2024MEMS惯导行业仪表分类、军事应用及代表企业分析报告（52页）.pdf

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1、2023 年深度行业分析研究报告 目录目录 1、惯性导航系统和其他导航系统的区别与联系.-5-1.1、惯性导航系统和其他导航系统的区别.-5-1.1.1、无线电导航系统.-5-1.1.2、自主导航系统.-7-1.2、惯性导航系统与其他导航系统的联系组合导航系统.-8-2、惯性仪表.-10-2.1、惯性仪表概况.-10-2.2、评价惯性仪表的核心技术指标及等级划分.-10-2.3、陀螺仪类别与特点.-11-2.4、加速度计类别与特点.-13-2.5、各类惯性仪表应用情况预测.-14-2.6、各类惯性仪表现阶段实际应用情况.-16-3、MEMS 惯性仪表.-18-3.1、MEMS 惯性仪表概况.-

2、18-3.2、MEMS 惯性仪表材料及工艺.-19-3.3、MEMS 惯性仪表分类.-22-4、MEMS 惯性仪表的军事应用.-23-4.1、MEMS 惯性仪表军事应用优势.-23-4.2、MEMS 惯性仪表军事领域可用范围广泛.-24-4.3、MEMS 惯性仪表军事应用现状.-26-4.4、MEMS 惯性仪表军事应用前景.-40-4.5、MEMS 惯性仪表军事应用发展趋势.-43-4.6、美国军用 MEMS 惯性仪表发展复盘先扬长再补短.-44-5、MEMS 惯性仪表相关企业.-50-图目录 图 1、战斧导弹的地形辅助导航与数字景象匹配导航.-9-图 2、惯性导航系统组成.-10-图 3、陀

3、螺仪应用短期预测.-15-图 4、陀螺仪应用长期预测.-15-图 5、加速度计应用短期预测.-15-图 6、加速度计应用长期预测.-15-图 7、各类型惯导系统成本预测.-16-图 8、各类陀螺仪市场渗透率提升分析.-17-图 9、MEMS 陀螺仪.-18-图 10、MEMS 与半导体工艺.-19-图 11、MEMS 陀螺仪分类.-22-图 12、MEMS 加速度计分类.-22-图 13、军用陀螺仪指标比较.-24-图 14、MEMS 陀螺仪精度对弹药 CEP 影响.-24-图 15、2011 年各类陀螺仪可用范围分析.-25-图 16、2011 年各类加速度计可用范围分析.-26-图 17、

4、陀螺与加速度计技术成熟度.-27-图 18、“克莱门汀号”探月器.-28-UZ0X3VEUOZFZPZ6M9R8OoMoOmOmQlOqQsRiNmMpR6MmNmMNZsRvMvPoOsM 图 19、“火星漫游者”火星车.-28-图 20、AGM-142 空地导弹.-29-图 21、AIM-120 先进中距空对空导弹（AMRAAM）.-29-图 22、BQM-74 亚声速靶机.-30-图 23、“捕食者”无人机.-30-图 24、“全球鹰”无人机.-31-图 25、“兰天”机载吊舱式光电系统.-31-图 26、MK-48 鱼雷.-32-图 27、Sting Ray 鱼雷.-32-图 28、C

5、H-46 直升机.-33-图 29、RAH-66 直升机.-34-图 30、MB-339 教练机：.-34-图 31、小直径制导炸弹（Small Diameter Bomb，SDB）.-35-图 32、宝石路（Paveway）.-36-图 33、垂直发射“海狼”导弹系统.-37-图 34、ERGM.-37-图 35、旋转弹体导弹（RAM）.-38-图 36、JDAM.-39-图 37、雷神亚瑟王神剑制导炮弹.-40-图 38、Draper 实验室对 MEMS 惯导军用预测.-41-图 39、Nigel 提出的通用型 MEMS IMU 方案.-41-图 40、弹药环境.-42-图 41、Accu

6、lar 制导火箭弹.-42-图 42、DARPA 实施的 MEMS 惯导演示验证项目.-44-图 43、ERGM 飞行试验.-45-图 44、MMIMU 的设计目标与实际性能.-46-图 45、HG1700 与 HG1900 产品对比.-47-图 46、CGIMU 各个阶段的研制目标.-48-图 47、NLOS-LS 网火系统.-49-表目录表目录 表 1、导航系统.-5-表 2、战斧导弹导航方式.-9-表 3、评价惯性仪表的核心技术指标.-11-表 4、各级别应用对惯性仪表的精度要求.-11-表 5、各类陀螺仪参数比较.-13-表 6、各类加速度计精度比较.-14-表 7、各级别采用的惯性仪

7、表.-17-表 8、MEMS 加工工艺技术和 IC 加工工艺技术的比较.-20-表 9、MEMS 惯性仪表适配于导弹的情况分析.-26-表 10、AGM-142 空地导弹.-29-表 11、AIM-120 先进中距空对空导弹（AMRAAM）.-29-表 12、MK-48 鱼雷.-32-表 13、Sting Ray 鱼雷.-33-表 14、小直径制导炸弹（Small Diameter Bomb，SDB）.-35-表 15、“海狼”导弹系统.-37-表 16、ERGM.-38-表 17、旋转弹体导弹 RAM.-38-表 18、JDAM 基本情况.-39-表 19、JDAM 各型号情况.-39-表

8、20、雷神亚瑟王神剑制导炮弹.-40-表 21、NLOS-LS 网火系统.-49-表 22、国外代表性企业 MEMS 陀螺指标.-52-表 23、国外代表性企业 MEMS 加速度计指标.-52-1、惯性导航惯性导航系统系统和其他导航系统的区别与联系和其他导航系统的区别与联系 1.1、惯性导航系统和其他导航系统的区别惯性导航系统和其他导航系统的区别 导航系统是舰船、飞机、航天器等载体上的重要设备，其主要任务就是在预先规定好航行计划的前提下，以要求的精度，在一定时间内将载体引航到目的地。为此，导航系统必须提供精确的导航参数，如姿态角、航向、位置、速度等。导航系统可以分为无线电导航系统和自主式导航系

9、统两类，无线电导航系统又可分为地基、星基和基于无线网络三种，具体包含伏尔/地美依系统（VOR/DME）、塔康系统（TACAN）等，自主导航具体包含惯性导航、多普勒导航等。表表 1、导航系统导航系统 无线电导航无线电导航 自主导航自主导航 地基地基 星基星基 基于无线网络基于无线网络 伏尔/地美依系统（VOR/DME）美国 GPS 通讯、导航、识别综合系统（CNI）惯性导航惯性导航 塔康系统（TACAN）俄罗斯 GLONASS 多普勒导航 无线电信标系统（RBS）欧洲 Galileo 地形辅助导航 罗兰-C 系统（LORAN-C）中国北斗 数字景象匹配导航 奥米加系统（Omega）地磁导航 航管

10、系统 天文导航 着陆引导系统 资料来源：导航的军事分类与应用，邱致和、无线电导航综述，丁子明，言中、自主导航技术发展现状与趋势，王巍、惯性导航技术的发展及其应用，周徐昌、地磁导航技术研究进展综述，周能兵、现代军用导航技术，马超杰，林志丹、中国科学院网、澎湃网、北京航空航天大学网，兴业证券经济与金融研究院整理 1.1.1、无线电导航系统、无线电导航系统 无线电导航系统的原理是，导航设备通过测量无线电导航台发射信号（无线电电磁波）的时间、相位、幅度、频率参量，可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量，从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现对运动载体的定位和导航。按导航

11、台站设置的位置不同，无线电导航系统分为地基、星基和基于无线网络三种。地基地基无线电导航无线电导航 地基无线电导航是在陆上（有时也在舰上）设置一些导航台，发射无线电信号，当装有相应机载或舰载导航设备的飞机或舰船进入其覆盖区后，便能确定自己的 实时位置。地基无线电导航主要有伏尔/地美依系统（VOR/DME）、塔康系统（TACAN）、无线电信标系统（RBS）、罗兰-C 系统（LORAN-C）、奥米加系统（Omega）、航管系统、着陆引导系统等。这些系统除了无线电信标是更早的系统之外，基本上是在二次世界大战期间或基于大战中发展起来的军事技术在战后建立起来的。至今，各种导航台已遍布全球，形成一套颇为完备

12、的体系，仍在为飞机和舰船的各航行阶段提供航行引导服务。地基无线电导航的主要缺点是，一种系统不能同时实现大的覆盖范围和高的导航精度两项要求。伏尔伏尔/地美依系统地美依系统（VOR/DME）：VOR 是工作在甚高频频段的相位测角系统，运动载体可用它测知相对于航向台的方位。DME 是工作在超高频频段的脉冲测距系统，运动载体用它可测知相对于该台站的距离。这二种设备常结合在一起，主要用作航空港的终端导航设备。塔康系统塔康系统（TACAN）：是军用型的近程导航系统。工作在超高频频段，其测角精度比 VOR 高，能同时给运动载体提供相对于台站的方位和距离，适合于以小型机场或军舰为中心的战术活动，是美国和北大西

13、洋公约组织国家的标准军用导航系统。塔康台有时和伏尔台装在一起，组成军民共用的系统。无线电信标系统无线电信标系统（RBS）：）：一种测角系统。这类系统大多工作于中波波段，一般用于国内航路和终端，引导飞机出航、归航和非精密进场着陆。也可用作地标，指示地面目标、机场、航路点信标系统的位置。罗兰罗兰-C 系统系统（LORAN-C）：）：工作频率为 100kHz 的脉冲相位测距差系统。其地面设备通常由 34 座导航台组成导航台链。主要用于沿海导航。该系统还兼具授时功能，其授时精度约 0.5s。奥米加系统奥米加系统（Omega）：）：工作于甚低频的相位测距差系统，也可以测距方式工作。八座地面台就可覆盖整个

14、地球表面。可用于越洋航行。甚低频有一定的入水能力，因而可供潜艇在不深的水下作定位之用。航管系统航管系统：通常由一次雷达（环视雷达、测高雷达）、二次雷达（地面询问器，机载应答器）、通讯设备和地面控制中心组成，用以监视、识别其覆盖区域内的飞机，提供航行安全保障。着陆引导系统着陆引导系统：目前广泛使用的民用着陆系统是仪表着陆系统（ILS），是工作于米波波段的振幅测角系统。它给飞行员提供相对于下滑航道的水平和垂直方向上的偏离信息，告诉飞行员已飞临离跑道始端规定距离上空，提醒飞行员查核此时 应有的下滑高度。星基星基无线电导航无线电导航 大致可以说星基无线电导航是把地基无线电导航的导航台放到了人造卫星上。

15、卫星导航由空间段（卫星星座），地面段（分布在全球的主控站、监视站，上行注入站）和用户设备组成。由于卫星可以看到大片地球表面，又发射高频率信号，因此既可利用由多颗卫星组成的星座覆盖全球，又有高的精度。这就消除了地基无线电导航的缺点。目前，全世界有四大全球卫星导航系统，即，美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航定位系统（GLONASS）、欧洲伽利略卫星导航定位系统（Galileo）、中国北斗卫星导航系统（BDS）。除此之外还有区域系统及增强系统。星基无线电导航最主要的缺点是，卫星发射的信号要经过 20000 公里左右的距离才能传播到地面，因此信号太弱，容易受到干扰，也容易受到树荫和房屋

16、的遮挡。全球定位系统全球定位系统（GPS）：用户搜捕并有选择地跟踪四颗卫星发射的讯号，从讯号中提取星历，测量讯号到达时间，经迭代定位计算，就可求得用户自己的位置和精确的时间；从讯号中提取多普勒频率，就能得到用户的三维速度值。因而系统可同时向用户提供七维导航数据（三维位置，三维速度，时间），适用于海、陆、空、外层空间的各种运动载体。基于无线网络的无线电导航基于无线网络的无线电导航 一些战术无线移动通信系统的结构是，把用户设备组织成网络，用户之间除了能够作一对一的通信之外，还可以作一对多或多对一的通信，还可以经过不同的路由中继。基于无线网络的导航的优点是信号采用跳频、直接序列扩频、纠检错编码等方式

17、和多重保密措施，通信距离近，因而抗干扰和保密能力都很强。基于无线网络的无线电导航主要有“通讯、导航、识别综合系统（CNI）”等。通讯、导航、识别综合系统（通讯、导航、识别综合系统（CNI）：一种多边测伪距系统，大多工作在分米波段。所得到的导航位置数据是以系统中某一辐射源为基准的相对格网坐标表示的，因而完成的是相对导航。若系统中某一成员已知其准确的地理坐标，则能实现绝对导航功能。1.1.2、自主导航系统、自主导航系统 自主导航技术是指运动载体在不依赖外部支持的情况下，仅利用自身携带的测量设备实时确定自身相对某个坐标系的位置、姿态和速度，来引导航行的导航方法。一般而言，自主导航可以分为两类：1）从

18、严格意义来讲，完全自主导航仅依赖自身的惯导设备，既不发射、也不吸收外界的任何声、光、电等信息，具有很好的隐蔽性和环境抵抗性；2）从更广义的角度来讲，所有不需要外部支持设备，可自 己测得或主动获取外部信息的导航方式均为自主导航。惯性导航惯性导航：惯性导航通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息，经积分运算得到载体的速度和位置信息。惯性导航不依赖于外界的导航台，也没有电波传播，可用于海、陆、空、天及水下环境，隐蔽性好，不可能被干扰，无法反利用，生存能力强。惯性导航的主要缺点是位置误差随工作时间而增加，因此一般要和卫星导航相组合使用，以把两种系统的优点结合起来。多普勒多普勒导航导航：多普勒导航

19、是一种飞机导航系统。机载多普勒雷达斜向对地面发射电波。因飞机在运动，地面的漫反射回波中带有多普勒频移，根据这种频移可以算出飞机的三维速度，经过对时间的一次积分，便可以算出飞机的已飞距离。地形辅助导航地形辅助导航：运载平台事先存储所要飞越地区的三维数字地图。在飞行过程中，运载平台上的气压高度表产生的海拔高度与由雷达高度表产生的相对高度相减，得出飞过的地形剖面图。地形辅助导航系统将这一剖面图与所存储的数字地图相比较，当达到匹配时，便求出了飞机所在点的位置。数字景象匹配导航数字景象匹配导航：数字景象匹配导航的原理与地形辅助导航类似，运载体将预先拍摄到的地面景象照片，按照象素尺寸制成数字化地图，形成基

20、准图。当运载体飞到预定位置时，拍摄正下方地面的图像，并按象点尺寸、飞行高度和视场等参数生成一定大小的实时图。数字景象匹配导航当系统将实时图与基准图相比较。由于基准图的地理坐标位置(或与目标的相对位置)是事先知道的。因此，根据它与实时图的配准位置，便可确定导弹相对于目标的位置。地磁导航：地磁导航：地磁导航的原理是通过地磁传感器测量载体所在位置的地磁信息，再与事先测绘完备并储存在载体计算机上的地磁图进行匹配，得出载体的实时位置信息；其次，捷联于载体上的地磁传感器随着载体变换姿态，地磁传感器根据不同的姿态输出不同的磁场矢量信息，以反映载体的姿态信息。天文导航天文导航：天文导航是根据天体在天球上的精确

21、坐标和地球的运动规律来测量天体相对于载体的准确坐标，通过相应的数学模型解算出载体位置、航向或姿态的导航方法。天文导航技术建立在恒星参考系基础之上，不需要地面设备，利用天体辐射能（星光、射电及红外辐射），隐蔽性好，不受人工与自然电磁波干扰，测量误差也不随时间而积累，对于远距离、长时间飞行（航行）的平台是一种较好的导航手段。1.2、惯性导航系统与其他导航系统的联系惯性导航系统与其他导航系统的联系组合导航系统组合导航系统 由于惯性导航原理决定了单一惯性导航系统的导航误差将随时间而累积，导航精度随时间而发散，因此惯性导航系统不能单独长时间工作，须定期校准。随着现代控制理论及微电子、计算机和信息融合等的

22、发展，在导航领域展开了以惯性导 航系统为主的多导航系统组合导航的研究。组合导航的基本原理是利用信息融合技术，通过最优估计、数字滤波等信号处理方法把各种导航系统如无线电、卫星、天文、地形及景象匹配等导航系统的结合，以发挥各种导航技术优势，达到比任何单一导航方式更高的导航精度和可靠性。常见有以惯性导航和 GPS 卫星导航组合的（INS/GPS）导航系统。与惯导相比，GPS 具有成本低，导航精度高，且误差不随时间积累等优点，GPS 导航系统输出的导航信息作为系统状态的观测量，通过卡尔曼滤波对系统的状态（位置、速度等）及误差进行最优估计，以实现对惯导系统的校准和误差补偿。而惯导系统自主、实时、连续等优

23、点可弥补 GPS 易受干扰、动态环境可靠性差的不足。随着多传感器融合理论的发展，组合导航系统从 INS/多普勒、INS/天文、INS/VOR/DEM、INS/LORAN 等，发展到 INS/地形匹配、INS/图像匹配，及多种系统和传感器组合的 INS/GPS/地形轮廓/景象匹配。以美国“战斧”巡航导弹的发展为例，其导航系统由 Block1 的 2 种发展为 Block4 的5 种。表表 2、战斧导弹导航方式战斧导弹导航方式 战斧导弹战斧导弹 制导系统及精度制导系统及精度 Block1 惯性导航系统+低星匹配系统（百米级）Block2 惯性导航系统+地形匹配+数字景象匹配（十米级）Block3

24、惯性导航系统+地形匹配+数字景象匹配+全球定位系统（米级）Block4 惯性导航系统+地形匹配+数字景象匹配+全球定位系统+精确地形辅助导航（米级）资料来源：弹载 SINS_GPS_SAR 组合导航算法的研究，孙婷婷，兴业证券经济与金融研究院整理 图图 1、战斧导弹的、战斧导弹的地形辅助导航与数字景象匹配导航地形辅助导航与数字景象匹配导航 资料来源：战斧巡航导弹透视，耿海军，兴业证券经济与金融研究院整理 2、惯性惯性仪表仪表 2.1、惯性仪表概况、惯性仪表概况 惯性导航技术是在各种复杂环境条件下自主建立运动载体的方位、姿态基准的唯一有效手段。惯性导航系统（一般又称为惯性测量单元，Inertia

25、l Measurement Unit，IMU）先测量载体的角速度和线加速度，再经积分运算得到载体的速度和位置。惯性导航系统利用陀螺仪和加速度计分别测量载体运动的角速度和线加速度。陀螺仪和加速度计统称惯性仪表。一个惯性导航系统通常包含三个轴向的陀螺和三个轴向的加速度计，每一个陀螺仪和加速度计都安装在一个轴上，三个轴相互正交，这样就可以测量三个方向上的角速度和线加速度，工作原理如下图所示。图图 2、惯性导航系统组成、惯性导航系统组成 资料来源：理工导航招股说明书，陈明玥，兴业证券经济与金融研究院整理 惯性导航系统有平台式和捷联式两种，最早出现的是平台式。平台式以陀螺为基础构筑一个不随运载体（飞机、

26、舰船和导弹等）姿态和载体在地球上的位置变化影响的稳定平台，保持着指向东、北、天三个方向的坐标系。固定在稳定平台上的加速度计分别测量出载体在这三个方向上的加速度。分别对这些加速度在时间上作一次和二次积分，便能导出载体的速度和所经过的距离。载体的航向与姿态信息由稳定平台感知。捷联式的陀螺和加速度计均直接固连在运载体上。实质上是用数学平台取代了机电平台。捷联式惯导是随计算机技术和光学陀螺的出现而发展起来的，体积重量都比平台式惯导小，可靠性明显提高。2.2、评价评价惯性仪表的惯性仪表的核心核心技术技术指标及指标及等级划分等级划分 为评价陀螺仪/加速度计的性能，行业定义了一系列技术指标，这些指标一般统称

27、为精度，具体如下表所示。userid:93117,docid:156036,date:2024-03-08, 表表 3、评价惯性仪表的核心技术指标评价惯性仪表的核心技术指标 技术指标技术指标 说明说明 零偏稳定性零偏稳定性 基于 ALLAN 方差方法，衡量陀螺仪/加速度计在一个工作周期内，当输入角速率为零时，陀螺仪输出值围绕其均值的离散程度。数值越小表示性能越高 零偏重复性零偏重复性 在同样条件下及规定间隔时间内，多次通电过程中，陀螺仪/加速度计零偏相对其均值的离散程，以多次测试所得零偏的标准偏差表示。数值越小表示性能越高。角度角度/线速度线速度随机随机游走游走 表征输出白噪声大小的一项技术指

28、标，反映陀螺仪/加速度计输出的角速率积分（角度）/加速度随时间积累的不确定性。数值越小表示性能越高 标度因数精度标度因数精度 表征陀螺仪/加速度计由于温度变化、非线性、重复性等影响因素，其标度因数围绕均值的离散程度，一般用 ppm（parts per million）表示。数值越小表示性能越高 资料来源：芯动联科招股说明书，兴业证券经济与金融研究院整理 应用领域不同，对惯性仪表的精度要求也不同。一般可按不同的精度要求将各种应用领域划分为四个级别战略级、导航级、战术级和消费级，具体如下表所示。表表 4、各级别应用对惯性仪表的精度要求、各级别应用对惯性仪表的精度要求 类别类别 战略级战略级 导航级

29、导航级 战术级战术级 消费级消费级 应用领域应用领域 航天、航海等 航空、长航时无人系统等 测绘，资源勘探、车辆和飞行体等 消费电子等 陀螺仪陀螺仪 零偏稳定性（零偏稳定性（/h）15 标度因数精度（标度因数精度（ppm）1000 角度随机游走（角度随机游走（/h）0.5 加速度计加速度计 零偏稳定性（零偏稳定性（g）1000 标度因数精度（标度因数精度（ppm）10 500 1000 资料来源：芯动联科招股说明书，兴业证券经济与金融研究院整理 2.3、陀螺仪、陀螺仪类别类别与与特点特点 经历一百多年的漫长发展，人们研制出了多种基于不同测量原理、具有不同测量精度的陀螺仪。按不同测量原理和发明先

30、后，通常分为四代。第一代，基于牛顿经典力学原理，利用高速转子的转轴稳定性来测量物体角位移的装置，一般统称为机械陀螺机械陀螺。典型代表有液浮陀螺仪、液浮陀螺仪、静电陀螺以及动力调谐静电陀螺以及动力调谐陀螺陀螺等。液浮陀螺仪和静电陀螺仪都是超高精度陀螺仪。液浮陀螺精度虽高，但结构复杂，制造困难、成本也很高，我国 2011 年之前主流舰艇全部采用液浮陀螺仪平台式惯导。静电陀螺仪是目前最高精度的陀螺仪，精度可达 108106(/h)量级，但成本较高，结构体积较为庞大，且需要严格控制工作时温度，另外启动速度慢，需要 加阻尼之后才能运行，一般应用在弹道导弹核潜艇或航空母舰上，目前全球只有中国、美国、俄罗斯

31、和法国具备研制并成功应用静电陀螺的实力。动力调谐陀螺仪是中低精度陀螺仪，体积较小，成本低廉，在 20 世纪 70 年代到20 世纪 90 年代被广泛应用。美国第二代战机采用液浮陀螺仪，但到第三代战斗机已多采用动力调谐陀螺仪，目前国内外已基本停止了对动力调谐陀螺仪的研究且少有应用。第二代，基于萨格奈克效应，利用光束的光程差测量物体角位移的装置。典型代表是激光陀螺激光陀螺和光纤陀螺光纤陀螺，其特点是反应时间短、动态范围大、可靠性高、环境适应性强、易维护、寿命长。光学陀螺技术较为成熟，精度高，随着产品迭代，光学陀螺及其系统应用从战术级应用逐步拓展到导航级应用，在陆、海、空、天等多个领域中得到批量应用

32、，但由于其成本高、体积大，应用领域受到一定限制。第三代，基于哥氏振动效应，通过检测哥氏加速度测量物体角位移的装置（哥氏加速度是以法国科学家G.G.de Coriolis命名的出现在旋转坐标系中的表征加速度，其与旋转坐标系的旋转速率成比）。与机械陀螺相比，哥氏振动陀螺是一种无转子陀螺，它用振动元件取代了传统陀螺的机械转子，用微幅振动取代了高速旋转，因而具有寿命长、可靠性高、体积小、重量轻、精度高等突出特点，哥氏振动陀螺主要包括压电振动陀螺、半球谐振陀螺和压电振动陀螺、半球谐振陀螺和 MEMS（振动）（振动）陀螺陀螺。压电振动陀螺已广泛用于导弹、飞机、舰船、坦克、潜艇、鱼雷、炮弹等武器装备的导航及

33、测控系统，也广泛用于汽车、医疗器械、地质勘探等民用系统。半球谐振陀螺已广泛用于空间任务，在各种高精度导航系统中可发挥其独特的优势，也适合用于石油钻探、地球物理探测等民用领域。MEMS 全称 Micro Electro-Mechanical System（微机电系统），是精细加工的一种，它是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的 21 世纪前沿技术，也被称为微系统（Microsystem）、微机器或微机械（Micromachine）等。采用 MEMS技术生产的陀螺是 MEMS 陀螺，MEMS（振动）陀螺的价格低，可靠性高、尺寸小、重量轻，其应用正快速从汽车工业领

34、域扩展至消费电子和个人导航系统等领域，偏置稳定性已达到 0.1（/h），从而进入高精度应用市场。虽然大部分 MEMS陀螺都是基于哥式振动效应研制而成，但 MEMS 陀螺也包含流体陀螺、固体微陀螺、悬浮转子式微陀螺等多种其他品类。目前，MEMS 振动陀螺是 MEMS 陀螺市场应用中发展速度最快的之一。融合了 MEMS 技术和光学检测技术的微光机电系统（Micro-Opto Electro-Mechanical System，MOEMS 或 Integrated Optics，IO）陀螺不仅具有 MEMS 体积小、质量轻和易大批量生产的优势，更兼具光学检测精度高、响应快和抗电磁干扰的优势，是未来微

35、型惯性器件的一个重要方向。第四代，基于现代量子力学技术。典型代表为核磁共振陀螺核磁共振陀螺、原子干涉陀螺原子干涉陀螺。其目标是实现高精度、高可靠、小型化和更广泛应用领域的导航系统，目前仍处于早期研究阶段。表表 5、各类各类陀螺仪参数比较陀螺仪参数比较 陀螺类型陀螺类型 精度精度（零偏稳定零偏稳定性，性，/h）精度潜力精度潜力 稳定时间稳定时间 体积体积 成本成本 抗干扰能力抗干扰能力 原子干涉陀螺仪 0.00001 超高/静电陀螺仪 0.0001 高 慢 大 高 弱 半球谐振陀螺仪 0.0001 高 快 小 中 强 液浮陀螺仪 0.001 中 慢 大 高 弱 激光陀螺仪 0.001 中 快 中

36、 中 中 光纤陀螺仪 0.001 中 快 中 低 中 动力调谐陀螺仪 0.01 中 中 中 低 中 MEMS 陀螺仪 0.1 中 快 小 低 中 资料来源：天箭惯性招股说明书，兴业证券经济与金融研究院整理 2.4、加速度加速度计计类别类别与与特点特点 种类繁多的加速度计有各种分类方法。按测量系统形式分，有开环式和闭环式两类。开环式加速度计又称为简单加速度计简单加速度计，被测的加速度值经敏感元件、信号传感器、放大器变成电信号直接输出。这种加速度计构造简单、体积小、成本低、但精度较低。闭环式加速度计又称为力平衡式加速度计力平衡式加速度计（又称力反馈加速度计或伺服加速度计），被测的加速度变成电信号后

37、，加到力矩器上，使活动机构恢复平衡位置。由于采用了力反馈回路，该加速度计精度高，抗干扰能力强。按测量的自由度分，有单轴单轴、双轴双轴、三轴三轴加速度计。按测量加速度的原理分，有压电压电、谐谐振振（振弦振弦、振梁振梁）、光学光学和摆式加速度计摆式加速度计。按支承方式分，有液浮液浮、挠性挠性和静电加静电加速度计速度计。现在性能最好的加速度计是摆式积分陀螺加速度计（PIGA），用于战略导弹制导。PIGA 是一种非常稳定的线性器件，在宽的动态范围内有很高的分辨率，并且是迄今为止唯一能够满足战略导弹要求的加速度计。石英振梁式加速度计（VBA 或 VQA）具有直接频率输出、功耗小、可靠性和稳定性高、线性度

38、高、量程大（可高达 1200g）、体积小、成本低和易于成批加工等优点。VBA 在国外发展的比较早，最早可追寻到 1981 年，目前已得到广泛的应用。石英挠性加速度计具有精度和灵敏度高、功耗小、热稳定性好、机械迟滞和弹性后效小、易于小型化等特点，在大地测量系统中有广泛的用途。这种加速度计的主要缺点是，测量加速度超过 30g 时，其非线性误差明显增大，同时不能承受太大的冲击振动。采用 MEMS 技术生产的陀螺是 MEMS 陀螺，特殊的，采用 MEMS 技术生产的石英振梁加速度计也属于 MEMS 加速度计的一种。与 MEMS 陀螺仪类似，MEMS加速度计也具有体积小、质量轻，结构简单、成本低、可靠性

39、高和抗冲击能力强等特点，在航空航天和汽车等领域有十分广阔的应用前景。目前在国外，低精度的 MEMS 加速度计已形成系列产品，中高精度的偏置稳定性达到 20g，标度因数稳定性达到 50106。与 MOEMS 陀螺相似，MOEMS 加速度计也融合了 MEMS 技术和光学检测技术，并且 MOEMS 加速度计的研究比 MOEMS 陀螺更广泛，早在上世纪 90 年代初就有了 MOEMS 加速度计的报道，MOEMS 加速度计产品已得到实际应用，是极具应用潜力的下一代加速度计。量子（原子）加速度计已进入实验室样机研究阶段，是未来超高精度战略级加速度计的代表。美国政府问责局（GAO）2019 年发布报告称美陆

40、军到本世纪中叶有望实现量子定位和导航能力。量子惯性导航技术的优势在于：一是拒止环境下可用；二是其精度比传统导航手段高约 1000 倍。一旦成功问世，该技术将应用到商业领域，同时也会对军事领域未来几代武器装备的发展产生深远影响。表表 6、各类加速度计精度比较各类加速度计精度比较 分类分类 摆式积分摆式积分陀螺陀螺陀陀螺加速度计螺加速度计 石英石英挠性摆式加挠性摆式加速度计速度计 石英振梁加速度石英振梁加速度计计 MEMS 加速度加速度计计 原子加速度计原子加速度计 精度精度（零偏稳定（零偏稳定性）性）0.1g 51000g 110g 0.11mg 10ng 资料来源：轻小型惯性导航系统研究综述，

41、董铭涛，兴业证券经济与金融研究院整理 2.5、各类惯性仪表应用情况预测、各类惯性仪表应用情况预测 下图为美国 MIT 学者 George T 在 2011 年年预测的各类型陀螺仪短期和长期的应用情况。短期来看，MEMS 陀螺和光纤陀螺将取代众多激光陀螺和机械陀螺的应用市场；长期来看，MEMS 陀螺和 MOEMS 陀螺将占据中低精度陀螺的主要市场。图图 3、陀螺仪应用短期预测、陀螺仪应用短期预测 图图 4、陀螺仪应用长期预测、陀螺仪应用长期预测 资料来源：INS/GPS Technology Trends，George T，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源：INS/GPS Technolo

42、gy Trends，George T，兴业证券经济与金融研究院整理 下图为美国 MIT 学者 George T 在 2011 年预测的各类型加速度计短期和长期的应用情况。短期来看，低精度市场将由 MEMS 加速度计占据，高精度市场将由机械加速度计（指 PIGA 加速度计等）和谐振加速度计（指石英振梁加速度计等）占据。长期来看，MEMS 加速度计和 MOEMS 加速度计将占据中低精度加速度计的主要市场。图图 5、加速度计应用短期预测、加速度计应用短期预测 图图 6、加速度计应用长期预测、加速度计应用长期预测 资料来源：INS/GPS Technology Trends，George T，兴业证券

43、经济与金融研究院整理 资料来源：INS/GPS Technology Trends，George T，兴业证券经济与金融研究院整理 这样预测的原因有两方面：1）MEMS 惯性仪表的性能会如过去几十年一样成数量级提升；2）在一个芯片上集成六个惯性传感器是将 INS/GPS 组合导航系统的价格降低到 1000 美元的唯一方法。MEMS 惯性仪表价格的低廉与其生产材料和生产方法有关。早期，MEMS 惯性仪表多采用石英材料，因为石英材料的品质因数Q值很高，但石英材料加工难度大，成本高。因为硅材料结构完整，弹性好，也比较容易得到高 Q 值的微机械结构，所以目前 MEMS 惯性仪表多采用硅材料，硅材料可采

44、用传统集成电路（IC）加工工艺，在一片 3 英寸或 4 英寸的硅片可以制作成百上千个硅微惯性器件，每个器件的体积重量都很小，而且单个器件的成本很低。正是因为硅微惯性器件展现出了多种优势，各国加大了提高相关加工工艺水平的力度，取得了多个突破性的进步，促使 MEMS 惯性仪表的性能迅速提高。下图展示了惯性仪器技术和性能对 INS 或 INS/GPS 组合惯导系统成本的预测（相对来讲 GPS 接收器的成本微不足道）。这些系统分为：1）搭配任意类型加速度计的激光陀螺或光纤陀螺系统；2）石英陀螺仪和石英加速度计组合而成的石英系统；3）MEMS 或 MEOMS 系统。显然，MEMS 或 MEOMS 系统成

45、本最低，但要达到最终的低成本，必须达到数百万的产量。图图 7、各类型惯导系统成本预测、各类型惯导系统成本预测 资料来源：INS/GPS Technology Trends，George T，兴业证券经济与金融研究院整理 2.6、各类惯性仪表、各类惯性仪表现阶段实际现阶段实际应用情况应用情况 目前各级别主要采用的惯性仪表情况如下表所示。特别地，随 MEMS 惯性仪表的精度不断提高，其已可应用于导航级领域。表表 7、各级别采用的惯性仪表、各级别采用的惯性仪表 战略级战略级 导航级导航级 战术级战术级 消费级消费级 陀螺仪陀螺仪 静电陀螺仪、激光陀螺仪、光纤陀螺仪 激光陀螺仪、光纤陀螺仪、动力调谐陀

46、螺仪、MEMS 陀螺仪 激光陀螺仪、光纤陀螺仪、动力调谐陀螺仪、MEMS 陀螺仪 MEMS 陀螺仪 加速度计加速度计 机械摆式加速度计（指PIGA 加速度计等）、石英加速度计 机械摆式加速度计（指PIGA 加速度计等）、石英加速度计、MEMS加速度计 石英加速度计、MEMS加速度计 MEMS 加速度计 资料来源：芯动联科招股说明书，兴业证券经济与金融研究院整理 根据 Yole 在 2022 年发布的High-End Inertial Sensing，在战术级和导航级应用领域，两光陀螺仍分别占据了 78%和 92%的市场份额，在战略级应用领域，激光陀螺仪仍占据 72%的市场份额。由此可见，目前

47、MEMS 陀螺仪的渗透率还未达到George T 的预测。不过，根据 Yole 的统计与分析，各类陀螺仪的渗透率提升模式大致相似，即早、中、后期呈现渗透率提升速度慢、快、慢的特征，据其最新的分析，目前 MEMS 陀螺仪正处于渗透率提升速度较快的中期阶段。图图 8、各类陀螺仪市场渗透率提升分析、各类陀螺仪市场渗透率提升分析 资料来源：high end inertial sensing 2022，Yole，兴业证券经济与金融研究院整理 3、MEMS 惯性仪表惯性仪表 3.1、MEMS 惯性仪表概况惯性仪表概况 MEMS（微机电系统）是精细加工的一种，它是建立在微米/纳米技术（micro/nanot

48、echnology）基础上的 21 世纪前沿技术。MEMS 这一概念在国际上尚未有统一的名称和定义：美国在这一方面的研究是在半导体集成电路（Integrated Circuit，IC）工艺技术基础上延伸和拓展而来的，故称之为 MEMS，这也是目前广为使用的名称；欧洲称之为 Microsystem，即微系统，这一称谓更强调系统的观点，即如何将多个微型化的传感器、执行器、处理电路等元部件集成为一个智能化的有机整体；在精密机械加工方面有传统优势的日本则称之为 Micromachine，即微机器，或微机械。MEMS 系统主要包括微型传感器/执行器和相应的处理电路。作为输入信号的自然界各种信息首先通过传

49、感器转换成电信号，经过信号处理后（包括模拟/数字信号间的变换）再通过微执行器对外部世界发生作用。传感器可以实现能量的转化，从而将加速度、热等现实世界的信号转换为系统可以处理的电信号。执行器则根据信号处理电路发出的指令自动完成人们所需要的操作。信号处理部分则可以进行信号转化、放大和计算等处理。MEMS 陀螺仪是采用 MEMS 技术生产的陀螺仪。其核心是一颗微机械（MEMS）芯片，一颗专用控制电路（ASIC）芯片及应力隔离封装。其工作原理为：MEMS芯片在 ASIC 芯片的驱动控制下感应外部待测信号并将其转化为电容、电阻、电荷等信号变化，ASIC 芯片再将上述信号变化转化成电学信号，最终通过封装将

50、芯片保护起来并将信号输出，从而实现外部信息获取与交互的功能。图图 9、MEMS 陀螺仪陀螺仪 资料来源：芯动联科招股说明书，兴业证券经济与金融研究院整理 MEMS 加速度计是采用 MEMS 技术生产的加速度计。MEMS 加速度计的核心是一颗 MEMS 芯片、一颗 ASIC 芯片及应力隔离封装。其产品构造与前述陀螺仪基 本相同。MEMS 加速度计利用敏感结构将线加速度的变化转换为电容（或其他物理量）的变化量，最终通过专用集成电路读出电容值的变化，得到物体运动的加速度值。产品主要包含加速度计敏感结构和 ASIC 芯片，ASIC 芯片由电容/电压变换电路。3.2、MEMS 惯性仪表惯性仪表材料及工艺

51、材料及工艺 MEMS 的材料与加工技术是 MEMS 技术的主要组成部分。MEMS 发源于微电子技术，其材料仍以硅为主，主要加工技术则借用了半导体工艺。不过，由于 MEMS的应用涉及多个领域，其材料与加工手段要比集成电路（IC）丰富得多。图图 10、MEMS 与半导体工艺与半导体工艺 资料来源：High G MEMS IMUs&Common Guidance，Nigel，兴业证券经济与金融研究院整理 一种 MEMS 器件，往往对应一种工艺，这说明了 MEMS 的天然属性。MEMS 的微机械可动结构是 IC 不具备的，由于这种专用性和特殊性，导致 MEMS 最初的发展模式是非标准化的。为了降低成本

52、，MEMS 厂商可能会牺牲 MEMS 器件本身的一部分性能来寻求标准化工艺。因此，MEMS 厂商会依据不同器件的共同特点进行分类，朝着共用性强的几个标准化方向发展。由于 MEMS 器件种类繁多，从某个局部或类别来讲，MEMS 工艺是标准化的；但是从整体来讲，MEMS 工艺是无法实现标准化。MEMS 加工工艺技术主要分为硅基微机械加工工艺硅基微机械加工工艺和非硅基微机械加工工艺非硅基微机械加工工艺两种。硅基微机械加工工艺主要是以美国为代表的利用化学腐蚀技术或集成电路（IC）工艺对硅材料进行加工的方法，其加工手段有表面微机械加工表面微机械加工、体硅微机械加工体硅微机械加工、SOI 技术技术和复合微

53、机械加工技术复合微机械加工技术等。非硅基微机械加工技术主要有 LIGA 加工技加工技 术术（德文 Lithograpie 光刻，Galvanoformung 电铸和 Abformung 塑铸三个词的缩写）、激光微加工技术激光微加工技术和紫外线厚胶光刻工艺技术紫外线厚胶光刻工艺技术等。MEMS 硅基微加工技术可走向标准化 IC 工艺，可以实现微机械和电子系统的集成，而且适合于批量生产，已经成为 MEMS 系统的主体技术。CMOS 工艺已经在IC 制造中广泛采用，用它来实现 MEMS 的量产，既不用更换设备，材料也是标准的，从而 MEMS 的制造可以获得低成本和高产出率的优势，同时，大批量的生产保

54、证了所有设备和工艺都能够按照规定进行测试，晶圆在整个制造过程中可以受到连续监控，进而可以减少差异，提高良品率。使用标准技术生产出来的 MEMS器件也将很容易集成到其它系统中，在某种意义上讲，MEMS 可以看成是 CMOS集成电路的扩展，MEMS 为整个系统提供了获取信号的微传感器和执行命令的微执行器。一般芯片只是利用了硅半导体的电气特性，而 MEMS 则结合了芯片的电气和机械可动结构两种特性，在微小尺度上实现了与外界电、热、光、声、磁信号的相互作用。MEMS 硅基微加工技术既有传统性，也有特殊性。比如：虽然 MEMS 硅基微加工技术采用了传统的 IC 工艺，如光刻、刻蚀、键合等。但鉴于 MEM

55、S 器件结构的特殊性，MEMS 加工与传统 IC 加工又有很大不同。如在光刻环节，MEMS 要采用双面光刻机和大景深光刻，其中，双面曝光的对准是 MEMS 光刻的关键步骤。也应看到，还有很多非硅、流体或磁 MEMS 产品，这些产品要形成标准化 IC 工艺还非常困难。以石英材料为例，相对于硅材料的微加工工艺来说，石英的微加工工艺还是处于早期的湿法腐蚀阶段，加工方法单一、精度低。同时石英材料复杂的晶向结构也导致湿法腐蚀很难加工出复杂的传感器整体结构，成品率难以控制导致成本较高。表表 8、MEMS 加工工艺技术和加工工艺技术和 IC 加工工艺技术的比较加工工艺技术的比较 名称名称 MEMS 加工工艺

56、 IC 加工工艺 光刻技术光刻技术 双面光刻技术 单面光刻技术 腐蚀技腐蚀技术术 干法 深层、高深宽比腐蚀 薄膜腐蚀 湿法 各向异性腐蚀、自停止技术、深层体硅腐蚀 各向同性腐蚀、阳极腐蚀、电钝化腐蚀、限于表面加工。牺牲层技术牺牲层技术 表面微加工工艺，与 IC 工艺兼容，用于制造表面活动结构。一般不用 键合技术键合技术 SI/SI 直接键合、SI/玻璃阳极键合。高温键合制作 SOI 材料 LIGA 技术技术 制作高深宽比结构、成本高。无 资料来源：基于 SOI 技术的 MEMS 惯性加速度计的设计与优化，赵文静，兴业证券经济与金融研究院整理 硅基微机械加工工艺硅基微机械加工工艺 表面微机械加工

57、技术（表面微机械加工技术（Surface Micro Machining）：是利用 IC 平面加工技术来加工微机械装置，其最大优点是与 IC 加工工艺完全兼容，采用该技术制造的机械结构都是二维结构。表面微加工器件由牺牲层、微结构层和绝缘层这 3 个部分的器件构成。表面微加工技术需要在基底上面构造器件材料层，掩模的设计和生产比较复杂，且必须要腐蚀掉牺牲层，整个技术工艺耗时长、成本较高。表面微加工技术有很多优点，它不受硅晶片厚度的限制，薄膜材料的选择范围较大，能够加工一些较复杂的结构形状，还可用来构造大长宽比（即硅片平面内的长度远大于宽度）的结构，也可采用多层结构层、固定层和牺牲层来构造压力传感器

58、、加速度计和微陀螺等微型器件。采用这种工艺比较著名成熟的是 ADI 公司的 ADXI 系列产品，广泛用于汽车行业，并已形成产业化发展趋势，成为全球最大的 MEMS惯性传感器供应商。体硅微机械加工（体硅微机械加工（Bulk Silicon Micromachining）技术）技术：是将整块材料（如单晶硅片）加工成微机械结构的工艺，其工艺尺度较大且比较粗糙，它是选择性的去除硅衬底，并形成微机械元件的一种工艺。体硅微机械加工是一种有效且非常便利的微机械加工方式，可以方便形成各种微机械结构，特点是工艺简单成熟；成本低、但材料损失大；受所用硅晶片厚度限制，适用于表面尺寸远大于深度尺寸的结构。体硅腐蚀可以

59、按所用腐蚀剂的不同分为干法腐蚀和湿法腐蚀，也可以根据腐蚀剂对单晶硅各晶面腐蚀速率的不同分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀，大多数液体腐蚀剂的腐蚀速度可由掺杂剂和电化学偏压进行调节控制，其中最为常用的是硅各向异性腐蚀。根据刻蚀途径的不同，体硅微机械加工还分为硅的各向异性化学湿法腐蚀技术、熔解硅片技术、反应离子深刻蚀（Reaction Ion Etch，RIE）技术。斯坦福大学一直在研究开发深度反应离子刻蚀（DRIE）技术，这种技术将可能实现对硅材料的刻蚀深度达 200m，并可获得接近理想状态的垂直刻蚀、窄沟道及孔的刻蚀，还可以保持较高的精度。同时，这技术也促进了 MEMS 技术在生物医学领域、航空航

60、天领域以及军事领域的进一步应用。SOI 技术：技术：SOI 技术是集成电路进入亚微米级后突破体硅材料和硅集成电路限制而出现的新型集成电路工艺技术。SOI 指的是绝缘基底上的硅，其结构可以是绝缘基底 Si 层加顶层单晶 Si 层的双层结构，也可以是以绝缘薄层为中间层的三明治结构。IBM 公司对于 45nm 的体硅器件和 SOI 器件进行性能比较结果说明：在相同漏电流的情况下，SOI 器件结构的整体性能相对于体硅器件结构性能提高了30%。Ireland 公司在这方面也进行了相关研究和试验，最终结果表明，在相同性能下，SOI 器件结构的功耗可以降低 40%。同时，IBM 公司还在不变化最初设计和当前

61、工艺水平条件的情况下进行了 SOI 器件结构运作速度的研究，结果表明采用 SOI 技术的器件结构使采用同样工艺的 CMOS 电路的速度提高了很多；基于SOI 技术的 CPU 芯片速度比采用体硅工艺的芯片提高了近 100MHz。随着微型电 子产品的快速发展和应用，SOI 技术将成为 0.1m 左右低压低功耗集成电路的主流技术，也被公认为是“21 世纪硅集成电路技术”的基础。非硅基微机械加工工艺非硅基微机械加工工艺 LIGA：是德国 Karlsruhe 研究中心开发的利用 X 射线光刻技术，通过电铸成型和注塑形成深层微结构的方法，利用 LIGA 技术可以加工各种金属、塑料、陶瓷等材料，利用此方法制

62、作的结构形状深宽比大、准确度高、垂直度高，并且易批量生产。近几年，在保持微米级较小分辨率的前提下，通过把普通的近紫外线光刻技术扩展到厚抗腐蚀层（1580m）的光刻技术，然后通过电铸技术加工制造出三维的金属结构，这就是准 LIGA 加工工艺。目前，正在开发高能紫外线光源和深层紫外线光刻胶技术，以期进一步扩大其应用范围。激光微加工技术激光微加工技术：是通过改变光束的强度和扫描幅度对基片表面的光刻胶进行曝光，然后进行显影，最后采用刻蚀、沉淀、掺杂等工艺按光刻胶模型加工成微机械结构，它具有工艺简单、成本低等优点，而紫外线厚胶光刻工艺技术作为高深宽比微机械结构制造的关键工艺，已成为微机械工艺技术研究的热

63、点，目前应用较多的紫外光刻厚胶技术是 SU-8，它具有高的热和化学稳定性，以及有良好的力学性能，并且在紫外光刻中，曝光量均匀，可以形成结构复杂、深宽比大的微型结构。3.3、MEMS 惯性仪表惯性仪表分类分类 MEMS 陀螺仪可以从振动结构、材料、加工方式、驱动方式等几个方面进行分类；MEMS 加速度计可以从检测方式、敏感轴数目、运动方式等几个方面进行分类。图图 11、MEMS 陀螺仪分类陀螺仪分类 图图 12、MEMS 加速度计分类加速度计分类 资料来源：MEMS 惯性传感器研究现状与发展趋势，李晓阳，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源：MEMS 惯性传感器研究现状与发展趋势，李晓阳，兴业

64、证券经济与金融研究院整理 4、MEMS 惯性仪表惯性仪表的的军事军事应用应用 4.1、MEMS 惯性仪表惯性仪表军事应用军事应用优势优势 相比于传统惯性仪表，MEMS 惯性仪表具有以下特点，这些特点使其适合应用于军事领域：1)体积小、质量轻、功耗低：体积小、质量轻、功耗低：通过半导体加工工艺制作，因而整个芯片不仅体积微小而且重量非常轻，功耗微乎其微。2)成本低：成本低：多采用硅作为加工材料，在一片 3 英寸或 4 英寸的硅片可以制作成百上千个微惯性器件，当采用成熟的工艺大批量生产时，成品率很高，单个器件的成本微不足道。一般来说，能测量 6 个自由度的传统惯性仪表需要 10万元以上，而若采用 M

65、EMS 惯性仪表，成本可以降至数万元。3)可靠性高：可靠性高：因为没有高速旋转的转子，可视为固态装置，所以工作寿命长、抗冲击，甚至可以承受 100000g 以上的冲击；随着尺寸的减小，与尺寸 3 次方成正比的惯性力、体积力及电磁力等的作用将明显减弱，容易获得高灵敏度和快响应；随着尺寸的减小，元器件材料内部缺陷出现的可能性减小，因而元器件材料的机械强度会增加；由于体积小、重量轻、成本低，特别适合于采用冗余配置方案，使可靠性得到进一步提高；高集成度可将惯性器件和电子线路集成在同一芯片上，减少了干扰。4)测量范围大：测量范围大：对于传统的加速度计，由于其检测质量较大，不宜测量高 g 的加速度，而 M

66、EMS 微加速度计检测质量很小，可以用来进行高 g 的测量。对于传统的转子陀螺仪，由于其动量矩较大，测量范围受到力矩器等诸多因素的制约，而 MEMS 陀螺仪可以很容易达到较大的测量范围。下图是美国精确弹药中心专家 Nigel 于 2001 年对几款已经量产或正在研制的激光陀螺、光纤陀螺、MEMS 陀螺的比较。由图可见，MEMS 陀螺的体积、重量、功率、价格、可靠性指标均明显好于激光陀螺与光纤陀螺。图图 13、军用陀螺仪指标比较军用陀螺仪指标比较 资料来源：High G MEMS IMUs&Common Guidance，Nigel，兴业证券经济与金融研究院整理 4.2、MEMS 惯性仪表惯性仪

67、表军事领域可用范围军事领域可用范围广泛广泛 影响 MEMS 惯性仪表在军事领域可用范围的主要因素之一是精度。下图展示了不同零偏稳定性（精度指标之一）的陀螺仪（在没有 GPS 辅助时）对制导弹药命中指标的影响。由图可见，1000/h、10/h、1/h 精度的陀螺仪可使制导弹药在 6km射程时的 CEP（圆概率误差）达到 200 米、40 米、10 米。图图 14、MEMS 陀螺仪精度对弹药陀螺仪精度对弹药 CEP 影响影响 资料来源：High G MEMS IMUs&Common Guidance，Nigel，兴业证券经济与金融研究院整理 2011 年美国 MIT 学者 George T 对当时

68、陀螺仪的可用范围进行了分析。分析从零偏稳定性和标度因数稳定性两个精度指标入手，根据武器装备的需求以及当时各类陀螺仪可达到的指标值，划定能够应用于特定武器装备的陀螺仪类型。图中显示，按 2011 年的指标状态，MEMS 陀螺仪可以应用于灵巧弹药、机器人、战术导弹、鱼雷等。据灵巧弹药发展概述，灵巧弹药指在外弹道某段上能自身搜索、识别目标，或者自身搜索、识别目标后还能跟踪目标，直至命中和毁伤目标的弹药，包含弹道修正弹、制导炸弹、制导火箭弹、制导炮弹、末敏弹、广域值守弹药和巡飞弹等。图图 15、2011 年各类陀螺仪可用范围分析年各类陀螺仪可用范围分析 资料来源：INS/GPS Technology

69、Trends，George T，兴业证券经济与金融研究院整理 2011 年美国 MIT 学者 George T 对当时加速度计的可用范围进行了分析。分析同样从零偏稳定性和标度因数稳定性两个精度指标入手，根据武器装备的需求以及当时各类加速度计可达到的指标值，划定能够应用于特定武器装备的加速度计类型。图中显示，按 2011 年的指标状态，MEMS 加速度计不仅可以应用于战术导弹，更是可以应用于巡航弹、潜艇等长航时武器。图图 16、2011 年各类加速度计可用范围分析年各类加速度计可用范围分析 资料来源：INS/GPS Technology Trends，George T，兴业证券经济与金融研究院整

70、理 特别地，美国 Draper 实验室还专门针对 MEMS 惯性仪表适配于导弹的情况进行了分析。分析从零偏稳定性这一精度指标入手，根据各类导弹的指标要求以及当时 MEMS 惯性仪表可达到的指标值，判定 MEMS 惯性仪表是否能够满足于特定类型导弹的需要。图中显示，按 2011 年的指标状态，MEMS 加速度计可以满足绝大部分导弹的使用需要，而 MEMS 陀螺仪仅能满足空空、地空和部分空地导弹的需要，尚不能满足地地以及远程导弹的需要。表表 9、MEMS 惯性仪表适配于导弹的情况分析惯性仪表适配于导弹的情况分析 蓝色表示 MEMS 惯性仪表可以满足 导弹类型导弹类型 陀螺仪（陀螺仪（/(hr)）加

71、速度计加速度计(g）空对空空对空 10-100 500-1000 地对空地对空 10-100 500-1000 空对地空对地 0.1-10 50-500 中程制导中程制导 0.01-1.0 20-200 地对地地对地 0.001-0.1 5-100 长距离长距离 0.001-0.01 5-50 资料来源：Inertial MEMS Systems and Applications，N.Barbour，兴业证券经济与金融研究院整理 4.3、MEMS 惯性仪表军事惯性仪表军事应用应用现状现状 MEMS 惯性仪表在军事领域已有较为成熟的应用。下图是美国 Draper 实验室 2011年给出的当时各类

72、惯性仪表的成熟度。图中显示，2011 年战术级 MEMS 陀螺仪和加速度计都已进入批量生产阶段，导航级 MEMS 陀螺仪处于工程模型阶段，战略级和导航级 MEMS 加速度计处于工程模型与原理样机之间。图图 17、陀螺与加速度计技术成熟度、陀螺与加速度计技术成熟度 资料来源：Inertial Navigation Sensors，N.Barbour，兴业证券经济与金融研究院整理 历经多年发展，军事领域出现了几款有代表性的 MEMS 惯性仪表产品。其中有MEMS 加速度计与光纤陀螺仪组合而成的 IMU，也有 MEMS 加速度计和 MEMS陀螺仪组合而成的 IMU。据Inertial MEMS Sy

73、stems and Applications，一些制造商可以提供具有战术级性能的全 MEMS IMU（陀螺仪和加速度计均选用 MEMS产品），全 MEMS IMU 目前（2011 年）局限于战术级别应用的主因在于陀螺而非加速度计。从典型 MEMS 惯性仪表的应用来看，MEMS 加速度计的应用范围更广。下文具体介绍 Litton SiACTM硅微加速度计、RBA 500 石英振梁加速度计、SiIMU、HG1930 IMU 的应用情况。SiACTM硅微硅微加速度计加速度计 SiACTM硅微加速度计是一种单质量块三轴加速度计，是中高精度 MEMS 加速度计的典型代表，SiAcTM硅微加速度计的性能已

74、能满足在 GPS 拒止条件下独立导航18 分钟的战术级武器需要。SiACTM与光纤陀螺仪共同组成 LN-200 IMU。诺斯罗普 格鲁曼公司自 1994 年至今已经向 100 多家客户交付了超过 20000 套LN-200 IMU。LN-200 是一种体型小、重量轻、可靠性高的惯导，现已在多种卫星（如“克莱门汀”月球探测器）、“火星漫游者”火星车、AGM-142 空地导弹、BQM-74E 亚声速靶机、“兰天”机载吊舱式光电系统、“全球鹰”无人机、“捕食者”无人机、“先进中距空空导弹”、MK-48 鱼雷、Sting Ray 鱼雷、CH-46 直升机、RAH-66 直升机、MB339 教练机、雷达

75、（运动补偿系统）等平台上得到应用，并在远程制导火箭弹先进技术演示项目（GMLRS ATD）中得以应用。上述平台简介如下。“克莱门汀克莱门汀”月球探测器：月球探测器：克莱门汀号（Clementine，正式名称是 Deep Space Program Science Experiment，意为外太空计划科学实验）是由美国弹道导弹防御组织和 NASA 共同执行的月球任务。该探测器发射于 1994 年 1 月 25 日。该任务的目的是要测试长时间暴露在太空环境下科学仪器的感应器和卫星组件的状态，并且进行月球和近地小行星 1620 的探测任务。小行星任务部分因为仪器损坏而未执行。图图 18、“克莱门汀号

76、克莱门汀号”探月器探月器 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 “火星漫游者火星漫游者”火星车火星车：火星漫游者是美国国家航空航天局的 2003 年火星探测计划。这项计划的主要目的是将勇气号（Spirit，MER-A）和机遇号（Opportunity，MER-B）两辆火星车送往火星，对火星进行实地考察。图图 19、“火星漫游者火星漫游者”火星车火星车 资料来源：诺斯罗普 格鲁曼公司官网，兴业证券经济与金融研究院整理 AGM-142 空地导弹：空地导弹：“大力水手”是以色列研制和使用的空对地导弹系列，其中有多个型号是为以色列和出口用户研制的。据推测，“大力水手”的一种远程潜射巡航导弹

77、变型已被用于以色列的核潜艇部队。美国在使用中，“大力水手”导弹被命名为 AGM-142，主要装备于 B-52H 轰炸机，使其能够在足够的射程内攻击高价值的固定目标，并提供防御保护。图图 20、AGM-142 空地导弹空地导弹 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 10、AGM-142 空地导弹空地导弹 服役时间服役时间 生产商生产商 作用距离作用距离 重量重量 长度长度 直径直径 翼展翼展 1985 年至今 拉斐尔公司 78km 1360kg 4.82m 533mm 198cm 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 先进中距空空导弹：先进中距空空导弹：AIM-12

78、0 先进中距空对空导弹（AMRAAM）是美国的一种超视距空对空导弹，能够全天候昼夜作战。截至 2008 年，AMRAAM 已为美国空军、美国海军和 33 个国际客户生产了 14,000 多枚。AMRAAM 已在数次交战中使用，在伊拉克、波斯尼亚、科索沃、印度和叙利亚上空的冲突中取得了 16 次空对空击杀的战绩。图图 21、AIM-120 先进中距空对空导弹（先进中距空对空导弹（AMRAAM）资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 11、AIM-120 先进中距空对空导弹（先进中距空对空导弹（AMRAAM）服役时间服役时间 生产商生产商 价格价格 最大速度最大速度 作用距离作用距

79、离 重量重量 长度长度 直径直径 翼展翼展 1991 年至今年至今 雷神公司 109 万美元 4 马赫 105km160km 161.5kg 3.65m 178mm 484mm 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 BQM-74E 亚声速靶机：亚声速靶机：BQM-74 是诺斯罗普 格鲁曼公司生产的一系列靶机，包括 MQM-74A、MQM-74C 和 BQM-74E 等型。它们是可回收、遥控的亚声速空中目标，速度可达 0.86 马赫，高度为 30 至 40,000 英尺（10 至 12,000 米）。截至2006 年，该系列靶机已交付超过 8500 架，每年平均执行 250 次飞行任

80、务。图图 22、BQM-74 亚声速靶机亚声速靶机 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 “捕食者捕食者”无人机：无人机：MQ-1 捕食者（Predator）被美国空军描述为“中海拔、长时程”（MALE，Medium-Altitude，Long-Endurance unmanned aircraft system）无人机系统，由通用原子公司研制，单价约 403 万美元（2010 年），已交付约 360 架。“捕食者”无人机可以扮演侦察角色，可发射两枚 AGM-114 地狱火飞弹。从 1995 年服役以来，该型飞机参加过阿富汗、巴基斯坦、波斯尼亚、塞尔维亚、伊拉克、也门和利比亚的战斗

81、。图图 23、“捕食者捕食者”无人机无人机 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 “全球鹰全球鹰”无人机：无人机：RQ-4 全球鹰（英语：Global Hawk）是由诺斯罗普 格鲁曼公司生产的无人机，主要服役于美国空军与美国海军。它可以提供后方指挥官综观战场或是细部目标监视的能力。白天监视区域超过 100,000 平方公里。1999 年首飞，单价约为 5100 万美元（2002 年）。图图 24、“全球鹰全球鹰”无人机无人机 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 “兰天兰天”机载吊舱式光电系统：机载吊舱式光电系统：夜间低空导航暨红外线瞄准吊舱（英语：Low Altitu

82、de Navigation and Targeting Infrared for Night）或兰天（LANTIRN），由马丁 马瑞塔公司开发，为一组结合了导航和红外线瞄准吊舱的系统，配备 LANTIRN 吊舱的战机可以在夜间及任何气候下皆可执行飞行作战。第一批 LANTIRN 吊舱在 1987年 3 月 31 日拨交美国空军，1989 年 9 月达成初期作战能力标准，首次作战为 1991年的波斯湾战争。LANTIRN 在 F-15E 攻击鹰式战斗轰炸机、F-16 战隼战斗机（第40/42 批次 C/D 型）和 F-14 雄猫式战斗机等机型中使用。图图 25、“兰天兰天”机载吊舱式光电系统机载

83、吊舱式光电系统 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 MK-48 鱼雷鱼雷：Mk-48 型鱼雷（Mark 48 torpedo）是美国海军潜舰的主力重型鱼雷，能够对付水面与水下的各类目标，也是美国官方公开描述，可以达到苏联阿尔发级潜艇的潜深（800 米）并且予以追踪攻击的鱼雷。除了美国海军以外，也同时外销到其他国家海军。Mk-48 有两种主要型号，第一种是原始型，包含衍生的修改升级型 Mod 0 到 Mod 4，第二种是先进能力型（ADCAP），包含 Mod 5 以后的各型 Mk 48 型鱼雷。图图 26、MK-48 鱼雷鱼雷 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表

84、 12、MK-48 鱼雷鱼雷 服役时间服役时间 生产商生产商 价格价格 最大速度最大速度 作用距离作用距离 重量重量 Mod 1：1972年至今 ADCAP：1988 年至今 Mod 1：Gould/霍尼韦尔 ADCAP：休斯飞机公司 89 万美元(1978 年)350 万美元(1988 年)28 节 55 节下 38 千米 40 节下 50 千米 3,434 磅(早期)3,695 磅(ADCAP)资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 Sting Ray 鱼雷鱼雷：出于不依赖美国鱼雷采购的愿望，英国于 1964 年启动了一项鱼雷研发计划。该鱼雷最初被命名为“海军和空军参谋部需求（N

85、ASR）7511”，后来在 20 世纪 70 年代末被命名为“Sting Ray”鱼雷。Sting Ray 鱼雷由 GEC-Marconi 公司制造（后被 BAE系统公司收购），于 1983 年开始服役。图图 27、Sting Ray 鱼雷鱼雷 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 13、Sting Ray 鱼雷鱼雷 服役时间服役时间 生产商生产商 最大速度最大速度 作用距离作用距离 重量重量 1983 年至今 GEC Marconi 公司（后被BAE 系统公司收购）45 节 811 千米 589 磅 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 CH-46 直升机：直升

86、机：CH-46“海骑士”是波音公司生产的一种纵列双旋翼运输直升机，价格 600 万美元（1987 年），已累计交付 524 架，服役年份为 1964-2004 年。它由美国海军陆战队（USMC）使用，且提供全天候、白天和晚上突击运输作战部队，额外的任务包括战斗支援，搜索与营救（SAR）等。加拿大也使用海骑士，命名为 CH-113，其他出口客户包括日本、瑞典和沙特阿拉伯。图图 28、CH-46 直升机直升机 资料来源：wikiwand，兴业证券经济与金融研究院整理 RAH-66 直升机：直升机：RAH-66 科曼奇（英语：Comanche）是一款由波音与塞考斯基为美国陆军合作开发，但在 2004

87、 年 2 月开发接近完成、即将投产的时点因计划终止而未能实际量产的先进军用直升机。RAH-66 是一款具有低可侦测性（匿踪）科技的设计，预定做为武装侦察任务用。如果加入美军服役，它将会是美军直升机之中首架设计专为全天候武装侦查任务与低可侦测性直升机。该直升机 1995 年的价格约为 1300 万美元。图图 29、RAH-66 直升机直升机 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 MB-339 教练机：教练机：MB-339 是意大利于第二次世界大战后自行研发的喷射教练机，1976 年 8 月首次试飞成功并于 1978 年开始交付意大利空军，已累计交付 213 架。图图 30、MB-33

88、9 教练机：教练机：资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 远程制导火箭弹远程制导火箭弹系统系统先进技术先进技术演示项目演示项目（Guided Multiple Launch Rocket System Advanced Technology Demonstration，GMLRS ATD）：参考下文 RBA 500 石英振石英振梁加速度计小节梁加速度计小节。RBA 500 石英振梁石英振梁加速度计加速度计 SundStrand 公司（后被 Allied Signal 公司收购，Allied Signal 公司后被 Honeywell公司收购）研制的 RBA500 加速度计是一种石英

89、振梁式的 MEMS 加速度计。石英晶体作为天然的谐振器加工材料，具有硅材料所不具备的个优势：固有的压电特性和良好的谐振器材料特性，前者使谐振式加速度计易于激励振动，后者保证传感器具有高的品质因数、低噪音和高精度。但是，相对于硅材料的微加工工艺来说，石英的微加工工艺还是处于早期的湿法腐蚀阶段，加工方法单一、精度低。同时石英材料复杂的晶向结构也导致湿法腐蚀很难加工出复杂的传感器整 体结构，成品率难以控制导致成本较高。RBA500 石英振梁加速度计与激光陀螺共同组成 HG1700 IMU，HG1700 作为一种低成本激光惯导，可应用于战术导弹、智能弹药、防区外武器和无人飞行器上，目前已累计生产 20

90、 万套，美国联合直接攻击弹药（JDAM）（早期采用，现阶段使用全 MEMS 惯导，具体情况参见下文 HG1930 IMU 小节）、小直径制导炸弹（SDB）和 GMLRS 火箭弹均采用该惯性测量组件。RBA500 石英振梁加速度计与 MEMS 陀螺共同组成 HG1900 IMU，HG1900 作为HG1700 的低成本改进方案，可满足战术导弹、智能弹药的应用需求，可作为HG1700 的替代产品，主要应用于激光制导武器，典型代表为宝石路炸弹（Paveway）。小直径制导炸弹（小直径制导炸弹（Small Diameter Bomb，SDB）：GBU-39/B 小直径炸弹（SDB）是一种重 250 磅

91、（110 千克）的精确制导滑翔炸弹，旨在为飞机提供携带更多数量、更精确炸弹的能力。美国空军的大多数飞机都能携带一包四枚 SDB。地面发射小直径炸弹（GLSDB）后来被开发出来，使 SDB 能够从各种地面发射器和配置中发射。图图 31、小直径制导炸弹、小直径制导炸弹（Small Diameter Bomb，SDB）资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 14、小直径制导炸弹（、小直径制导炸弹（Small Diameter Bomb，SDB）服役时间服役时间 生产商生产商 制造数量制造数量 价格价格 作用距离作用距离 重量重量 精度精度 2006 年至今 波音公司 超过 17000

92、 枚 约 4 万美元 150km 129kg 1m CEP 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 GMLRS 火箭弹：火箭弹：多管火箭炮系统（Multiple Launch Rocket System，MLRS）包含M270 和 M142（海马斯）两种火箭炮，可发射 MLRS 系列火箭弹（MFOM）和MGM-140 ATACMS 制导导弹。MLRS 系列火箭弹早期为 M26、M27、M28、M29等非制导型。1994 年，美国陆军启动了 GMLRS ATD 项目，以开发 M26 的制导衍生型火箭弹。GMLRS ATD 项目旨在给非制导的 M26 火箭弹研制一款低成本的 制导系统（目

93、标成本为 12000 美元），制导系统由惯导和 GPS 组合而成。该项目在 1993 年组织实验，惯导系统分别使用霍尼韦尔公司 HG1700 型 IMU 和诺斯罗普 格鲁曼公司 LN-200 型 IMU 进行测试，测试中测试中 HG1700 达到精度要求而达到精度要求而 LN-200 没有达到精度要求。没有达到精度要求。该项目已于 1999 年顺利结束并转入工程研制阶段，制导化改造后的 M26 被命名为 M30。此后美国又进一步研制出 M31 型制导火箭弹。M30/31 制导火箭弹最大射程可达 70 公里，是早期型 M26 无制导火箭弹的两倍以上，其圆概率误差也仅为数米，很接近半主动激光制导的

94、打击精度。更重要的是，M30/31 型制导火箭弹的造价也只有 10 万美元，比“陶”式反坦克导弹还要便宜，性价比非常高。该火箭弹一进入部队服役，美国陆军便开始在苦战连连的阿富汗以及伊拉克战场上大量使用。鉴于阿富汗和伊拉克战场优异表现，因此，从服役至今美国陆军为现役 M270 火箭炮和 M142 火箭炮采购的基本上都是 M30/31 型火箭弹，而不再采购 M26 系列无制导火箭弹。据2023 年国防预算概览，美国2022 年采购 6374 发 GMLRS 火箭弹，2023 年采购 4718 发 GMLRS 火箭弹。宝石路宝石路（Paveway）：宝石路 IV 是英国雷神公司生产的一种 GPS/I

95、NS 和激光制导双模式炸弹。该武器将制导组件添加到改进型 Mk 82 通用炸弹上，并提高了穿透性能。它既可以只使用惯性测量单元（IMU）发射，也可以使用全球定位系统制导发射。图图 32、宝石路宝石路（Paveway）资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 SiIMU 英国宇航系统公司的 SiIMU 包含 3 个硅微振动陀螺（SiSVG）和 3 个硅加速度计，已成功应用于英国垂直发射海狼导弹系统（Block2 项目）、美国海军 ERGM（Extended Range Guided Munition，增程制导弹药）和“旋转弹体导弹”（RAM）等制导武器中。这些制导武器的简要情况如下。垂直

96、发射垂直发射“海狼海狼”导弹系统导弹系统：“海狼”是一种海军地对空导弹系统，由英国宇航公司（BAC）设计和制造，后改为英国宇航（BAE）动力公司，现为 MBDA 公司。它是一种自动点防御武器系统，用于防御掠海和高角度反舰导弹和飞机。英国皇家海军装备了两种型号，即 GWS-25 常规发射海狼（CLSW）和 GWS-26 垂直发射 海狼（VLSW）。在英国皇家海军服役的“海狼”正在被“海王”取代。图图 33、垂直发射垂直发射“海狼海狼”导弹系统导弹系统 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 15、“海狼海狼”导弹系统导弹系统 服役时间服役时间 生产商生产商 最大速度最大速度 重量

97、重量 长度长度 直径直径 翼展翼展 1979 年开始服役 MBDA 公司 3 马赫 82kg 1.9m 180mm 450mm 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 ERGM（Extended Range Guided Munition，增程制导弹药）：，增程制导弹药）：ERGM 是雷神公司为美国海军研制的一种精确制导火箭助推的 127 毫米炮弹。该项目经过 12 年的开发，耗资 6 亿多美元，于 2008 年 3 月被取消。研发阶段，该弹也被命名为 EX-171。ERGM 由 127 毫米 62 口径 Mark 45 Mod 4 火炮发射，原拟装备于伯克级驱逐舰 DDG-81 等

98、。可靠性不足是 ERGM 取消的因素之一，尽管 ERGM 的研发时间很长，但其工作可靠性却始终比不上老式但价格却低得多的激光制导炮弹 M712，2008 年 2 月，制导组件、火箭发动机和尾翼在测试中全部失效。成本上升是 ERGM 取消的另一个因素。炮弹的单位成本从 1997 年的 45000 美元增加到 2006 年的 191000 美元（M712 的单位生产价格约为 30000 美元），预计购买量从 8500 枚减少到约 3150枚。2008 年 3 月 19 日，海军正式取消了 ERGM 项目。图图 34、ERGM 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 16、ERGM

99、生产商生产商 价格价格 射程射程 精度精度 重量重量 长度长度 直径直径 雷神公司 约 19 万美元（2006 年）110km 20m CEP 50kg 1.55m 127mm 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 旋转弹体导弹旋转弹体导弹（RAM）：）：RIM-116 旋转弹体导弹（RAM）是一种小型、轻质、红外寻的地对空导弹，德国、日本、希腊、土耳其、韩国、沙特阿拉伯、埃及、墨西哥、阿联酋和美国海军都在使用。它最初主要是作为一种点防御武器来对付反舰导弹。旋转弹体导弹（RAM）与 Mk 49 导弹发射系统（GMLS）和辅助设备一起构成了 RAM Mk 31 导弹武器系统（GMWS

100、）。美国海军计划总共购买约 1600 枚 RAM 和 115 个发射系统，装备 74 艘舰艇。该导弹目前在杰拉尔德-福特级航空母舰、尼米兹级航空母舰、黄蜂级两栖攻击舰、美国级两栖攻击舰、圣安东尼奥级两栖运输船坞舰、惠德贝岛级船坞登陆舰、哈珀斯费里级船坞登陆舰和濒海战斗舰（LCS）上使用。图图 35、旋转弹体导弹（旋转弹体导弹（RAM）资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 17、旋转弹体导弹旋转弹体导弹 RAM 服役时间服役时间 生产商生产商 价格价格 射程射程 命中率命中率 重量重量 长度长度 1992 年至今 雷神公司和迪尔防务公司 约 90 万美元 10km 95%73.

101、5kg 2.79m 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 HG1930 IMU 霍尼韦尔公司的 HG1930 是目前世界范围内最为先进、装备应用最为广泛的MEMS IMU，其传感器均采用霍尼韦尔设计制造的硅基 MEMS 陀螺和 MEMS 加速度计。该款产品是霍尼韦尔公司基于 Draper 实验室的研究基础，经过 2004-2014年约 10 年的持续研发改进，于 2009 年左右基本定型，至 2013 年已十分成熟，并已批量应用于实战装备中。HG1930 的主要应用市场是无人机、制导炮弹、战术导弹、灵巧弹药和平台稳定控制，其已知的应用载体包括联合直接攻击弹药（JDAM）、雷神亚瑟王

102、神剑制导炮弹等。这些平台的简要情况如下。联合直接攻击弹药联合直接攻击弹药（JDAM）：）：联合直接攻击弹药（JDAM）是一种制导组件，可将无制导炸弹转化为全天候精确制导弹药，射程可达 15 海里（28 公里）。该系统的关键部件是一个带有空气动力控制面的尾翼、一个（机身）弹带套件以及一个惯性制导系统和全球定位系统制导控制单元的组合。当 JDAM 安装在无制导炸弹上时，炸弹名称变为 GBU（Guided Bomb Unit，制导炸弹单元）-XX，如安装了JDAM 的 Mark 84 炸弹被称为 GBU-31。JDAM 由美国空军和美国海军联合开发，因此在 JDAM 中使用了“联合”一词。从 199

103、8 年到 2016 年 11 月，波音公司完成了 30 多万套 JDAM 制导组件。截至 2024 年 1 月，共生产了 55 万套。与巡航导弹等相比，JDAM 炸弹价格低廉。JDAM 套件的最初成本估计为每套40,000 美元，但经过竞标后，以每套 18,000 美元的价格交付。JDAM 套件的成本加 Mk80 系列铁质炸弹、引信等的成本之和约 30,000 美元。相比之下，被称为“战术战斧”的最新型“战斧”巡航导弹的成本接近 730,000 美元（2006 财年）。图图 36、JDAM 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 18、JDAM 基本情况基本情况 服役时间服役时

104、间 生产商生产商 价格价格 发射平台发射平台 1999 年至今 波音公司 2.13.6 万美元（整弹价格）F-15E，F-16，F/A-18，F/A-18E/F，AV-8B，A-10，B-1B，B-52H，F-22，B-2A，F-35，MQ-9，MiG-29，Su-27，狂风，鹰狮 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 19、JDAM 各型号情况各型号情况 GBU-38 GBU-54 JDAM-ER GBU-32 GBU-55 GBU-31 GBU-56 弹头弹头 Mark82 Mark83 Mark84&BLU-109 发射重量发射重量 253.6kg 260.8268kg

105、 226kg 460.5kg 475kg 925.4961.4kg 961.6968.4kg 弹长弹长 2.352m 2.38m/3.035m 3.05m 3.8793.774m 3.85m 翼展翼展 356mm 431.8mm/498mm 635mm 642.6mm 最大距离最大距离 24km 72.5km 24km 精度精度 GPS:5m 惯性导航:30m 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 雷神亚瑟王神剑制导炮弹：雷神亚瑟王神剑制导炮弹：M982“神剑”（前身为 XM982）是美国陆军研究实验室（ARL）和美国陆军军备研究、开发和工程中心（ARDEC）合作开发的一种 155

106、毫米增程制导炮弹。它是一种全球定位系统和惯性制导弹药，可用于距离友军 75-150 米范围内的近距离支援，或用于目标距离平民太近而无法使用常规非制导炮火攻击的情况。2015 年，美国计划采购 7474 发，2015 财年项目总成本为 19.34 亿美元，平均每发成本为 258,777 美元。到 2016 年，每发成本降至 68,000 美元。截至 2018 年 10 月，已在战斗中发射了 1400 多发该型炮弹。图图 37、雷神亚瑟王神剑制导炮弹雷神亚瑟王神剑制导炮弹 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 20、雷神亚瑟王神剑制导炮弹、雷神亚瑟王神剑制导炮弹 服役时间服役时间

107、 生产商生产商 价格价格 射程射程 精度精度 重量重量 长度长度 2012 年至今 BAE 公司和雷神公司 约 11.28 万美元 70km（最新测试距离）4m CEP 48kg 100cm 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 4.4、MEMS 惯性仪表惯性仪表军事应用军事应用前景前景 下图是美国 Draper 实验室在 2011 年预测的未来各类惯性传感技术的应用领域，按其预测，低精度战术武器市场将由 MEMS 惯性仪表占领。美国精确弹药中心专家 Nigel 提出要研制通用型的 MEMS IMU（即 4.6 小节中“通用制导惯性测量装置”（CGIMU）项目），以满足美军 90%

108、制导武器的需要，如该计划实现，可为美军节省 16.8 亿美金（2006-2023 年）。具体来讲，MEMS 惯导在常规武器制导化、战术武器领域推广应用以及拓展微小卫星应用潜力较大。图图 38、Draper 实验室对实验室对 MEMS 惯导军用预测惯导军用预测 图图 39、Nigel 提出的通用型提出的通用型 MEMS IMU 方案方案 资料来源：Inertial Navigation Sensors，Barbour，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源：High G MEMS IMUs&Common Guidance，Nigel，兴业证券经济与金融研究院整理 常规武器制导化常规武器制导化 传

109、统弹药如迫击炮弹、榴弹、火箭弹、航空炸弹等以其制造简单、使用方便、价格低廉、火力迅猛、密集压制等特点在战争的历史上发挥了巨大作用，但其存在着发射或投射弹药后再也无法干预和矫正弹药的行为和状态的不足，在诸多因素影响下，传统弹药的散布大，精度差，效能低。近年来的战争都充分表明，精确制导武器在现代战争中的武器中占主导地位，实施精确打击已成为现代战争的主要作战方式，在战争中的使用数量和比例的迅猛增加。然而高精度的制导武器如导弹虽然命中精度高，但造价昂贵，生产和维护技术复杂，部队装备数量有限。综上所述，鉴于传统弹药和精确打击武器各自的不足，迫切需要一种低成本制导弹药填补低精度、低成本无控弹药和高精度、高

110、成本精确制导导弹之间的空白，实现常规武器的低成本制导化。常规武器制导化对陀螺和加速度传感器提出了以下要求：1）精度要达到战术级；2）必须具有抗恶劣环境的能力（发射时的高 g 值等）；3）成本必须低廉且适应批生产的要求。图图 40、弹药环境弹药环境 资料来源：浅析 MEMS 惯性技术在制导弹药中的应用，李清洲，兴业证券经济与金融研究院整理 传统惯导系统具有体积大、成本高、不宜大量生产等缺点，难以满足当前需要，而 MEMS 惯导具有耐冲击、体积小、低成本、低功耗、高可靠性等突出的优点。采用 MEMS 惯性仪表，是常规武器制导化改造的必然选择。MEMS 惯导在常规武器制导化领域的案例包括：1）制导炸

111、弹方面，有美国的 JDAM制导炸弹等；2）制导炮弹方面，有美国的“神剑”XM982 精确制导增程炮弹等。3）制导火箭弹方面，有以色列的 Accular 制导火箭弹等。JDAM 与 XM982 的情况已在 2.3 节陈述，Accular 制导火箭弹简要情况如下。Accular 制导火箭弹制导火箭弹：Accular 是以色列军事工业公司（IMI）开发和制造的火炮火箭弹系列，供以色列国防军和国际客户使用。它有 2 种不同的口径，最大射程为40 千米，配备 2035 千克单兵穿甲弹头或受控破片杀伤弹头，CEP 精度为 10 米。图图 41、Accular 制导火箭弹制导火箭弹 资料来源：维基百科，兴业

112、证券经济与金融研究院整理 在在战术武器战术武器领域领域推广应用推广应用 战术武器范围广、空间大。与激光陀螺、光纤陀螺等比，MEMS 惯性仪表在体积、重量、功耗与成本等方面有优势，但现有精度仍有差距。为扬长避短，可将 MEMS惯性仪表与 GPS 技术相结合构成组合导航系统进行制导控制，即利用 GPS 连续提供的高精度位置信息和速度信息，估计并校正惯导系统的误差参数，实现空中传递对准和标定，来弥补惯导的误差；同时，利用惯导系统的短期高精度来弥补GPS 接收机在受干扰时误差增大或遮挡时丢失信号等缺点，并借助惯导系统的姿态信息和角速度信息，提高 GPS 接收机天线的定向操纵性能，使之快速捕获或重新捕获

113、 GPS 卫星信号，从而使得整个组合制导系统达到最优化。拓展拓展微小卫星微小卫星应用应用 微小卫星具有成本较低、发射灵活、适宜冗余组网等优点，卫星互联网的兴起大大促进了微小卫星的快速发展。MEMS 惯导系统以其小型化、高集成、低成本的优势，逐步适用于体积和重量受限的微小卫星等系统。小型卫星是指能用小型运载火箭发射的常规设计的航天器，其重量范围约为 10-500kg。微型卫星在所有系统和分系统中全部体现微型制造技术成果，并能执行卫星应有的功能，重量约为 0.1-10kg。纳米卫星是依靠一种分布式的体系结构完成自身功能，并将尺度减至最小可能的微型卫星，重量范围约小于 0.1kg。随着卫星尺寸重量向

114、小型化发展，现有的卫星用惯性姿态敏感与控制装置已不能满足要求，必须由尺寸更小，重量更轻的微型惯性器件来代替。而纳米卫星更是在硅基片上堆砌各种专用集成微型仪器的芯片卫星，集成了制导、导航、控制、姿态控制、热控制、能源和通讯等功能，要求惯性器件的集成度更高、性能更好。4.5、MEMS 惯性仪表惯性仪表军事应用军事应用发展发展趋势趋势 MEMS 惯导在军事领域的应用是一个系统工程问题，目前仍面临至少下述三个需要重点提高的方面。全温性能指标全温性能指标 MEMS 惯导敏感结构多是采用硅基材料加工而成的，硅基材料的温度特性直接影响硅谐振器的谐振特性，进而影响其谐振频率、幅值以及相位，最终影响 MEMS惯

115、导的全温零偏和标度因数的性能指标。目前，提高 MEMS 惯导温度性能指标采取的主要措施是建立性能指标的温度模型，并迸行温度补偿。但 MEMS 惯导温度性能指标还有待进一步提高，这就需要开展温度对 MEMS 结构工作参数的影响机理研究，从源头上将温度影响因素引入整个 MEMS 系统的研究设计中。复合力学环境适应性复合力学环境适应性 导弹在发射时的瞬时冲击、主动段飞行时发动机推力脉动产生的振动、自动驾驶 仪舵机系统中的舵偏转运动产生的定频振动、超声速行过程中的噪声（又叫“音振”）、旋转体制弹药的高速旋转产生的离心力等等，这些力综合作用形成飞行过程中复杂的复合力学环境。导弹飞行过程与地面测试存在着天

116、地环境差，使得由地面单一环境测试得出的误差模型与实际飞行有很大的差别，使得 MEMS 惯导在导弹飞行过程中复合力学条件下工作可靠性问题没有得到完全解决。MEMS 加工工艺加工工艺 MEMS 陀螺仪对微机械加工工艺具有高度的敏感性，加工工艺偏差、加工应力以及可靠性等对 MEMS 陀螺仪的成品率至关重要。整个微机械加工工艺流程是实现MEMS 陀螺仪长期稳定工作的基础，主要包含加工精度控制、工艺参数在线控制以及环境适应性筛选三个方面。4.6、美国美国军用军用 MEMS 惯性仪表惯性仪表发展复盘发展复盘先扬长再补短先扬长再补短 从 20 世纪 90 年代初开始，美国军事部门就很重视 MEMS 惯导在武

117、器制导领域的应用与发展。从 1995 年开始，国防高级研究项目局（DARPA）资助了一系列旨在演示验证 MEMS 惯导应用于武器制导领域的项目。其中比较典型的项目有：“增程制导弹药”（ERGM）演示验证计划、“抗高过载弹药先进技术演示验证”（CMATD）项目、“微机电惯性测量装置”（MMIMU）计划、“通用制导惯性测量装置”（CGIMU）项目等。图图 42、DARPA 实施的实施的 MEMS 惯导惯导演示验证项目演示验证项目 资料来源：惯性制导系统的发展，祝斌，兴业证券经济与金融研究院整理 经过一系列项目的成功实施，美军首先验证了 MEMS 惯导可以很好地应用于高过载炮射环境中，之后研制出了可

118、替代 HG1700 激光陀螺型 IMU 的 MEMS 陀螺型 IMU（HG1700 可应用于战术导弹、智能弹药、防区外武器和无人飞行器上，已累计生产 20 万套），接着又开始着手研制可满足 90%战术级武器需要的 MEMS 惯导，2016 年开展可满足导航级武器需要的 MEMS 惯导研制，最近在开展旨在进一步提高 MEMS 惯导精度的研究。“增程制导弹药增程制导弹药”（ERGM）演示验证计划）演示验证计划 1995 年 3 月，美国海军水面火力支援部提出了 ERGM 演示验证计划。它是基于MEMS 技术的 INS/GPS 组合制导系统应用于机炮发射环境中的首个成功的演示验证计划。ERGM 的制

119、导系统尺寸大小为 2065cm3，其主要组成部分为英国宇航系统公司生产的惯性测量装置SiIMU和罗克韦尔-柯林斯公司生产的GPS接收机。SiIMU 包含 6 个 MEMS 惯性传感器，分别是 3 个硅微振动陀螺（SiSVG）和 3 个硅加速度计，可提供充分补偿的 6 自由度角速率和加速度测量，已成功应用于英国垂直发射海狼导弹系统（Block2 项目）、美国海军 ERGM 和“旋转弹体导弹”（RAM）等制导武器中。ERGM 首次飞行试验于 1996 年 11 月进行，此后又于 1997 年 4 月进行了另外两次飞行试验。这几次试验均获得了成功，从而充分验证了基于 MEMS 技术的INS/GPS

120、组合制导系统可以很好地应用于机炮发射环境中。图图 43、ERGM 飞行试验飞行试验 资料来源：Inertial MEMS Systems and Applications，N.Barbour，兴业证券经济与金融研究院整理 “抗高过载弹药先进技术演示验证抗高过载弹药先进技术演示验证”（CMATD）项目）项目 1996 年 3 月，美国海军研究局正式启动了为期 4 年（1996 年 3 月至 2000 年 2 月）的 CMATD 项目，其项目目标是在非制导炮弹的引信段内演示验证基于 MEMS 技术的制导、导航和控制（GN&C）系统。CMATD 为 127mm 口径的炮射弹药，机炮发射过载为 650

121、0g，初始速度约为 670m/s。其制导系统大小为 215cm3，其中制导/导航电子单元占 131cm3，主要包括由 3 个 MEMS 陀螺和 3 个加速度计组成的 6 个单轴惯性模块、1 台 GPS 接收机、1 台飞行计算处理器以及电源调节电路等。其选用的 MEMS 陀螺和加速度计与 ERGM 相似，不过由于采用了专用集成电路和叠层型多芯片组件（MCM-L）技术，使得其尺寸更小、性能更高。CMATD 共进行了三次飞行试验，其中两次于 1999 年 8 月进行，最后一次于 2000 年 2 月进行，三次飞行试验均取得了成功。“微机电惯性测量装置微机电惯性测量装置”（MMIMU）计划）计划 20

122、00 年，DARPA 和空军研究实验室共同出资启动了一项旨在研制当时世界上性能最高的MEMS惯性测量装置的计划。MMIMU的设计性能目标为1/h（陀螺仪）和 1 10-4g（加速度计），抗过载能力为 20000g，装置生产成本为 1200 美元/套。此外，作为霍尼韦尔公司 HG1700 型 IMU 的低成本替代品，MMIMU 应能与HG1700 在电气和机械方面进行互换，从而使用户不需很大的经费投入就可以轻易地应用新技术进行装置转换。2002 年 8 月，Draper 实验室公司成功研制出第一个 MMIMU，并顺利通过测试。MMIMU 的相关技术后来被转让给霍尼韦尔公司，霍尼韦尔在此基础上生产

123、出了 HG1900 型 IMU。HG1700 采用激光陀螺和石英振梁 MEMS 加速度计（RBA 500），典型应用有美国联合直接攻击弹药（JDAM）等。据报道，新一代 JDAM 已用 HG1900 替代了HG1700，HG1900 采用 MEMS 陀螺和石英加速度计。图图 44、MMIMU 的设计目标与实际性能的设计目标与实际性能 资料来源：MEMS 惯性制导系统的发展，祝斌，兴业证券经济与金融研究院整理 图图 45、HG1700 与与 HG1900 产品对比产品对比 资料来源：低成本惯性测量组件在制导弹药上的应用研究，周焘，兴业证券经济与金融研究院整理 “通用制导惯性测量装置通用制导惯性测

124、量装置”（CGIMU）项目）项目 2002 年，美国陆军开始了一项名为“通用制导通用传感器”（CGCS）的计划，旨在开发一种陆、海、空三军通用的、具有足够小的尺寸、战术级性能、低成本的、适用于 90%（甚至以上）的美国防部战术级武器制导的惯性传感器及惯性测量装置。该计划分 3 个阶段逐步实施。其首要目标是设计、研制和生产一种能够承受20000g 以上发射加速度、精度小于 0.5/h、体积小于 12.9cm3、价格低于政府期望值（低于 1200 美元）的惯性测量装置；第二个目标是设计、研制和生产具有抗干扰能力、与 GPS 接收机高度结合或深度集成的惯性测量装置（DI-GNU）。具体各个阶段目标如

125、下表所示。图图 46、CGIMU 各个阶段的研制目标各个阶段的研制目标 资料来源：MEMS 惯性制导系统的发展，祝斌，兴业证券经济与金融研究院整理 CGIMU 由霍尼韦尔公司和 Draper 实验室公司负责研制。霍尼韦尔把三个阶段的IMU 分别命名为 HG1920 型、HG1930 型和 HG1940 型，其中采用了德雷伯实验室公司研制 MMIMU 的技术。CGCS 计划的另一个重要目标是在研制出来的 CGIMU 基础上与先进的 GPS 接收模块进行深度组合，形成用于下一代制导武器的深度耦合制导和导航装置（DI-GNU）。DI-GNU 中的 GPS 数字接收机由罗克韦尔-柯林斯公司提供，其中包

126、含了先进的反电子欺骗模块。DI-GNU 同样根据美国防部的要求分为三个阶段进行螺旋式的性能改进。随着 DI-GNU 项目的顺利进行，霍尼韦尔公司和罗克韦尔-柯林斯公司还共同出资成立了名为集成制导系统公司（LLC）的新公司，其主导产品即为命名为 IGS-2XX 系列的基于 DI-GNU 改进的 INS/GPS 制导系统。据报道，IGS 目前已确定用于美国陆军“非瞄准线发射系统”（NLOS-LS，又名“网火”系统）精确攻击导弹（PAM）和发射箱装置（CLU）等制导武器中。NLOS-LS 网火系统：网火系统：NLOS-LS 是洛克希德-马丁公司和雷神公司合伙的 LLC 公司正在开发的一种独立导弹发射

127、系统。每个发射箱装置（CLU）可容纳 15 枚导弹和一个自定位网络通信系统。集装箱发射单元可以连接起来进行协同发射，导弹 通过自主垂直发射进行远程发射和控制。该计划于 2011 年初取消。该导弹是为美国海军濒海战斗舰研制的，但因性能问题而饱受批评。图图 47、NLOS-LS 网火系统网火系统 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 表表 21、NLOS-LS 网火系统网火系统 生产商生产商 价格价格 射程射程 长度长度 弹径弹径 重量重量 洛马公司和雷神公司 约 47 万美元/发 25km 1500mm 180mm 53kg 资料来源：维基百科，兴业证券经济与金融研究院整理 “弹用精

128、确鲁棒惯性制导弹用精确鲁棒惯性制导”（PRIGM）项目）项目 2016 财年，DARPA 投入 1630 万美元用于弹药导航级惯性测量单元（PRIGM-NGIMU）项目，2016 年初 DARPA 与诺斯罗普格鲁曼公司和 HRL 实验室分别签订了研发合同：诺斯罗普格鲁曼公司负责制造导航级的MEMS惯性测量装置，实现在 GPS 拒止环境下的弹药制导功能，将交付硬件以及进行飞行验证试验；HRL 实验室负责研制抗振抗冲击惯性传感器技术，利用原子钟超精细跃迁频率的精确性使先进 MEMS 惯导陀螺达到等同甚至超越现有 GPS/INS 系统的导航精度。2021 年 1 月，PRIGM 项目下的新一代高精度

129、 HG7930 惯性测量单元完成原型研制，精度较目前广泛使用的 HG1930 惯性测量单元高出 1 个数量级。该惯性测量单元使用基于下一代微机电系统技术的传感器来实现高精度测量，后续将在保持尺寸、重量和功耗的同时，使传感器精度提升 3 个数量级。该惯性测量单元可用于导弹、航空制导炸弹、无人机等装备，在不增加有效载荷的情况下，大幅度提高制导性能。5、MEMS 惯性仪表惯性仪表相关相关企业企业 消费级消费级 MEMS 惯性惯性仪表领域仪表领域：据三十年不断发展的 MEMS 惯性传感器，我国作为全球最大的电子产品生产基地，正消耗着全球四分之一的 MEMS 传感器，需求和市场是巨大的。但是，目前我国大

130、部分 MEMS 传感器仍然依赖于进口。Bosch（博世）、ST（意法半导体公司）、TDK 等大公司拥有雄厚的技术实力和资金实力，自己设计传感器，自己生产传感器晶圆，他们的产品无论在价格还是性能等方面均具有巨大的优势。2006 年起，我国陆续出台措施，引导 MEMS 传感器行业稳步发展。在政策和市场的双重加持下，涌现出了一批优秀的国产 MEMS 传感器企业。国内已有提供专业 MEMS 代工服务的公司，也有提供封装和测试代工的企业，具备了 MEMS 结构芯片的加工、封装和测试能力，但是一致性、重复性、良率等还不能满足产品竞争的要求。高性能高性能 MEMS 惯性仪表领域：惯性仪表领域：据三十年不断发

131、展的 MEMS 惯性传感器，军用MEMS 惯性仪表应用主要集中在战术级以上，这类高性能 MEMS 惯性传感器产品的市场集中度较高，市场份额主要被 Honeywell（霍尼韦尔公司）、ADI（亚诺德半导体公司）、Northrop Grumman（诺斯罗普格鲁曼公司）等巨头占据，份额在50%以上。国产高性能 MEMS 陀螺产品的核心指标可以与国际大公司 Honeywell对标，已实现国内自主生产，虽然市场渗透率有待进一步提升，但是解决了装备应用“卡脖子”的问题。下文主要介绍高性能 MEMS 惯性仪表国外企业的情况。诺斯罗普诺斯罗普 格鲁曼格鲁曼（股票代码：（股票代码：NOC）诺斯罗普格鲁曼公司是一

132、家美国跨国航空航天和国防技术公司，是世界上最大的武器制造商和军事技术提供商之一，有 95,000名员工，营业收入超过 360 亿美元。诺斯罗普格鲁曼公司领导着 B-21“突袭者”远程隐形战略轰炸机的研发工作，该公司的其他项目还包括开发和生产詹姆斯-韦伯太空望远镜，以及为美国国家航空航天局的太空发射系统计划生产固体火箭助推器等。诺斯罗普格鲁曼公司被美国国防部高级研究计划局（DARPA）微系统技术办公室选中，开发基于 MEMS 技术的下一代导航级惯性测量单元。2001 年，诺斯罗普格鲁曼公司先后收购了美国 Litton 公司和德国 LITEF 公司。Litton 公司是为美国政府和国际客户提供先进

133、电子和信息系统的领先供应商，也是为美国和外国海军设计和建造非核动力水面战斗舰艇的主要公司，Litton 公司生产了著名的 SiAcTM硅微加速度计（详见 2.3 节）。LITEF 是开发和制造导航与传感器系统的领先企业之一，成立于 1961 年，总部位于德国。产品范围包括传感器、惯性测量单元、姿态和航向参考系统等。LITEF 的产品遍布全球，应用范围包含民用航空、军用航空、陆地和海洋应用以及工业解 决方案等。霍尼韦尔霍尼韦尔（股票代码：（股票代码：HON）霍尼韦尔由联合讯号公司及霍尼韦尔公司合并而成，是在多元化技术和制造业方面占世界领导地位的跨国公司，总部在美国，员工总数约为 97,000 人

134、，营业收入超过 350 亿美元。该公司主要产品被广泛应用于农业、自主式水下航行器、通信、工业设备、船舶及潜航器、石油和天然气、机器人、地图测绘、稳定平台、交通运输、无人机、地面无人车辆等领域。霍尼韦尔高性能硅基 MEMS 惯性传感器销售额位居世界前列。陀螺仪方面，霍尼韦尔的 MEMS 陀螺仪是行业内战术级陀螺仪的标杆产品；加速度计方面，霍尼韦尔的 MEMS 加速度计可达到导航级和战术级水平。目前霍尼韦尔正推动高性能MEMS 传感器替代光学陀螺仪。ADI（股票代码：（股票代码：ADI）ADI是全球领先的高性能模拟技术公司，总部位于美国，员工总数约为24,450人，营业收入超过 120 亿美元。A

135、DI 将 MEMS 技术应用于传感器和执行器产品中，其 MEMS 产品组合包括用于感测线加速度的加速度计、用于感测旋转的陀螺仪、用于感测多个自由度（沿多个轴组合多种感测类型）的惯性测量单元，以及适用于无线电和仪器系统的宽带开关。ADI 的高性能硅基 MEMS 惯性传感器技术水平领先，产品耐恶劣环境能力强，性能覆盖工业级和低端战术级，在工业级陀螺仪领域具备较大影响力，出货量位居世界前列。Safran Sensing Technologies（赛峰传感技术公司）（赛峰传感技术公司）赛峰传感技术公司是一家高精度 MEMS 陀螺仪和 IMU 生产商，同时还在其晶圆工厂提供代工服务。2022 年 5 月

136、，法国赛峰集团将近期收购的 Sensonor（挪威）和 Colibrys（瑞士）两家子公司归并为一家公司赛峰传感技术公司。Sensonor 是 MEMS 技术的全球领导者，在开发和制造高性能传感器方面拥有 30多年的经验，2020 年员工总数为 63 人，营业收入约 1500 万美元。该公司设计和制造高精度战术级陀螺仪传感器、MEMS 陀螺仪模块和惯性测量单元，为工业和商业市场等领域客户提供服务。Colibrys 公司成立于 2001 年，原从瑞士电子和微技术中心（CSEM）剥离，专门生产高精度传感器。公司有员工 53 人，营收超过 1400 万美元。Colibrys 是基于MEMS 技术加速

137、度传感器的全球领先的供应商之一，一直在开发和生产用于航空和安全关键应用的 MEMS 加速度计，具有完备的 MEMS 产品设计、研究开发、芯片生产、封装和混合机电元件测试技术。Colibrys 产品有战术级 MEMS 加速度计和导航级加速度计。因其技术迭代慢，输出非数字化，市场份额呈下降趋势。Silicon Sensing Silicon Sensing是柯林斯航空航天公司和住友精密公司于1999年成立的合资企业，总部位于英国，员工总数为 100 人。Silicon Sensing 是一家陀螺仪和惯性系统工程开发公司。该公司的产品包括 MEMS 陀螺仪传感器、加速度计等，广泛应用于航空、测绘、钻

138、井、精准农业、导航辅助、自动驾驶等多个领域，其产品技术较为先进，产品耐恶劣环境能力强，性能覆盖工业级，战术级。国外代表性企业 MEMS 陀螺指标情况如下表所示。HG4930 为 Honeywell 已量产性能最优的硅基 MEMS 陀螺仪组成的惯性测量单元。CRH03 为 Silicon Sensing 已量产性能最优的硅基 MEMS 陀螺仪。STIM210 为 Sensornor 已量产性能最优的三轴硅基 MEMS 陀螺仪组件。表表 22、国外代表性企业、国外代表性企业 MEMS 陀螺指标陀螺指标 性能指标性能指标 Honeywell（HG4930）SiliconSensing（CRH03）S

139、ensonor（STIM210）零偏稳定性（零偏稳定性（/h)0.25 0.12 0.3 角度随机游走（角度随机游走（/h）0.04 0.017 0.15 标度因数精度（标度因数精度（ppm）/200 500 资料来源：芯动联科招股说明书，兴业证券经济与金融研究院整理 国外代表性企业 MEMS 加速度计指标情况如下表所示。HG4930 为 Honeywell 已量产性能最优的硅基 MEMS 陀螺仪组成的惯性测量单元。Colibrys 的 MS1030 是目前已知可以购买的较优性能的单轴导航级模拟输出 MEMS 加速度计。ADI 公司的 ADXL357 为目前世界上较高性能的单片三轴 MEMS 加速度计芯片之一。表表 23、国外代表性企业、国外代表性企业 MEMS 加速度计指标加速度计指标 性能指标性能指标 Honeywell（HG4930）Colibrys（MS1030）ADI（ADXL357）零偏稳定性（零偏稳定性（g）25 30 10 角度随机游走（角度随机游走（g/hz）30 100 110 标度因数精度（标度因数精度（ppm）500 2000 13000 资料来源：芯动联科招股说明书，兴业证券经济与金融研究院整理