卫星产业研究:卫星产业高速增长,下游应用市场蓬勃发展

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(报告出品方/作者:海通证券,郑宏达)

1.卫星成本的下降带动天基的不断完善

卫星组成及卫星分类

卫星组成:

1.专用系统(有效载荷):与卫星执行任务有关的系统,包括通信转发器、遥感器 、导航设备等;

2.保障系统:保障卫星正常工作的系统,包括结构系统、电源系统、热控制系统、 姿态控制等。

卫星分类:

按照用途不同分为科学研究、技术试验和应用卫星,应用卫星包括通信 卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星等。按照轨道类型分为低轨道卫星(LEO)、中轨道卫星(MEO)、地球同 步轨道卫星(GEO)、大椭圆轨道卫星。大部分卫星基于低轨道和同步轨道,低轨 道卫星种类较多,中轨道主要是导航卫星,同步轨道主要是通信卫星。考虑到观测 精度,对地观测卫星一般是低轨道卫星。

发射费用:一般来说,轨道越低,发射费用越低;轨道越高,发射费用相对越高。

寿命:一般来说,因为轨道高度不同,大气产生的阻力不同,低轨道卫星寿命都比 较短,高轨道卫星寿命相对较长。

遥感卫星

遥感即(RemoteSensing,RS)遥远的感知,地球观测卫星遥感是利用卫星上搭载的 可见光、红外和微波等传感器,收集地球表面和近地空间的电磁辐射数据,探测和 识别地球资源和环境信息的空间观测技术。 按观测领域分类,可以分为陆地卫星、气象卫星和海洋卫星按传感器不同分为光学 传感器和微波传感器(比如SAR),微波遥感可以全天时全天候工作,对某些地物 有穿透能力(比如云层),可以探测地物的微波特性。

空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率是遥感卫星的重要参数。目前,GF-4重访周 期达到20s,Superview-l卫星全色影像的空间分辨率高达0.5m。

空间分辨率越高,卫星图像约清晰;时间分辨率越高,卫星能够提供的图像的更新速 率也就越快。光谱分辨率越高,卫星能够提供的图像服务的种类也就越多。因为物体 的温度和其辐射的红外线之间有严格的对应关系,所以高光谱分辨率也就能够快速分 辨出真假弹头、埋藏在沙漠下方的装甲装备、躲藏在密林中的作战人员等等。 如果遥感卫星的低轨星座规模达到1600颗的量级,对于重 点目标来说,时刻在顶,随时可拍摄的情况就会出现;如果在340公里轨道高度上部 署7500颗卫星,则会出现这样的情况:只要星座的拥有方想要实施拍摄,那么就可 以全球无死角24小时不间断直播了。

卫星成本:技术进步带动成本下降

制造成本不断下降:定制化走向批量化 采用模块化设计,实现工装配臵系统重复使用、平台内及平台间各结构模块互通互用, 实现卫星制造的标准化、模块化、工厂化。预计到2025年前我国将发射约3100颗商业卫星,单颗卫星制造成本为429万 美元,而StarLink和亚马逊单颗卫星的制造成本仅为50万和100万美元。

发射成本不断下降:一箭多星与火箭重复使用技术 1.“一箭多星”指一枚运载火箭搭载多枚质量轻、体积小的卫星,同时或先后将数颗卫 星送入地球轨道,充分利用火箭运载能力,提高了卫星发射的效率,同时降低发射成本 。 2.火箭子级的回收与复用是从所有退役卫星等航天器上回收可用部件,实现资源的回收 利用从而大幅降低发射成本。

卫星资源宝贵,大国必争

1.频谱资源: 卫星频率主要指无线电频谱用于空间无线电业务的部分。任何卫星系统的 信息感知、信息传输以及测控单元,都需要使用电磁频谱,空间电台安装在人造地球卫星上,电波在太空 与地面之间传播过程中存在大气层传播损耗。不同的频段传播损耗不同,其中在0.3~10GHz频段间损耗最 少;在30GHz附近频段损耗相对较小。目前,各类卫星应用也主要使用这些频段,其他频段相对损耗较大。 因此,卫星电台常用频段只占无线电频谱的小部分。

2.轨道资源: 在卫星通信中,地球同步轨道卫星因单星覆盖区域广,组网简单运维成本低占主流,但地球静止轨道是仅 有一条的珍稀轨道,其轨道位臵及无线频率资源是极其有限的。根据相关空间组织出于防碰撞、防干扰等 要求,工程上将地球静止轨道划分出一定数量的星位。考虑到典型的GE0卫星的定点精度为±0.1°,因此, 理论上GE0轨道最多能容纳1800(=360°/0.2°)颗卫星。与此同时,地球静止轨道环内存在大量的碎片 (可观测到的有1200多个),这些空间碎片占据了宝贵的轨道资源。根据国际电信联盟规定,卫星频率和 轨道的使用权采用“先登先占,先占永得”的规则。

中国遥感卫星科技专项:高分专项

高分辨率对地观测系统重大专项(以下简称高分专项)是《国家中长期科学和技术发 展规划纲要(2006—2020年)》中部署的16个重大专项之一,用于发展我国高分对地 观测技术,构建我国高分对地观测体系,掌握高分对地观测信息自主权。(报告来源:未来智库)

2.卫星发射数量爆发式增长

各国在轨卫星现状:美国数量第一,中国第二

根据celestrak统计,截至2021年11月8日,全球在轨卫星共7942颗,其中美国 卫星数量3740颗,全球占比达47.1%,位居全球第一;中国在轨卫星550颗,全 球占比为6.9%,是拥有卫星数量全球第二大国家。其他组织:独立国家联合体 (CIS)为1544颗、英国为411颗、日本为200颗、印度为103颗、欧空局(ESA) 为93颗、国际电信卫星组织(ITSO)为92颗、德国为80颗、法国为73颗。

全球在轨卫星:通信卫星超6成,遥感卫星第二

根据UCS数据库,全球在轨卫星中(截至20210901),通信卫星数目最多,为 2867颗,占比为63%。其次为遥感卫星,有1028颗,占比为23%。根据用户性质 来看,商用卫星数量为3216颗,占比71%,占比最多,其次是政府、军用和民 用。

通信卫星:星链卫星大规模发射

星链(Starlink),是美国太空探索技术公司(SpaceX)的一个项 目,计划在2019年至2024年间在太空搭建由约1.2万颗卫星组成的“星链”网络提供互联网服 务,其中1584颗将部署在地球上空550千米处的近地轨道,并从2020年开始工作。2020年5 月,该公司向联邦通信委员会提交第二代“星链”计划实施申请,计划再额外部署3万颗卫星, 使其卫星总数达到4.2万颗。目前,联邦通信委员会正在审查该申请。

中国在轨卫星:遥感卫星占比超5成

根据UCS数据库,中国在轨卫星中(截至20210901),遥感卫星数目最多,为 249颗,占比为53%,通信和导航卫星占比分别为13%和10%。同期美国遥感卫 星数量为453颗。根据用户性质来看,政府和军用卫星占比分别为38%和29%, 随着近年来商业卫星的发展,商用卫星占比达到了28%。可以看到,我国目前侧 重于遥感卫星布局,较多由政府和军方主导,与全球(主要是美国)卫星组成结 构有所不同,遥感卫星数量和美国依然有差距。

3.卫星应用环节是价值量最高的环节

卫星产业链

上游主要是卫星制造与卫星发射,中游卫星应用及运营。按所服务的 对象分,卫星应用可分为军用、民用两大类;按技术领域和服务方式来看,包括卫 星通信、卫星导航和卫星遥感等。上游领域,我国的卫星制造和卫星发射被少数企 业垄断。卫星制造包括中国卫星、长光卫星、上海航天等;卫星发射包括中国运载 火箭技术研究院等。卫星地面设备公司较多,包括:中国航天科技集团、中国卫星 、北斗星通、华力创通、南方测绘等。

卫星服务业、地面设备制造收入占比高

卫星产业链中卫星服务业和地面设备制造业收入占主体。2019年卫星产业总收入达 到了2710亿美元,占据全球航天产业的74%,而卫星产业中卫星制造业和发射服务 业收入合计仅有174亿美元,地面设备和卫星服务占比较大:地面设备制造业收入 1303亿元,占比48.1%;卫星服务业收入1230亿美元,占比达45.4%。

卫星通信是目前卫星服务业的主要构成

根据SIA,2019年卫星服务业总收入为1230亿美元,主要来自卫星电视直播和卫星 固定通信,两者占比分别为75%和14%,两者收入合计占卫星服务业收入的比重接 近90%。遥感领域收入为23亿美元,占比为1.87%。可以看到当前全球来看通信卫 星数量最多(占比43%),来自通信的收入占比也最大。我们认为遥感卫星数目较 多,但是来自遥感的收入还很小,有大量数据没有得到很好的利用,市场空间有较 大的想象力。

遥感卫星影像处理

遥感卫星成像环境比地表拍摄要复杂的多,会遇到传感器不稳定,地球曲率、大气 条件、光照变化、地形变化等系统与非系统因素造成的图形几何变形、失真、模糊 、噪点等。遥感影像处理的主要目标:

1.图像校正:恢复、复原图像。在进行信息提取前,必须对遥感图像进行校正处理 ,以使影像能够正确地反映实际地物信息或物理过程。

2.图像增强:压抑或去除图像噪声。为使遥感图像所包含的地物信息可读性更强, 感兴趣目标更突出、容易理解和判读,需要对整体图像或特定地物信息进行增强处 理。

3.信息提取:根据地物光谱特征和几何特征,确定不同地物信息的提取规则,在此 基础上,利用该规则从校正后的遥感数据中提取各种有用的地物信息。

遥感卫星影像处理软件的功能

数据存储与管理:由不同传感器获得的不同图像数据的存储管理、读取显示、转换 输出。

图像预处理:辐射校正、几何校正、图像配准、大气校正等。

图像增强与转换:图像融合、图像增强处理、色彩合成、密度分割、图像裁剪、镶 嵌匀色。

分类与特征提取:统计分析、特征提取、图像分类(监督分类、非监督分类)、专 题制图、专业工具(高光谱、雷达、地形等图像处理)。

根据处理层次不同,遥感影像数据有分级,标准产品类型分为多光谱数据标准产品 、高光谱数据标准产品、SAR数据标准产品。

4.航天宏图与中科星图

航天宏图: 国内领先的遥感和北斗导航卫星应用服务商

航天宏图拥有完全自主可控的遥感图像处理基础软件平台PIE和北斗地图导航基础软 件平台PIE-Map。PIE既能面向专业用户实现全流程多源遥感数据融合处理和信息提 取,还能为各行业的开发组织和个人提供多种计算环境下的开发平台,PIE-Map是高 精度位臵服务基础软件平台,为用户提供北斗位臵报告、北斗态势监控、高精度定位 导航、北斗授时等应用功能,均支持二次开发。公司以PIE和PIE-Map为基础能力结 合各类插件,向下游行业提供综合解决方案和服务。公司实控人为王宇翔、张燕夫妇。

PIE和PIE-Map

遥感图像处理基础软件平台PIE:可处理包 括光学、雷达、高光谱、无人机等多源的遥 感影像,支持陆地、海洋、气象等卫星影像 全流程一体化快速处理,实现全载荷、全流 程、全行业的遥感图像处理。一键输出影像 图,支持实时处理、支持深度学习框架。 2017年,PIE入选中央国家机关软件协议供 货清单,是遥感类唯一入选的产品。

北斗地图导航基础软件平台PIE-Map:支持 气象、海洋、北斗等多源空间信息的引接、 处理与融合展示;支持北斗精密产品加工处 理和系统服务性能评估,为北斗全球定位系 统的高精度定位提供数据服务;支持VR/AR, 提供对空间环境的深感知和辅助决策。

公司业务分类

根据公司招股书按照商业模式,公司业务划分为:自有软件销售、系统设计开发和 数据应用服务;按照业务条线,公司业务大致划分为:空间基础设施建设(围绕国 家投资建设的卫星去做地面应用系统的设计和建设)、PIE+行业(产业化落地)和 PIE云平台。(报告来源:未来智库)

公司营收结构

从收入构成上来看,公司主要收入来源于系统设计开发,2020年占比达77%;其次 是数据分析应用和自有软件销售,数据分析应用业务收入占比正在逐年提升。毛利 构成上,同样来自于系统设计开发的占比最多,为76%,其次是数据分析应用和自 有软件销售。

中科星图: 以数字地球为核心打造空天地数字底座

背靠中科院空天院,业务以数字地球为核心。中科星图成立于2006年,是中国科学 院空天信息创新研究院投资的国有控 股高新技术企业(2019年空天院由电 子所、遥感所和光电院合并组成)。 作为国内最早从事数字地球产品研发 与产业化的企业,公司将大数据、云 计算和人工智能等新一代信息技术、 地理信息技术与航空航天产业深度融 合,自主研发形成了GEOVIS数字地 球产品,覆盖空天大数据获取、处理、 承载、可视化和应用等产业链环节, 在国内数字地球行业具有领先地位。 公司面向政府、企业及特种领域用户, 提供以GEOVIS数字地球产品为核心 的软件销售和数据服务、技术开发服 务、数字地球一体机和系统集成,促 进了我国数字地球的产业化发展。

公司产品结构

根据公司招股说明书,公司的产品结构可以分为四个部分,分别是GEOVIS软件销售 与数据服务、GEOVIS技术开发与服务、GEOVIS一体机产品销售和系统集成。

特别品种行业是公司营收支柱

营收来源分行业看,特别品种类行业是公司营收的主要来源,2017-2020年间,公 司该领域营收始终保持在60%以上,2020年占比达到68.85%,较2019年提高6.5个 百分点。分产品类型看,公司GEOVIS技术开发与服务营收占比最高,2020年达到 75.66%,较2019年提高17.49个百分点。公司计划在保持特种领域市场的基础上, 持续向智慧农业、智慧城市、应急减灾、商业航天、气象海洋环境等热点应用方向 推进。此外,公司将对营销服务网络进行升级,提高民用市场渗透率,扩大市场占 有率,并在全国范围内树立公司统一的品牌形象,增强公司的服务和竞争优势。

报告节选:

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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