领域。
知识产权自主可控,保证公司核心产品研发竞争力。 公司已获得授权发明专利 14 项,其中 3 项国防专利。另有 12 项软件著作权,集成电路设计专有权 46 项,知识产权自主可控。
32 具备国有企业客户供应资质,合作关系良好持续
公司产品主力销售面向企业集团及下属单位。根据客户需求进行定制采买,公司作为元器件配套供应商对承制单位进行产品销售。公司星载业务配套供应产品,使用周期约为8 年,地面业务配套供应产品,使用周期为 5 年。公司主要客户 A 客户销售星载业务相关套片,目前正在进行第五批供货。A 客户对公司技术实力认可度较高,采购订单持续性强。由于行业较为特殊,从保密和技术安全角度来看,需要研发和生产的企业拥有相关准入资质,这些资质要求企业拥有较强的研发实力及配套生产能力,且配合认证周期较长。而公司已获得研发和生产此类目产品的完整资质,对不具备资质的企业形成产品优势。企业部门对已定型产品有后续采购计划,一般与承研部门及单位采用延续采购方式,一般不发生重大调整。
公司主要客户为 A 单位 01 客户,主要产品为星载领域相控阵 T/R 芯片套片,装载于某卫星的相控阵雷达上。由于产品设备研发周期长,投入高,对稳定性、可靠性、一致性要求较高,采购订单拥有极强的连续性。2021 年,公司多个型号进入量产,公司以为 B单位 01 客户提供某型号卫星批量产品交付。B 客户较 2020 年订单有翻倍增长。
33 募集资金继续扩大产能
公司拟募资 5 亿元,持续投入相控阵 T/R 芯片研发及产业化项目。 公司主要根据市场需求持续投入产品创新,拟募资 4 亿元投入新一代相控阵 T/R 芯片相关研发项目,及 1亿元投入卫星互联网相控阵 T/R 芯片相关研发项目。
新一代相控阵 T/R 芯片研发及产业化项目,拓展生产规模。 新增新一代 T/R 相控阵芯片项目产能约 100 万颗,达产后预计年新增销售收入 3 亿元。可助力公司强化产品竞争力,实现规模经济效益。
卫星互联网相控阵 T/R 芯片研发及产业化项目,拓充产品品类。 公司加大卫星互联网应用芯片生产能力,助力互联网全球覆盖争取更多轨道频率资源。达产后预计增加公司营收达8400 万元,可助力拓展公司产品品类,提供更多产品服务。
根据公司主营业务相控阵 T/R 芯片的套片供应情况,星载业务相控阵雷达持续规模扩张,且拥有广阔的市场空间。地面产品 2022 年增速,且单台套片数量多,未来营收占比会逐年提升。考虑舰载、车载、机载等一系列产品将在新市场独树一帜,我们看好公司未来新品的下游验证及导入及现有业务的持续放量。
综上,我们预计公司 2022E/2023E/2024E 营收 28/372/491 亿元;归母净利195/255/331 亿元,yoy+221%/304%/298%;对应 PE 493/378/291x 。选取紫光国微,及复旦微电作为可比公司,公司具备估值优势。
产品开发或客户验证不及预期风险: 公司基于相控阵 T/R 芯片套片孵化新品,如果后续其他新品开发进展不及预期,或客户导入不及预期,存在影响公司未来营收成长性的风险。
芯片制造供应紧张风险: 2022 年半导体仍存在结构性供不应求,且疫情仍存在不确定性;故仍存在供给端紧张,及物流、原材料等成本上升风险。
供应商及客户集中度高风险: 产品供应商及客户的集中度较高,订单取得不连续可能导致公司业绩波动的风险。
传感网 传感网 定义:随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点,通过自组织的方式构成的无线网络。 功能:借助于节点中内置的传感器测量周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物质现象。 以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果,它给我们的生活带来了深刻的变化,然而在目前,网络功能再强大,网络世界再丰富,也终究是虚拟的,它与我们所生活的现实世界还是相隔的,在网络世界中,很难感知现实世界,很多事情还是不可能的,时代呼唤着新的网络技术。传感网络正是在这样的背景下应运而生的全新网络技术,它综合了传感器、低功耗、通讯以及微机电等等技术,可以预见,在不久的将来,传感网络将给我们的生活方式带来革命性的变化。 无线传感网 无线传感网络技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用战略高技术,可以广泛应用于GF军事、国家安全、环境科学、交通管理、灾害预测、医疗卫生、制造业、城市信息化建设等领域。无线传感器网络(WSNs)是由许许多多功能相同或不同的无线传感器节点组成,每一个传感器节点由数据采集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)和供电模块(电池、DC/AC能量转换器)等组成。近期微电子机械加工(MEMS)技术的发展为传感器的微型化提供了可能,微处理技术的发展促进了传感器的智能化,通过MEMS技术和射频(RF)通信技术的融合促进了无线传感器及其网络的诞生。传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化,正经历着一个从传统传感器(Dumb Sensor)→智能传感器(Smart Sensor)→嵌入式Web传感器(Embedded Web Sensor)的内涵不断丰富的发展过程。 国际上比较有代表性和影响力的无线传感网络实用和研发项目有遥控战场传感器系统(Remote Battlefield Sensor System,简称 REMBASS --伦巴斯)、网络中心战(NCW)及灵巧传感器网络(SSW))、智能尘(smart dust)、IntelMote、Smart -Its项目、SensIT、SeaWeb、行为习性监控(Habitat Monitoring)项目、英国国家网格等。尤其是今年最新试制成功的低成本美军“狼群”地面无线传感器网络标志着电子战领域技战术的最新突破。俄亥俄州正在开发“沙地直线”(A Line intheSand)无线传感器网络系统。这个系统能够散射电子绊网(tripwires)到任何地方,以侦测运动的高金属含量目标。民用方面,美日等发达国家在对该技术不断研发的基础上在多领域进行了应用。 英特尔与加利福尼亚州大学伯克利分校正领导着微尘技术的研究工作。他们成功创建了瓶盖大小的全功能传感器,可以执行计算、检测与通信等功能。2002年,英特尔研究实验室研究人员将处方药瓶大小的32个传感器连进互联网,以读出缅因州“大鸭岛”上的气候,评价一种海燕巢的条件。而2003年第二季度,他们换用150个安有D型微型电池的第二代传感器,来评估这些鸟巢的条件。他们的目的是让世界各国研究人员实现无入侵式及无破坏式的、对敏感野生动物及其栖居地的监测。该公司开发出了用于家庭护理的无线传感器网络系统。根据演示,试制系统通过在鞋、家具,以及家用电器中嵌入半导体传感器,帮助老年人、阿尔茨海默氏病患者,以及残障人士的家庭生活。该系统利用无线通信将各传感器联网,可高效传递必要的信息,从而方便病人接受护理,还可以减轻护理人员的负担。该无线传感器网络系统是英特尔公司在阿尔茨海默氏病患者家庭的合作下,历时一年研究完成的,2004年下半年开始试用。 日立制作所与YRP泛在网络化研究所2004年11月24日宣布开发出了全球体积最小的传感器网络终端。该终端为安装电池的有源无线终端,可以搭载温度、亮度、红外线、加速度等各种传感器。设想应用于大楼与家庭的无线传感器以及安全管理方面。 三菱电机日前开发成功了一种设想用于传感器网络的小型低耗电无线模块。能够使用特定小功率无线构筑对等(Ad-hoc)网络。目标是取代目前利用专线构筑的家用安全网络,计划2005年~2006年达到实用水平。具体而言,与红外线传感器配合,检测是否有人、与加速度传感器配合,检测窗玻璃和家具的振动、与磁传感器配合,检测门的开关,等等。 在旧金山,200个联网微尘已被部署在金门大桥。这些微尘用于确定大桥从一边到另一边的摆动距离—可以精确到在强风中为几英尺。当微尘检测出移动距离时,它将把该信息通过微型计算机网络传递出去。信息最后到达一台更强大的计算机进行数据分析。任何与当前天气情况不吻合的异常读数都可能预示着大桥存在隐患。 我国现代意义的无线传感网及其应用研究几乎与发达国家同步启动,1999年首次正式出现于中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的信息与自动化领域研究报告中,作为该领域提出的五个重大项目之一。随着知识创新工程试点工作的深入,2001年中科院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心,引领院内的相关工作,并通过该中心在无线传感网的方向上陆续部署了若干重大研究项目和方向性项目,参加单位包括上海微系统所、声学所、微电子所、半导体所、电子所、软件所、中科大等十余个校所,初步建立传感网络系统研究平台,在无线智能传感网络通信技术、微型传感器、传感器节点、簇点和应用系统等方面取得很大的进展,2004年9月相关成果在北京进行了大规模外场演示,部分成果已在实际工程系统中使用。国内的许多高校也掀起了无线传感器网络的研究热潮。清华大学、中国科技大学、浙江大学、华中科技大学、天津大学、南开大学、北京邮电大学、东北大学、西北工业大学、西南交通大学、沈阳理工大学和上海交通大学等单位纷纷开展了有关无线传感器网络方面的基础研究工作。一些企业如中兴通讯公司等单位也加入无线传感器网络研究的行列。 传感网在民用方面,涉及城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等领域。国内从事传感网应用的大企业目前为数不多,小企业呈现蓬勃发展的势头。北京鼎天软件有限公司,主要从事城市公共安全应急指挥系统建设,已经承担扬州电子政务和扬州应急指挥系统。上海电器科学研究院主要从事智能交通方面的工程,已经承担上海市内、外环智能交通工程。嘉兴中科无线传感网科技有限公司在数字航道、城市应急系统、机场监控等方面有较好的技术背景,相关项目工程正在进行中。沈阳东软、北大青鸟、亿阳信通等企业也传感网应用方面有所涉足,目前主要在电子政务方面,正在向公共安全应急指挥系统进发。 物联网 所谓“物联网”(Internet of Things),指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置 [1] 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结 合起来而形成的一个巨大网络。其目的,是让所有的物品都与网络连接在一起,方便识别和管理。 物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的其中非常重要的技术是RFID电子标签技术 以简单RFID系统为基础,结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等,构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的,比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。在这个网络中,系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。 物联网又称“传感网”,以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果,它给我们的生活带来了深刻的变化,然而在目前,网络功能再强大,网络世界再丰富,也终究是虚拟的,它与我们所生活的现实世界还是相隔的,在网络世界中,很难感知现实世界,很多事情还是不可能的,时代呼唤着新的网络技术。 无线传感网络正是在这样的背景下应运而生的全新网络技术,它综合了传感器、低功耗、通讯以及微机电等等技术,可以预见,在不久的将来,无线传感网络将给我们的生活方式带来革命性的变化。 定义:随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点,通过自组织的方式构成的无线网络。 英文名:Wireless Sensor Networks;缩写:WSN 功能:借助于节点中内置的传感器测量周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物质现象。 目前较为成型的分布式网络集成框架是EPCglobal提出的EPC网络。EPC网络主要是针对物流领域,其目的是增加供应链的可视性(visibility)和可控性(control),使整个物流领域能够借助RFID技术获得更大的经济效益。 EPC网络的关键技术包括: EPC编码:长度为64位、96位和256位的ID编码,出于成本的考虑现在主要采用64位和96位两种编码。EPC编码分为四个字段,分别为:①头部,标识编码的版本号,这样就可使电子产品编码采用不同的长度和类型;②产品管理者,如产品的生产商;③产品所属的商品类别;④单品的唯一编号。 Savant,介于阅读器与企业应用之间的中间件,为企业应用提供一系列计算功能。它首要任务是减少从阅读器传往企业应用的数据量,对阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集、计算等操作,同时Savant还提供与ONS、PML服务器、其他Savant互操作功能。 对象名字服务,类似于域名服务器DNS,ONS提供将EPC编码解析为一个或一组URLs的服务,通过URLs可获得与EPC相关产品的进一步信息。 信息服务,以PML格式存储产品相关信息,可供其他的应用进行检索,并以PML的格式返回。存储的信息可分为两大类,一类是与时间相关的历史事件记录,如原始的RFID阅读事件(记录标签在什么时间,被哪个阅读器阅读),高层次的活动记录如交易事件(记录交易涉及的标签)等;另一类是产品固有属性信息,如产品生产时间、过期时间、体积、颜色等。 物理标示语言,PML是在XML的基础上扩展而来,被视为描述所有自然物体、过程和环境的统一标准。在EPC网络中,所有有关商品的信息都以物理标示语言PML来描述,是EPC网络信息存储和交换的标准格式。
物联网的应用如下:
1、智能仓库。物联网一个很好的应用。它能准确的提供仓库管理各个环节数据的真实性,对于生产企业,可以根据这个数据合理的把控库存量,调整生产量。物联网中利用SNHGES系统的库位管理功能,可以准确提供货物库存位置,这就大大提高了仓库管理的效率。
2、智能物流。运用条形码、传感器、射频识别技术、全球定位等先进的物联网通信技术,实现物流业运输、仓储、配送、装卸等各个环节的智能化。不仅货物运输更加的自动化,而且作出的全面分析还能及时的处理问题对物流过程作出调整,优化了管理。大大提高了物流行业的服务水平,还节约了成本。
3、智能医疗。利用物联网技术,实现患者和医务人员、医疗机构、医疗设备的互动,实现医疗智能化。物联网医疗设备中的传感器与移动设备可以对患者的生理状态进行捕捉,把生命指数记录到电子健康文件中,不仅自己可以查看,也方便了医生的查阅,实现远程的医疗看病。很好的解决当前的医疗资源分布不均,看病难的问题。
4、智能家庭。物联网的出现让我们的日常生活更加的便捷。不远的将来一台手机,就可以操作家里大多数的电器,查看它们的运行状态。寒冷的冬天,我们可以提前打开家里的空调,回到家就暖暖的。物联网还能准确的定位家庭成员的位置,你再也不用担心孩子跑的找不见人,省心省力。
5、智能农业。物联网在农业中的应用就更加的广泛。监测温湿度,监视土壤酸碱度,查看家禽的状态。在这些数据的支持下,农户就可以合理进行科学评估,安排施肥,灌溉。监测到的天气情况比如降水,风力等又为我们抗灾、减灾提供了依据。提高了产量,降低了减产风险。
6、智能交通。物联网将整个交通设备连在一起。主要是用图像识别为核心技术。可以准确的收集到交通车流量信息,通过信号灯等设备进行流量的控制,这个技术的运用,会让堵车成为历史。管理人员利用这个技术能将道路、车辆的情况掌握的一清二楚,驾驶违章无处可逃,交通事故也能及时的得到处理。人们的出行得到了很大的方便。
7、智能电力。电力工程是一项重大的民生工程,对电网的安全检测是一项必修科目。以南方电网与中国移动通过M2M技术进行的合作为例,因为物联网的运用,使得自动化计量系统开始启动,使得故障评价处理时间得到一倍的缩减。
应用领域 计算机应用已深入到科学、技术、社会的广阔领域,按其应用问题信息处理的形态,大体上可以分为 :①科学计算。求取各种数学问题的数值解。②数据处理。用计算机收集、记录数据,经处理产生新的信息形式。主要包括数据的采集、转换、分组、组织、计算、排序、存储、检索等。③知识处理。用计算机进行知识的表示、利用、获取。计算机的应用几乎渗透到社会各个领域,以下是一些重要的方面:①计算机辅助设计、制造、测试(CAD/CAM/CAT)。用计算机辅助进行工程设计、产品制造、性能测试。②办公自动化:用计算机处理各种业务、商务;处理数据报表文件;进行各类办公业务的统计、分析和辅助决策。③经济管理 :国民经济管理,公司企业经济信息管理,计划与规划,分析统计,预测,决策;物资、财务、劳资、人事等管理。④情报检索:图书资料、历史档案、科技资源、环境等信息检索自动化;建立各种信息系统。⑤自动控制:工业生产过程综合自动化,工艺过程最优控制,武器控制,通信控制,交通信号控制。⑥模式识别:应用计算机对一组事件或过程进行鉴别和分类,它们可以是文字、声音、图像等具体对象,也可以是状态、程度等抽象对象。
有的。
新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到fm的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到 s的瞬间反应。此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。
由此可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。
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