来源:hawk26讲武堂
本期信熹研究将围绕智能枪瞄行业介绍行业概况、市场规模、产业链情况,分析竞争格局、技术壁垒及技术发展方向。由于篇幅较长,将分为上下两篇发送。
一、行业趋势
1.1 | 枪瞄准器的发展历程
枪瞄准器的发展历程如图1所示,早期的枪瞄系统主要依赖于人工瞄准和简单的机械装置,随着电子技术和计算机技术的发展,枪瞄系统逐渐引入了电子元器件和计算机处理单元,使得射手能够在夜间和复杂环境下实现精确射击,大大提高了作战效能。近年来,枪瞄系统逐渐向网络化和智能化方向发展,一方面能够实现信息共享和协同作战,另一方面人工智能算法的应用也使得系统能够自动识别和跟踪目标,提高了射击命中率和反应速度,智能枪瞄也作为反无人机的单兵武器成为刚需。
图1 | 枪瞄准镜的发展历程 (来源:信熹资本整理)
1.1.1 | 机械瞄准具
机械瞄准具是最传统的瞄准方式,自火器发明伊始便已存在。它由前后两个瞄准器组成,通过三点一线原理帮助射手瞄准。其优点在于结构简单、可靠且成本低,无需电子或光学元件,适用于任何环境。然而,它不适用于远距离射击,且在光线不足或目标移动时,精准度会下降。尽管有这些局限性,机械瞄准具仍是射击运动和军事行动的基础,随着科技发展,尽管出现了更先进的瞄准具,机械瞄准具的重要性不减。
1.1.2 | 望远式瞄准镜
望远式瞄准镜起源可追溯到19世纪末。其真正具备实战价值是在20世纪初,并在第一次世界大战期间开始崭露头角。它的出现,使得射手能够更清晰地观察远距离目标,从而提高射击的精准度。
望远式瞄准镜的工作原理是通过光学镜片对目标进行放大,使射手能够清晰地看到远处的目标,从而提高射击的精准度。这种瞄准方式特别适合用于狙击和精确射击。然而,其缺点在于视野范围较小,结构复杂,重量和体积较大,且价格高,维护困难。
1.1.3 | 微光瞄准镜
微光瞄准镜允许射手在光线不足的条件下进行瞄准,其诞生可以追溯到20世纪50年代。
微光瞄准镜的原理基于光电效应,它能够捕捉到环境中微弱的光线,并将这些光线放大。瞄准镜内部通常包含有光电倍增管或者像增强器,这些组件能够将接收到的光线转换成电信号,然后通过放大器增强这些信号,最终在目镜中形成清晰的图像。这样,即使在星光或月光下,射手也能够清楚地看到目标。
1.1.4 | 准直式瞄准镜
准直式瞄准镜自20世纪70年代问世,并在越南战争中使用,80年代初期得到进一步发展。虽然它在远距离射击上不如其他瞄准具精确,但在近战中,尤其是在射击移动目标时,其快速反应和高准确度优于其他瞄准设备,因此主要用作近战瞄准。随着性能更优的反射式瞄准镜的出现,准直式瞄准镜逐渐失去优势,但由于成本较低,它仍然在市场上占有一席之地。
准直式瞄准镜通过前部的导光棒,利用侧面自然光或人工光源照明,导光棒后端紧贴光栏孔,后者限制了视野范围和光线形状。当射手用一只眼观察时,会看到无穷远处的光栏孔像——一个红色亮点。另一只眼瞄准目标时,利用人的视觉系统将两个图像合而为一,红色亮点似乎覆盖在目标上。当瞄准镜的瞄准线与枪的瞄准基线对齐时,即可实现双目瞄准射击。
图2 | 准直式瞄准镜原理 (来源:网络)
1.1.5 | 红外热成像瞄准镜
红外热成像瞄准镜利用高灵敏度的红外探测器捕捉物体发出的红外辐射,后继电路和信号处理将红外辐射转换为可供肉眼观察的视频图像,通过伪着色处理,不同颜色表示不同温度。20世纪80年代,第一批较为实用的红外热成像枪瞄设备开始出现,主要在一些特种部队中试验使用。
图3 | 红外瞄准镜原理 (来源:网络)
由于所有物体都会发出红外能量,且其强度与温度和辐射率相关,热成像瞄准镜能够分辨出微小的温度差异,从而在完全黑暗或恶劣天气条件下(如雾、雨、雪等)清晰地识别目标。此外,它还能检测到人和其他动物的呼吸和运动,穿透伪装,有效识别潜在威胁。
1.1.6 | 反射式瞄准镜
20世纪末,反射式瞄准镜成了各国射手的“新宠”。其瞄准标记通常是一个红色或橙色的点状光斑,因此又被称作红点瞄准镜或光点瞄准镜。射击时,射手只需将红点对准敌人即可,即使射手的视线不在瞄准镜的中轴线上,也不会影响射击精度。
反射式瞄准镜的设计允许射手在瞄准时保持双眼睁开,这不仅提高了瞄准速度,还允许射手在瞄准的同时对周围的环境保持警觉,从而有效监控周边的战场态势。这种瞄准镜在近战中的表现优于准直式瞄准镜,因为它能够帮助射手迅速捕捉并瞄准目标,同时还能够对移动目标进行瞄准射击,即使在移动中也能保持精准度。
然而,它的结构相对复杂,制造成本较高,这使得一些国家在采购时可能会因为价格因素而感到犹豫。
图4 | 反射式瞄准镜原理 (来源:网络)
1.1.7 | 数码瞄准镜
数码瞄准镜诞生于20世纪80年代,但21世纪初才开始成熟应用。其通常由一个光学瞄准头、一个数码成像传感器和一个小型液晶显示屏组成。当通过瞄准头观察目标时,成像传感器会将目标图像数字化并实时显示在液晶屏幕上。
与传统光学瞄准镜相比,数码瞄准镜的优势主要有:
增强夜视能力:配备红外增强器,可在夜间或光线很暗的环境下使用。
图像放大和数码变焦:可对目标图像进行数码放大,获得更清晰的细节。
图像捕捉和录像:可以存储和传输图像/视频,方便后期分析和取证。
测距和测算:配备测距和气象传感器,可精确测量目标距离、高度等数据。
图像增强处理:内置图像处理算法,可改善图像对比度、去雾等,提高瞄准质量。
数码瞄准镜被广泛应用于狩猎、射击比赛、军事装备等领域,成为了现代瞄准装置的发展趋势。
1.1.8 | 全息瞄准镜
全息衍射瞄准镜较晚商业化,1996年才推出市场,但其原理早已应用于战斗机HUD。它与反射式瞄准镜操作相似,都通过红点瞄准,但全息瞄准镜采用全息摄像/显像技术,产生有深度的全息图像,而非反射镜的平面虚像。
红点瞄准镜用的是LED光源,通常能用很小的纽扣类电池就能达到5w小时以上的续航,而全息瞄准镜用的是激光器,相对耗电,比纽扣电池大好几倍的电池最多也只能做到1000小时的续航。
全息瞄准镜的优势在于成像精度高,瞄准点小而亮。红点瞄准镜在强光下需增亮,导致准星变大,光晕现象明显,而全息瞄准镜透光率损失小,几乎无损失,适合在各种光照条件下使用。
图5 | 全息瞄准镜原理 (来源:网络)
1.1.9 | 智能瞄准镜
枪械瞄准镜的核心使命是在战场上辅助射手取得胜利。为满足这一需求,研发人员为瞄准镜赋予了智能化功能,如计算瞄准点、激光测距、目标辅助锁定以及图像记录和传输能力。这些高级瞄准镜不仅能在实战中实现精确打击,还能作为训练工具,通过存储和通信功能记录战斗画面,用于后续训练分析。此外,它们可通过无线传输将画面实时发送到平板电脑或手机,供战友观看并提供即时的训练反馈。
1.2 | 智能枪瞄的优势
以色列Smart Shooter公司是一家成立于2011年的科技公司,该公司开发的智能枪瞄已在战斗中加以应用,通过首发命中提高了作战效率。
Smash系列产品是该公司一款经过战斗检验的智能枪瞄,应用于地面人员和空中小型无人机的瞄准、跟踪。具体来讲,士兵通过光瞄对目标进行探测,然后将十字准线对准目标并启动锁定按钮,这时瞄具内生成一个红色方框,对目标进行锁定并开始跟踪。士兵扣动扳机,而能否击发由计算机决定。只有当瞄准线与标记重合时,计算机才给出击发指令,击中目标。
图6 | Smash 2000 Plus产品图 (来源:Smart Shooter官网)
美国陆军对Smart Shooter公司的智能火控系统进行了完整的测试。由未经任何军事训练的普通人和专业士兵组成两支队伍,分两次对100米外的移动目标进行射击。第一次,两组均采用普通光学瞄具;第二次,两组均采用智能火控系统。
在第一次射击中,普通人队伍对移动目标的上靶率是0%,专业士兵队伍的平均上靶率是20%。在第二次射击中,普通人队伍的平均上靶率惊人地提升至80%,而专业士兵队伍的平均上靶率同样提升至80%。可见瞄准击发排除了人为因素的影响而大幅提升了命中率。
图7 | 普通人和专业士兵分别使用光学瞄具和智能枪瞄的射击成绩 (来源:Smart Shooter官网)
试验表明,采用了智能火控系统后,无论是普通人还是专业射手,其射击成绩均大幅度从0%以及20%,迅速提升至80%。基于该成绩,智能火控系统被北约陆军称为革命性的火控系统。
1.3 | 智能枪瞄是目前针对无人机最有效最经济的打击手段
在俄乌战争中,无人机的广泛使用极大地改变了战场态势,使得反无人机技术成为战场上的刚需。无人机在侦察、监视和攻击方面展现出极高的效率和灵活性,能够深入敌后进行精确打击,甚至对关键基础设施造成重大破坏。由于无人机的隐蔽性和机动性,传统的防空系统难以有效应对,因此各国军队纷纷投入资源研发和部署反无人机技术,包括电磁干扰、激光武器、微波脉冲、高射炮/防空导弹、无人机捕捉网、无人机攻击无人机等手段,以保护自己的战场资产和人员安全。当前已有的不同反无手段及其局限性如表1所示。
表1 | 不同反无手段及其局限性
(来源:信熹资本整理)
智能枪瞄反无,是目前针对“低小慢”无人机最有效最经济的打击手段,并且可以作为单兵作战武器,移动方便。
目前仅以色列Smart Shooter公司研发出具备实际作战能力的智能枪瞄。其产品Smash 2000, Smash 3000已被美军、北约多国陆军、印度陆军等多国军队批量装备。俄乌战争期间,乌克兰陆军大量装备Smash 2000,在广泛战线上对俄军的无人机进行精确打击。
我国在智能火控系统领域处于空白。部队列装产品均为传统光学瞄准镜,同外军使用的智能枪瞄在功能性能上存在代差。同时,我军单兵装备尚无打击“低、小、慢”无人机的有效反制手段。
1.4 | 美国陆军“下一代班组武器”计划的火控系统
美国陆军的“下一代班组武器”(Next Generation Squad Weapon,简称NGSW)计划,是美陆军在2017年发起的一项计划,旨在更换M4卡宾枪和M249机枪等班组自动武器,以及上述两种武器使用的弹药和光学瞄具。NGSW是目前美军在二战之后装备数量最大、换装范围最广、标的金额最高、也是意义最深远的武器装备项目,其希望用6.8mm弹取代现有的5.56mm北约弹,用6.8mm突击步枪代替列装的M16/M4A1自动步枪,用6.8mm班用机枪代替列装的M249班用机枪,这个变革不可谓不巨大。而这还只是武器和弹药的更新换代,意义更重大的是这个项目第一次将火控单元和抑制器装备到一线部队的每一个士兵,使得他们的单兵作战能力成倍增长,未来的战场环境也将大大改观。
新武器需要新瞄具,新的火控系统将是降低新武器重量和提升作战效能的关键因素。
2019年6月,美国陆军发布了NGSW计划的火控系统原理样机机会公告,对火控系统的技术要求如下:
智能型:自动目标识别、目标跟踪、面部识别等。
弹道计算器:使用官方弹道软件。
瞄准线:提供一个考虑了目标距离、大气条件和武器/弹药弹道特性的弹道解算自动调整瞄准点。
光学增强:周围威胁探测。
启动效率:从关闭状态到完全激活启动时间快速完成。
无线通信:能够传输符合标准的火控数据(即目标距离、弹道解决方案、温度等)。
风力传感:本地风力数据、下射程风感、风力补偿射击方案等。
适用条件:适用于所有环境和天气条件,包括环境、寒冷、炎热、海洋、高湿度、雨水和沙漠条件。
耐久性:经得起武器冲击、粗暴搬运、运输和振动,以及跌落试验。
兼容性:与作战服装(包括防弹衣和模块化轻型背运装备)及防化学、生物、辐射和核(CBRN)、潮湿天气和寒冷天气装备兼容。
2020年4月,美国陆军分别向Vortex Optics和L3Harris Technologies两家瞄准镜厂家授予研产合同。Vortex和L3都属于实力雄厚的光学瞄具生产厂家,根据美军的要求,两个入围厂家都不约而同地选择了“LPVO+火控模块”的模式,即将LPVO瞄准镜与各类弹道计算机的排列组合到一支狙击枪(步枪)上。LPVO是近几年流行的一种低可变倍率瞄准镜,简单说是具备快速调整倍率的能力,能够快速调节到1倍用于近战,性能上接近红点瞄准镜。这个时候,美陆军所设想的NGSW计划经历理论探索、技术验证和厂家入围后,才真正进入到竞标阶段。
2022年1月,美陆军宣布Vortex Optics公司提交的Vortex Optics 1-8×30 Active Reticle™ Fire Control击败了L3Harris Technologies的样品,胜选的产品被授予XM157的编号开始量产试装。XM157的功能包括可变倍率光学元件(1-8倍)、备用分划刻度、激光测距仪、弹道计算机、大气传感器件、指南针、单兵通讯模块、可见光与红外激光瞄准器和数字显示屏。美陆军计划用十年时间采购25万件XM157瞄准镜,合同价为27亿美元(平均每件1.08万美元)。
图8 | NGSW计划的瞄准镜中标产品 (来源:网络)
二、市场规模
2.1 | 瞄准镜的总市场规模(TAM)
瞄准镜的主要应用领域有军事、警用、狩猎和射击运动。根据QYResearch《全球瞄准镜市场报告2022-2028》数据,全球瞄准镜市场销售额及增长率如图9所示,2022年全球瞄准镜市场销售额为55亿美元,预计2028年将达到 67 亿美元,未来几年年复合增长率 CAGR 为 3.3%。从数量来看,北美市场2021年市场规模为1421万件,约占全球的71.46%,预计2028年将达到1675万件,届时全球占比将达到69.77%。主要推动因素是军队大量采购用于改善现有装备水平以及民间狩猎和射击运动需求高涨。
图9 | 全球瞄准镜市场销售额及增长率 (来源:QYResearch)
瞄准镜是一个分散的行业,其制造商大小不一,从大型跨国公司到小型私营公司。全球市场主要企业排名如图10所示,瞄准镜主要生产商包括Nikon、Bushnell、Schmidt-Bender、Leupold、Burris 等,其中前五大厂商占有大约25%的市场份额。该行业涉及的大多数公司是瞄准镜和双筒望远镜的专业制造商,同时专注于光学器件制造,比如一些公司是知名的镜头生产商,它们提供高质量的产品,例如尼康和蔡司。
图10 | 瞄准镜全球市场主要企业排名 (来源:QYResearch)
2.2 | 智能枪瞄可覆盖的市场规模(SAM)预估
2.2.1 | 军用
根据Statista的统计数据,截至2024年1月,全球现役军人的数量如图11所示,中国203.5万,美国132.8万,前25的现役军人总数为1548.7万。
图11 | 2024年1月全球现役军人数量 (来源:statista)
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