华体会官网网址:光纤水听器：5家核心公司 国内1500亿市场静待爆发
发布时间：2024-01-24 04:38:16 来源：华体会官网网址
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作为一种机械波，声波是传递水下信号的重要载体。波动是自然界最为常见的物质运动形式。作为一种振动能量传递方式，波动可以将波源介质中质点与质点的相对扰动以振动为途径进行传播，从而实现信息的生产和传递。
从波动的性质角度看，波可以划分为电磁波、机械波、引力波和物质波。其中，机械波和电磁波在当今世界中被广泛使用于广播、电视、通信、探测等领域。根据传递介质的不同，电磁波和机械波的传播特点也有所不同：
电磁波：以波动的形式传播的电磁场。在真空环境中，传播速度最高，可以达到光速；在空气环境中传播速度较快，但会受到空气介质的吸收、折射和散射；在水环境中，电磁波的电场产生传导电流，能量转化为热能，导致振幅不断衰减，频率越高衰减的越快，因此只有低频电磁波可以在水中传播。
机械波：由机械振动产生、需要在介质中传播的波动。介质的特点和属性很大程度上决定了机械波的传播性能。以声波为例，其在真空环境中无法传播；在空气环境中，传播速度较电磁波更低，通常为340m/s，受温度影响较大。通常而言，温度越高，传播速度越快；在水环境中，传播速度是空气环境的5倍，且传播距离较远，通常可达数十乃至上百公里。低频声波的传输能力也较为突出。正因如此，声波成为了水环境中较为重要的信号载体之一。
声呐是水底探测的核心系统，按工作方式分为主动和被动声呐。主动声呐：核心组件包括基阵、收发转换器、接收机、定时中心、发射机、控制同步设备、指示器。其探测能力较强，但向外界发射声波的同时也会暴露自身位置，危险系数较高。被动声呐：核心组件包括基阵、波束形成器、接收器、控制同步设备和指示器。在工作方式上，主要依赖接收水下或水面物体的运动噪声进行监听和定位。被动声呐不发送声波，因此隐蔽性较高，但对于相对静音的常规动力潜艇（如装有AIP系统的柴电潜艇或热气机潜艇等），或是运动速度较为缓慢的舰船探测效果不好。
被动声呐中，专门用于接收声波并转化为电波的换能器又叫做“水听器”，功能定位类似于雷达中的天线，在被动声呐系统中充当着“耳朵”的重要角色。据2012年《半导体光电》杂志上发表的《细线拖曳声纳研究进展》一文测算，细线拖曳水听器占声呐总成本的15%-20%，属于高附加值产品。
19世纪初，水听器技术初现雏形。20世纪初，泰坦尼克事件凸显水听器重要性。20 世纪中叶，两次世界大战推动水听器快速发展。20 世纪后期，水听器向民用领域推广并呈现出多元化发展趋势。
随着世界范围内开发利用海洋资源的需求与日俱增，以及水下军事防务建设的迫切性日渐升高，水听器技术在短时间内快速发展。
20世纪70年代以来，随着光导纤维以及光纤通信技术的发展，以光纤为核心材料的光纤水听器问世，并迅速成为了水听器行业的新增长极。光纤水听器以光纤和光电子技术为基础，在传感器结构、阵列结构、性能方面有较大不同，可以分为干涉型、强度型和光栅型。
强度型光纤水听器：此类光纤水听器研究开发较早，主要基于光纤中传输光强被声波调制的原理制作。
光栅型光纤水听器：此类光纤水听器技术较为先进，主要基于光栅的谐振耦合波长随外界参量变化而移动为原理制造，通常使用光纤布拉格光栅（FBG）进行测量。
噪声较低、动态范围大、抗干扰能力强、传输与组阵能力强、系统可靠性高、施工难度小。
海洋经济快速增长，信息化时代已经到来。根据自然资源部数据，中国拥有约300万平方公里的海域和1.8万公里的海岸线，海域辽阔。石油资源量估计为240亿吨左右，天然气资源量估计为14万亿立方米，还有大量的天然气水合物资源。
作为当之无愧的海洋资源大国，近年来中国海洋经济发展稳步发展，生产总值由2010年的38439亿元增长至2019年的89415亿元，2011-2019年CAGR达9.8%，海洋产业GDP占国民GDP比维持在8%-9%左右。
我国推出了一系列海洋战略发展规划。在二十大报告中，多次强调发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国；在加快构建现代海洋产业体系的过程中，获取并利用海洋信息成为了连接和激活海洋产业链各环节的关键抓手。2014年底，国家海洋局印发了《全国海洋观测网规划（2014-2020年）》，将海底观测网建设列为海洋基础设施建设的首要任务。2017年，中国最大的海底观测网正式开始建设。各地也根据中央政府的精神围绕海洋信息化推出相关政策。我们预计，随着国家对于海洋经济的关注以及相关产业扶持政策的持续升温，海洋信息化产业有望迈向发展快车道。
世界海底观测网建设进入上行通道，中国持续加大海底观测网项目投入。海底观测网投入大，周期长，各国开始加快推进建设。
欧盟：ESONET/EMSO观测网涉及供应商176家，总投资额达2.4亿欧元；
中国起步稍晚，于2017年批复了海底科学观测网项目，将在我国东海和南海分别建设海底观测系统，并在上海港建设数据观测和分析中心，项目总投资超20亿元，建设周期5年。华泰证券预计该项目将进一步拉动海底观测网的建设，推动光纤水听器的产业化落地进程。
海底观测网建设立体化信息体系，水听器是关键组成部分。水听器发挥了水下监听、勘探等一系列不可替代的作用，是实现海底观测网、构建海洋信息化体系的重要装备，也是保障海洋经济增长的大国重器，具有稳定、持续发展的增长潜力和活力。
新型光纤水听器技术日趋成熟，为水下监测技术注入新动能。随着越来越多的资源投入光纤水听器的研发，除传统干涉型、强度型和光栅型光纤水听器外，又有矢量光纤水听器和分布式光纤水听器问世，较大程度地拓展了光纤水听器的功能和使用场景，被广泛应用于水下安防、周界安防、石油勘探、智慧管线等领域。
美英是光纤水听器领域的开拓者，其他国家呈现追赶态势。早在20世纪70年代，美国海军研究实验室（NRL）就开始对光纤水听器进行研究，并于1981年封装了第一个Brassboard光纤水听器；1983年，美国海军流动噪声驳船系统开始配备塑料芯轴型光纤水听器，并成功部署于巴哈马群岛；1984年，美国提出了全光拖曳阵水听器阵列计划，并在约10年间累计投入了超1亿美元的经费支持光纤水听器的研制，这也拉开了各国研制光纤水听器的大幕。
英国同一时期开始了对于光纤水听器的研究工作，主要由Plessy国防研究公司、海军系统分公司以及马可尼水下系统公司联合研制，制成了全光拖曳水听器阵列以及海底光纤水听器监视系统等。日本和法国紧随其后，在20世纪80年代开始了一系列光纤水听器的研制工作，并取得了一定成果。
我国在光纤水听器领域起步较晚，国产替代有望成为发展主旋律。中国在声呐系统研制上起步较晚，对于光纤水听器的研究也一直处于追赶国际领先水平阶段。在“十五”期间，部分技术取得突破性进展：在光栅型和干涉型水听器领域，由于现有技术较为成熟，因此已经达到实用水平。根据《光纤水听器的原理与应用》，21世纪以来，我国光纤水听器研究进程提速明显，于2002年首次完成了大规模海上试验，并且在2014年中国国际防务电子展上亮相，标志着我国岸基阵光纤水听器进入了具体应用阶段。
虽然当前大部分关键组件仍需要从国外进口，但国内许多科研团队已经在干端数据算法上实现突破，随着未来光纤水听器大规模量产并投入使用，可变成本将会降低，国产替代有望成为推动光纤水听器产业发展的主要增长逻辑。
我国海军装备较美国仍有较大差距，军用水听器市场需求旺盛。我国在近年间大力发展海军装备。从2012年辽宁舰入列至今，中国海军装备研发和服役速度持续提升，根据环球网资料，目前中国海军已经拥有了3艘航母，3艘两栖攻击舰、近50余艘驱逐盾舰以及百余艘护卫舰，成为了世界重要的海上力量。
虽然中国海军的发展迅速，但仍与美国海军有较大差距。根据中国军网资料，以美国第7舰队为例，其标准配置为：1艘蓝岭级旗舰、1艘尼米兹级航母、3-4艘大型巡洋舰、18-20艘导弹驱逐舰、5-6艘攻击型潜艇、5-8艘登陆舰、18艘后勤保障船和若干气垫船、辅助船等。在紧急时还会增派1-2艘航母，并从第3或第5舰队抽调舰艇，整体配置堪称豪华。
在维护领海权的重要性日趋凸显的今天，建设强大的现代化海军已经成为了构建世界一流军队的重要途径之一。未来中国海军规模有望进一步提升，而光纤水听器作为舰船在海洋中的“洞察器官”，也会迎来快速发展。华泰证券预计2023-2032年中国军用光纤水听器市场乐观情况下将达506亿元，中性情况下将达439亿元，悲观情况下将达363亿元。
2、民用市场：多领域并进助力发展 中性情况下未来十年市场空间约1103亿元
根据下游应用范围不同，华泰证券分别从水下安防、周界安防、石油勘探和智慧管线个领域对光纤传感器市场进行测算：
水下安防领域：预计2023-2032年中国市场乐观情况下将达543亿元，中性情况下将达415亿元，悲观情况下将达287亿元。
周界安防领域：预计2023-2032年中国市场乐观情况下将达284亿元，中性情况下将达254亿元，悲观情况下将达207亿元。
石油勘探领域：预计2023-2032年中国市场乐观情况下将达494亿元，中性情况下将达318亿元，悲观情况下将达228亿元。
智慧管线年中国市场乐观情况下将达166亿元，中性情况下将达116亿元，悲观情况下将达73亿元。
我国光纤水听器产业链分为上游零部件供应、中游制造以及下游应用三个环节。其中上游的零部件主要包括组成水听器的机箱、光纤、数据传输、转换分析芯片、电源等，供应商较为分散；中游制造环节主要分为军用和民用两个领域，主要参与主体多为有军工背景的企业或体制内科研院所和单位；下游应用主要围绕军用和民用展开，其中军用领域用户多为舰船、潜艇以及水下安防主体单位，用户集中在中国船舶体系的中船重工和中船工业下属造船厂。民用领域用户较为分散，在智能管线、石油勘探、周界安防领域均有不同用户。
杭州集智机电股份有限公司成立于2004年，是国内唯一一家主营全自动平衡机产品的A股上市企业。掌握了全自动平衡机核心技术，2020年入选国家专精特新小巨人企业名单。公司2020年起开始涉足光纤水听器领域，2022年以子公司谛听智能为主体，与之江实验室合作开发智能声学传感系统。之江实验室是浙江省政府、浙江大学、阿里巴巴共同举办的混合所有制新型研发机构，以智能感知、未来网络、大数据分析及人工智能等主要方向。根据公司定增招股书披露，公司目前已完成分布式光纤传感系统和海量传感信号处理方法与特征识别AI算法等技术研发。
中国船舶重工集团海洋防务与信息对抗股份有限公司成立于1993年，2017年，中国海防经历第一次资产重组，主营业务转变为水声信息传输装备和各类电控系统的研制和生产，具体产品包括各类军民用水声信息传输装备、水下武器系统专项设备等军品领域产品，以及压载水电源等民品领域产品；2019 年，经历第二次资产重组，在现有业务基础上新增水下信息探测、水声信息侦测和处理、水下控制系统等等领域的业务，业务协同进一步加强。
2021年，公司收入结构中，水声电子防务产品实现收入19.81亿元，占比40.64%，是公司收入和利润的主要来源，也是竞争力最强的业务。目前，在水下信息化领域，公司处于行业领先地位，主要产品包括水下信息获取/探测/通信/对抗/导航系统及设备、水声换能器、各类水声仪器及器材、航空声信标、压电陶瓷元件等。公司是防务领域通信声纳装备的核心供应商和一体化声纳水声通信功能系统总体牵头单位，掌握和拥有水下通信、水下探测、水下信息对抗设备的主体技术和核心技术。
公司子公司长城电子、海声科技、辽海装备等均具备多年从事水声系统的研发生产经验，目前市场占有率高，竞争力强，在部分产品上属于国内独供。例如，根据公司重组报告，瑞声海仪所生产的水面舰船拖曳水听器在国内是唯一供应商，目前是军方单一来源供货商，2019年市场占有率100%。
公司成立于2003年，长期专注于声纳领域相关产品的研发、生产和销售。公司的矢量阵声纳系统主要包括以声阵缆为核心的矢量阵声纳水下（湿端）信息采集系统和以信号处理平台为核心的（干端）矢量阵声纳信号处理中心，其可广泛用于水下探测与侦察领域。
公司成立于2010年，是专注于新一代光纤传感网络与资产数字化运维管理系统研发、生产与销售的高新技术企业。公司开发了分布式光纤、点式光纤、光纤光栅等多种监测产品，可为长距离大空间的温度监测、局部发热点监测和线状分布热点监测分别提供有针对性的解决方案，同时也在周界安防、海缆防锚害、电缆防盗、油气管线防盗、海底电缆监测、桥隧结构健康监测、水库大坝结构健康监测等领域有所运用。
依托产品优势，公司快速开拓市场，根据公司招股书，2021年在电力电网领域市占率超16%，在综合管廊领域市占率超5%，在海底电缆领域也有较为突出的竞争力。凭借市占率的提升，公司业绩屡创新高，2021年实现收入2.8亿元，同比增长43.6%，实现归母净利润0.66亿元，同比增长87.45%。公司业绩存在季节波动性，2019-2021年第四季度收入占比达50%以上，因此会出现前三季度增速低于全年增速的情况。
公司成立于2003年，是致力于仿真模拟训练、AI大数据、海洋科技装备领域的高新技术企业。2021年入选北京市第一批拟认定“专精特新”中小企业公示名单。公司大规模光纤水听器阵列探测系统由光纤水听器阵列、光源光调制放大系统、光电信号处理系统、水声信号处理系统、综合信息存储显控系统等部分组成。其中，光纤水听器阵列为湿端设备，光源光调制放大系统、光电信号处理系统、水声信号处理系统、综合信息存储显控系统为干端设备。公司产品结合湿端大规模阵列集成技术和干端海量数据高速采集、存储、处理技术，可广泛应用于海军水声探测、水声测试分析、海洋安防、海洋石油勘探和海洋地质调查、海洋环境观测监测等领域。
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