01什么是激光雷達(dá)

1簡(jiǎn)述激光雷達(dá)

所謂雷達(dá)，就是用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。激光雷達(dá)(LightDetectionAndRanging，簡(jiǎn)稱"LiDAR")，顧名思義就是以激光來(lái)探測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)。

我們知道波長(zhǎng)與頻率成反比，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射能力越強(qiáng)，傳播的距離也就越長(zhǎng)?，F(xiàn)代雷達(dá)的波長(zhǎng)一般是到米級(jí)別，例如火控雷達(dá)的波長(zhǎng)是1-5厘米，汽車?yán)走_(dá)的波長(zhǎng)是1-10毫米。當(dāng)波長(zhǎng)進(jìn)一步壓縮（頻率進(jìn)一步提高），在紅外線、可見(jiàn)光、紫外線區(qū)域即可激發(fā)出激光，用激光做探測(cè)源的雷達(dá)，稱為激光雷達(dá)。

目前的激光雷達(dá)，不僅僅只有光探測(cè)與測(cè)量，更是一種集激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）和IMU（InertialMeasurementUnit，慣性測(cè)量裝置）三種技術(shù)于一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM（數(shù)字高程模型）。

這三種技術(shù)的結(jié)合，可以高度準(zhǔn)確地定位激光束打在物體上的光斑，測(cè)距精度可達(dá)厘米級(jí)，激光雷達(dá)最大的優(yōu)勢(shì)就是"精準(zhǔn)"和"快速、高效作業(yè)"。

2激光的誕生

光子入射到物質(zhì)中，以刺激電子從較高能級(jí)過(guò)渡到較低能級(jí)，并發(fā)射光子。當(dāng)原子處于某種激發(fā)態(tài)時(shí)，有能量合適的光子從該原子附近通過(guò)，該原子就會(huì)釋放出一個(gè)具有同樣電勢(shì)能的光子，從而躍遷到低能級(jí)狀態(tài)。入射光子和發(fā)射光子具有相同的波長(zhǎng)和相位，該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。一個(gè)光子刺激一個(gè)原子發(fā)射另一個(gè)光子，因此產(chǎn)生兩個(gè)相同的光子

1917年，愛(ài)因斯坦在量子理論的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)嶄新的概念一一受激輻射:即在物質(zhì)與輻射場(chǎng)的相互作用中,構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子可以在光子的激勵(lì)下產(chǎn)生光子。

1928年，德國(guó)的Landenburg(蘭登伯格)在研究氛氣色散現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)間接證實(shí)了受激輻射的存在，也直接給出了受激輻射的發(fā)生條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。1947年，Lamb(蘭姆)和Reherford(雷瑟福)在氧原子光譜中發(fā)現(xiàn)了明顯的受激輻射這是受激輻射第一次被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，蘭姆也因此在1955年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1950年，法國(guó)物理學(xué)家Kastler(卡斯特勒)提出了光學(xué)泵浦的方法。他也因?yàn)樘岢隽诉@種利用光學(xué)于段研究微波諧振的方法而獲諾貝爾獎(jiǎng)。

1951年，美國(guó)物理學(xué)家Purcel(珀賽爾)在用微波波譜學(xué)的方法制定核磁矩的同時(shí)，意外地觀察到了50HZ的受激輻射，并把粒子數(shù)反轉(zhuǎn)稱為“負(fù)溫1度”狀態(tài)，這使人們對(duì)玻爾茲曼分布有了更全面也更深刻的認(rèn)識(shí)。同年，美國(guó)物理學(xué)家(Townes)湯斯提出了受激輻射微波放大的設(shè)想。1954年，湯斯和她的兩個(gè)學(xué)生戈登、曹格爾一起研制成功了波長(zhǎng)為1.25cm的氨分子振蕩器,并把它稱為受激輻射微波放大器，按其字母縮寫為MASER，簡(jiǎn)稱脈澤。

時(shí)間來(lái)到1958年，湯斯與肖洛聯(lián)名在《物理評(píng)論》上發(fā)表了論文《紅外與光激射器》，這標(biāo)志著激光作為一種新事物登上了歷史舞臺(tái)。1960年，梅安研制的紅寶石激光器發(fā)出了694.3nm紅價(jià)激光，這是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)激光器。

3激光雷達(dá)的誕生

早在上個(gè)世紀(jì)60年代，當(dāng)人類制造出激光器后，科學(xué)家們根據(jù)激光的特性，最早提出的應(yīng)用就是測(cè)距。在1967年7月，美國(guó)人進(jìn)行了第一次載人登月飛行，就在月球上安裝了一個(gè)發(fā)射裝置用于測(cè)算地球和月球的距離。隨后，正值冷戰(zhàn)時(shí)期的人們，將激光應(yīng)用在了炸彈制導(dǎo)上。飛機(jī)發(fā)射激光照射目標(biāo)，同時(shí)投擲激光制導(dǎo)炸彈對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)飛行，用激光隨時(shí)修正自己的飛行路線，精確度非常高。

激光制導(dǎo)炸彈最早亮相于1972年4月的越南戰(zhàn)爭(zhēng)，美軍用了七年，損失了十?dāng)?shù)架飛機(jī)，都沒(méi)有炸掉的清化大橋，僅僅經(jīng)過(guò)兩次轟炸，耗費(fèi)20枚激光制導(dǎo)炸彈，就將清化大橋從地圖上抹掉。相對(duì)普通航彈，激光制導(dǎo)炸彈顯示出了極高的費(fèi)效比。

20世紀(jì)70年代末，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）成功研制出一種具有掃描和高速數(shù)據(jù)記錄能力的機(jī)載海洋激光雷達(dá)。用在大西洋和切薩皮克灣進(jìn)行了水深的測(cè)定，并且繪制出水深小于10m的海底地貌。此后，機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)蘊(yùn)含的巨大應(yīng)用潛力開(kāi)始受到關(guān)注，并很快被應(yīng)用到陸地地形勘測(cè)研究當(dāng)中。

20世紀(jì)90年代后期，全球定位系統(tǒng)及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展使得激光掃描過(guò)程中的精確即時(shí)定位定姿成為可能。1990年德國(guó)Stuttgart大學(xué)Ackermann教授領(lǐng)銜研制的世界上第一個(gè)激光斷面測(cè)量系統(tǒng)，這一系統(tǒng)成功將激光掃描技術(shù)與即時(shí)定位定姿系統(tǒng)結(jié)合，形成機(jī)載激光掃描儀。

1993年，德國(guó)出現(xiàn)首個(gè)商用機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)TopScanALTM1020。1995年，機(jī)載激光雷達(dá)設(shè)備實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。此后，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)成為了森林資源調(diào)查的重要補(bǔ)充手段。廣泛應(yīng)用于快速獲取大范圍森林結(jié)構(gòu)信息，如樹(shù)木定位、樹(shù)高計(jì)算、樹(shù)冠體積估測(cè)等，同時(shí)還為森林生態(tài)研究、森林經(jīng)營(yíng)管理提供垂直結(jié)構(gòu)分層、碳儲(chǔ)量、枯枝落葉易燃物數(shù)量等參數(shù)估算信息。

隨著激光雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，星載激光雷達(dá)的研制和應(yīng)用在20世紀(jì)90年代逐步成熟。

2003年，NASA根據(jù)早先提出的采用星載激光雷達(dá)測(cè)量?jī)蓸O地區(qū)冰面變化的計(jì)劃，正式將地學(xué)激光測(cè)高儀列入地球觀測(cè)系統(tǒng)中，并將其搭載在冰體、云量和陸地高度監(jiān)測(cè)衛(wèi)星上發(fā)射升空運(yùn)行。

LIDAR技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)用在各個(gè)領(lǐng)域；主要應(yīng)用包括：立體制圖、采礦、林業(yè)、考古學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地震學(xué)、地形測(cè)量和回廊制圖等等。

02激光雷達(dá)的構(gòu)成與分類

1激光雷達(dá)的構(gòu)成

激光雷達(dá)發(fā)展到現(xiàn)在，其結(jié)構(gòu)精密且復(fù)雜，主要由激光系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號(hào)處理單元和掃描模塊四大核心組件構(gòu)成。激光器以脈沖的方式點(diǎn)亮發(fā)射激光，照射到障礙物后對(duì)物體進(jìn)行3D掃描，反射光線經(jīng)由鏡頭組匯聚到接收器上。信號(hào)處理單元負(fù)責(zé)控制激光器的發(fā)射，并將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，最后進(jìn)入主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算。進(jìn)一步的，我們可以根據(jù)以下指標(biāo)判斷激光雷達(dá)的好壞。

視場(chǎng)角，視場(chǎng)角決定了激光雷達(dá)能夠看到的視野范圍，分為水平視場(chǎng)角和垂直視場(chǎng)角，視場(chǎng)角越大，代表視野范圍越大，反之則代表視野范圍越小。

線數(shù)，線數(shù)越高，代表單位時(shí)間內(nèi)采樣的點(diǎn)就越多，分辨率也就越高，目前無(wú)人駕駛車一般采用32線或64線的激光雷達(dá)。

分辨率，分辨率和激光光束之間的夾角有關(guān)，夾角越小，分辨率越高。固態(tài)激光雷達(dá)的垂直分辨率和水平分辨率大概相當(dāng)，約為0.1°，旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的水平角分辨率為0.08°，垂直角分辨率約為0.4°。

探測(cè)距離，激光雷達(dá)的最大測(cè)量距離。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域應(yīng)用的激光雷達(dá)的測(cè)距范圍普遍在100~200m左右。

測(cè)量精度，激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)手冊(cè)中的測(cè)量精度(Accuracy)常表示為，例如±2cm的形式。精度表示設(shè)備測(cè)量位置與實(shí)際位置偏差的范圍。

反射率，反射率是指物體反射的輻射能量占總輻射能量的百分比，比如說(shuō)某物體的反射率是20%，表示物體接收的激光輻射中有20%被反射出去了。不同物體的反射率不同，這主要取決于物體本身的性質(zhì)（表面狀況），如果反射率太低，那么激光雷達(dá)收不到反射回來(lái)的激光，導(dǎo)致檢測(cè)不到障礙物。激光雷達(dá)一般要求物體表面的反射率在10%以上，用激光雷達(dá)采集高精度地圖的時(shí)候，如果車道線的反射率太低，生成的高精度地圖的車道線會(huì)不太清晰。

掃描幀頻，激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)更新的頻率。對(duì)于混合固態(tài)激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)，也就是旋轉(zhuǎn)鏡每秒鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，單位Hz。例如，10Hz即旋轉(zhuǎn)鏡每秒轉(zhuǎn)10圈，同一方位的數(shù)據(jù)點(diǎn)更新10次。

2激光雷達(dá)的分類

激光雷達(dá)行業(yè)具有較高的技術(shù)水準(zhǔn)與技術(shù)壁壘，并同時(shí)具有技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)與產(chǎn)品迭代速度快的特征。其技術(shù)發(fā)展方向與半導(dǎo)體行業(yè)契合度高，激光雷達(dá)系統(tǒng)中核心的激光器、探測(cè)器、控制及處理單元均能從半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展中受益，收發(fā)單元陣列化以及核心模塊芯片化是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

激光雷達(dá)可分成一維（1D）激光雷達(dá)、二維（2D）掃描激光雷達(dá)和三維（3D）掃描激光雷達(dá)。1D激光雷達(dá)只能用于線性的測(cè)距；2D掃描激光雷達(dá)只能在平面上掃描，可用于平面面積與平面形狀的測(cè)繪，如家庭用的掃地機(jī)器人；3D掃描激光雷達(dá)可進(jìn)行3D空間掃描，用于戶外建筑測(cè)繪，它是駕駛輔助和自助式自動(dòng)駕駛應(yīng)用的重要車載傳感設(shè)備。3D激光雷達(dá)可進(jìn)一步分成3D扇形掃描激光雷達(dá)和3D旋轉(zhuǎn)式掃描激光雷達(dá)。

激光雷達(dá)按照測(cè)距方法可以分為飛行時(shí)間（TimeofFlight，ToF）測(cè)距法、基于相干探測(cè)FMCW測(cè)距法、以及三角測(cè)距法等，其中ToF與FMCW能夠?qū)崿F(xiàn)室外陽(yáng)光下較遠(yuǎn)的測(cè)程（100～250m），是車載激光雷達(dá)的優(yōu)選方案。ToF是目前市場(chǎng)車載中長(zhǎng)距激光雷達(dá)的主流方案，未來(lái)隨著FMCW激光雷達(dá)整機(jī)和上游產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，ToF和FMCW激光雷達(dá)將在市場(chǎng)上并存。

1、根據(jù)激光雷達(dá)按測(cè)距方法分類：

ToF法：通過(guò)直接測(cè)量發(fā)射激光與回波信號(hào)的時(shí)間差，基于光在空氣中的傳播速度得到目標(biāo)物的距離信息，具有響應(yīng)速度快、探測(cè)精度高的優(yōu)勢(shì)。

FMCW法：將發(fā)射激光的光頻進(jìn)行線性調(diào)制，通過(guò)回波信號(hào)與參考光進(jìn)行相干拍頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時(shí)間反推目標(biāo)物距離。FMCW激光雷達(dá)具有可直接測(cè)量速度信息以及抗干擾（包括環(huán)境光和其他激光雷達(dá)）的優(yōu)勢(shì)。

2、根據(jù)激光雷達(dá)按技術(shù)架構(gòu)分類：

機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)：通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)收發(fā)陣列進(jìn)行整體旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間水平360°視場(chǎng)范圍的掃描。測(cè)距能力在水平360°視場(chǎng)范圍內(nèi)保持一致。

半固態(tài)式激光雷達(dá)：半固態(tài)方案的特點(diǎn)是收發(fā)單元與掃描部件解耦，收發(fā)單元（如激光器、探測(cè)器）不再進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，具體包括微振鏡方案、轉(zhuǎn)鏡方案等。適用于實(shí)現(xiàn)部分視場(chǎng)角（如前向）的探測(cè)，體積相較于機(jī)械旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)更緊湊。

固態(tài)激光雷達(dá)：固態(tài)式方案的特點(diǎn)是不再包含任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，具體包括相控陣（OpticalPhasedArray,OPA）方案、Flash方案、電子掃描方案等。適用于實(shí)現(xiàn)部分視場(chǎng)角（如前向）的探測(cè)，因?yàn)椴缓瑱C(jī)械掃描器件，其體積相較于其他架構(gòu)最為緊湊。

相比于半固態(tài)式和固態(tài)式激光雷達(dá)，機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行360°的水平視場(chǎng)掃描，而半固態(tài)式和固態(tài)式激光雷達(dá)往往最高只能做到120°的水平視場(chǎng)掃描，且在視場(chǎng)范圍內(nèi)測(cè)距能力的均勻性差于機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)。由于無(wú)人駕駛汽車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，需要對(duì)周圍360°的環(huán)境具有同等的感知能力，而機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)兼具360°水平視場(chǎng)角和測(cè)距能力遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)，目前主流無(wú)人駕駛項(xiàng)目紛紛采用了機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)作為主要的感知傳感器。

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)自誕生以來(lái)，緊跟底層器件的前沿發(fā)展，呈現(xiàn)出了技術(shù)水平高的突出特點(diǎn)。激光雷達(dá)廠商不斷引入新的技術(shù)架構(gòu)，提升探測(cè)性能并拓展應(yīng)用領(lǐng)域：從激光器發(fā)明之初的單點(diǎn)激光雷達(dá)到后來(lái)的單線掃描激光雷達(dá)，以及在無(wú)人駕駛技術(shù)中獲得廣泛認(rèn)可的多線掃描激光雷達(dá)，再到技術(shù)方案不斷創(chuàng)新的固態(tài)式激光雷達(dá)、FMCW激光雷達(dá)，以及如今芯片化的發(fā)展趨勢(shì)，激光雷達(dá)一直以來(lái)都是新興技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的代表。

3不同類激光雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)

機(jī)械旋轉(zhuǎn)式Lidar的發(fā)射和接收模塊存在宏觀意義上的轉(zhuǎn)動(dòng)。在豎直方向上排布多組激光線束，發(fā)射模塊以一定頻率發(fā)射激光線，通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射頭實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描。

機(jī)械旋轉(zhuǎn)Lidar分立的收發(fā)組件導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程要人工光路對(duì)準(zhǔn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可量產(chǎn)性差。目前有的機(jī)械旋轉(zhuǎn)Lidar廠商在走芯片化的路線，將多線激光發(fā)射模組集成到一片芯片，提高生產(chǎn)效率和量產(chǎn)性，降低成本，減小旋轉(zhuǎn)部件的大小和體積，使其更易過(guò)車規(guī)。

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟；掃描速度快；可360度掃描。

缺點(diǎn)：可量產(chǎn)性差：光路調(diào)試、裝配復(fù)雜，生產(chǎn)效率低；價(jià)格貴：靠增加收發(fā)模塊的數(shù)量實(shí)現(xiàn)高線束，元器件成本高，主機(jī)廠難以接受；難過(guò)車規(guī)：旋轉(zhuǎn)部件體積/重量龐大，難以滿足車規(guī)的嚴(yán)苛要求；造型不易于集成到車體。

2、MEMS陣鏡激光雷達(dá)

MEMS振鏡是一種硅基半導(dǎo)體元器件，屬于固態(tài)電子元件；它是在硅基芯片上集成了體積十分精巧的微振鏡，其核心結(jié)構(gòu)是尺寸很小的懸臂梁——反射鏡懸浮在前后左右各一對(duì)扭桿之間以一定諧波頻率振蕩，由旋轉(zhuǎn)的微振鏡來(lái)反射激光器的光線，從而實(shí)現(xiàn)掃描。硅基MEMS微振鏡可控性好，可實(shí)現(xiàn)快速掃描，其等效線束能高達(dá)一至兩百線，因此，要同樣的點(diǎn)云密度時(shí)，硅基MEMSLidar的激光發(fā)射器數(shù)量比機(jī)械式旋轉(zhuǎn)Lidar少很多，體積小很多，系統(tǒng)可靠性高很多。

優(yōu)點(diǎn)：MEMS微振鏡擺脫了笨重的馬達(dá)、多發(fā)射/接收模組等機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置，毫米級(jí)尺寸的微振鏡大大減少了激光雷達(dá)的尺寸，提高了穩(wěn)定性；MEMS微振鏡可減少激光發(fā)射器和探測(cè)器數(shù)量，極大地降低成本。

缺點(diǎn)：有限的光學(xué)口徑和掃描角度限制了Lidar的測(cè)距能力和FOV，大視場(chǎng)角需要多子視場(chǎng)拼接，這對(duì)點(diǎn)云拼接算法和點(diǎn)云穩(wěn)定度要求都較高；抗沖擊可靠性存疑；振鏡尺寸問(wèn)題：遠(yuǎn)距離探測(cè)需要較大的振鏡，不但價(jià)格貴，對(duì)快軸/慢軸負(fù)擔(dān)大，材質(zhì)的耐久疲勞度存在風(fēng)險(xiǎn)，難以滿足車規(guī)的DV、PV的可靠性、穩(wěn)定性、沖擊、跌落測(cè)試要求；懸臂梁：硅基MEMS的懸臂梁結(jié)構(gòu)實(shí)際非常脆弱，快慢軸同時(shí)對(duì)微振鏡進(jìn)行反向扭動(dòng)，外界的振動(dòng)或沖擊極易直接致其斷裂。

3、旋轉(zhuǎn)掃描鏡激光雷達(dá)

作為首款量產(chǎn)的L3級(jí)別自動(dòng)駕駛的乘用車——奧迪A8上搭載的激光雷達(dá)就是旋轉(zhuǎn)掃描鏡激光雷達(dá)。與機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)不同的是，其激光發(fā)射模塊和接收模塊是不動(dòng)的，只有掃描鏡在做機(jī)械旋轉(zhuǎn)。激光單元發(fā)出激光至旋轉(zhuǎn)掃描鏡（Mirror），被偏轉(zhuǎn)向前發(fā)射（掃描角度145°），被物體反射的光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)被左下方的探測(cè)器接收。

優(yōu)點(diǎn)：可車規(guī)，壽命長(zhǎng)，可靠度高。

缺點(diǎn)：掃描線數(shù)少，掃描角度不能到360度。

4、楔形棱鏡旋轉(zhuǎn)雷達(dá)

收發(fā)模塊的PLD（PulsedLaserDiode）發(fā)射出激光，通過(guò)反射鏡和凸透鏡變成平行光，掃描模塊的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的棱鏡改變光路，使激光從某個(gè)角度發(fā)射出去。激光打到物體上，反射后從原光路回來(lái)，被APD接收。

與MEMSLidar相比，它可以做到很大的通光孔徑，距離也會(huì)測(cè)得較遠(yuǎn)。與機(jī)械旋轉(zhuǎn)Lidar相比，它極大地減少了激光發(fā)射和接收的線數(shù)，降低了對(duì)焦與標(biāo)定的復(fù)雜度，大幅提升生產(chǎn)效率，降低成本。

優(yōu)點(diǎn)：非重復(fù)掃描，解決了機(jī)械式激光雷達(dá)的線式掃描導(dǎo)致漏檢物體的問(wèn)題；可實(shí)現(xiàn)隨著掃描時(shí)間增加，達(dá)到近100％的視場(chǎng)覆蓋率；沒(méi)有電子元器件的旋轉(zhuǎn)磨損，可靠性更高，符合車規(guī)。

缺點(diǎn)：?jiǎn)蝹€(gè)雷達(dá)的FOV較小，視場(chǎng)覆蓋率取決于積分時(shí)間；獨(dú)特的掃描方式使其點(diǎn)云的分布不同于傳統(tǒng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)Lidar，需要算法適配。

5、二維掃描振鏡激光雷達(dá)

這類激光雷達(dá)的核心元件是兩個(gè)掃描器——多邊形棱鏡和垂直掃描振鏡，分別負(fù)責(zé)水平和垂直方向上的掃描。特點(diǎn)是掃描速度快，精度高。比如：一個(gè)四面多邊形，僅移動(dòng)八條激光器光束（相當(dāng)于傳統(tǒng)的8線激光雷達(dá)），以5000rpm速度掃描，垂直分辨率為2667條/秒，120度水平掃描，在10Hz非隔行掃描下，垂直分辨率達(dá)267線。

優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)速越高，掃描精度越高；可以控制掃描區(qū)域，提高關(guān)鍵區(qū)域的掃描密度；多邊形可提供超寬FOV，一般可做到水平120度。MEMSLidar一般不超過(guò)80度；通光孔徑大，信噪比和有效距離要遠(yuǎn)高于MEMSLidar；價(jià)格低廉，MEMS振鏡貴的要上千美元，多邊形激光掃描已經(jīng)非常成熟，價(jià)格只要幾十美元；激光雷達(dá)間抗干擾性強(qiáng)

缺點(diǎn)：與MEMS技術(shù)比，其缺點(diǎn)是功耗高，有電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件

6、Flash激光雷達(dá)

Flash激光雷達(dá)采用類似Camera的工作模式，但感光元件與普通相機(jī)不同，每個(gè)像素點(diǎn)可記錄光子飛行時(shí)間。由于物體具有三維空間屬性，照射到物體不同部位的光具有不同的飛行時(shí)間，被焦平面探測(cè)器陣列探測(cè)，輸出為具有深度信息的“三維”圖像。根據(jù)激光光源的不同，F(xiàn)lash激光雷達(dá)可以分為脈沖式和連續(xù)式，脈沖式可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)（100米以上），連續(xù)式主要用于近距離探測(cè)（數(shù)十米）。

Flash激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于能夠快速記錄整個(gè)場(chǎng)景，避免了掃描過(guò)程中目標(biāo)或Lidar自身運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的誤差。其缺點(diǎn)是探測(cè)距離近。

發(fā)射模組：Flash激光雷達(dá)采用的是垂直腔面發(fā)射激光器（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，VCSEL），比其他激光器更小、更輕、更耐用、更快、更易于制造，并且功率效率更高。

接收模組：Flash激光雷達(dá)的性能主要取決于焦平面探測(cè)器陣列的靈敏度。焦平面探測(cè)器陣列可使用PIN型光電探測(cè)器，在探測(cè)器前端加上透鏡單元并采用高性能讀出電路，可實(shí)現(xiàn)短距離探測(cè)。對(duì)于遠(yuǎn)距離探測(cè)需求，需要使用到雪崩型光電探測(cè)器，其探測(cè)的靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)，基于APD的面陣探測(cè)器具有遠(yuǎn)距離單幅成像、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：一次性實(shí)現(xiàn)全局成像來(lái)完成探測(cè)，無(wú)需考慮運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；無(wú)掃描器件，成像速度快；集成度高，體積??；芯片級(jí)工藝，適合量產(chǎn)；全固態(tài)優(yōu)勢(shì)，易過(guò)車規(guī)

缺點(diǎn)：激光功率受限，探測(cè)距離近；抗干擾能力差；角分辨率低

7、光學(xué)相控陣激光雷達(dá)（OPA）

很多軍用Lidar使用OPA（OpticalPhasedArray）光學(xué)相控陣技術(shù)。OPA運(yùn)用相干原理，采用多個(gè)光源組成陣列，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中每個(gè)發(fā)射單元的相位差，來(lái)控制輸出的激光束的方向。OPA激光雷達(dá)完全是由電信號(hào)控制掃描方向，能夠動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)掃描角度范圍，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行全局掃描或者某一區(qū)域的局部精細(xì)化掃描，一個(gè)激光雷達(dá)就可能覆蓋近/中/遠(yuǎn)距離的目標(biāo)探測(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：純固態(tài)Lidar，體積小，易于車規(guī)；掃描速度快（一般可達(dá)到MHz量級(jí)以上）；精度高（可以做到μrad量級(jí)以上）；可控性好（可以在感興趣的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行高密度掃描）

缺點(diǎn)：易形成旁瓣，影響光束作用距離和角分辨率，使激光能量被分散；加工難度高：光學(xué)相控陣要求陣列單元尺寸必須不大于半個(gè)波長(zhǎng)；探測(cè)距離很難做到很遠(yuǎn)

8、調(diào)頻連續(xù)波FMCW激光雷達(dá)

以三角波調(diào)頻連續(xù)波為例來(lái)介紹其測(cè)距/測(cè)速原理。藍(lán)色為發(fā)射信號(hào)頻率，紅色為接收信號(hào)頻率，發(fā)射的激光束被反復(fù)調(diào)制，信號(hào)頻率不斷變化。激光束擊中障礙物被反射，反射會(huì)影響光的頻率，當(dāng)反射光返回到檢測(cè)器，與發(fā)射時(shí)的頻率相比，就能測(cè)量?jī)煞N頻率之間的差值，與距離成比例，從而計(jì)算出物體的位置信息。FMCW的反射光頻率會(huì)根據(jù)前方移動(dòng)物體的速度而改變，結(jié)合多普勒效應(yīng)，即可計(jì)算出目標(biāo)的速度。

優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)像素都有多普勒信息，含速度信息；解決Lidar間串?dāng)_問(wèn)題；不受環(huán)境光影響，探測(cè)靈敏度高

缺點(diǎn)：不能探測(cè)切向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)

4不同車載傳感器的比較

目前，激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭是公認(rèn)的自動(dòng)駕駛的三大關(guān)鍵傳感器技術(shù)。從技術(shù)上看，激光雷達(dá)與其他兩者相比具備強(qiáng)大的空間三維分辨能力。中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、國(guó)汽智聯(lián)汽車研究院編寫的《中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2019）》稱，當(dāng)前在人工智能的重要應(yīng)用場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車的自動(dòng)駕駛和輔助駕駛領(lǐng)域中，激光雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的核心傳感器之一。報(bào)告認(rèn)為，在用于道路信息檢測(cè)的傳感器中，激光雷達(dá)在探測(cè)距離、精準(zhǔn)性等方面，相比毫米波雷達(dá)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

03激光雷達(dá)的應(yīng)用

1測(cè)量測(cè)繪

1、地形測(cè)繪

激光雷達(dá)通過(guò)揭示地面細(xì)微的高程變化來(lái)展示地貌。它最大的優(yōu)勢(shì)在于它是一個(gè)高速“采樣工具”，激光雷達(dá)每秒從空中向地面發(fā)出數(shù)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)個(gè)脈沖，正是這種密集的點(diǎn)云使我們能夠獲取真實(shí)地貌。

2、建筑質(zhì)量控制

使用LiDAR進(jìn)行建筑掃描可以確保建筑與建筑信息模型(BIM)相匹配。將來(lái)自地面掃描的點(diǎn)云與BIM設(shè)計(jì)對(duì)比可保證施工質(zhì)量并按計(jì)劃進(jìn)行，LiDAR最大的優(yōu)勢(shì)是實(shí)時(shí)掃描，能在項(xiàng)目早期發(fā)現(xiàn)缺陷，否則，任何有缺陷的結(jié)構(gòu)返工都會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和金錢。

3、水下地形測(cè)量

我們通常使用測(cè)深探測(cè)（或聲納）進(jìn)行水下調(diào)查。聲納發(fā)出砰砰聲并接收回聲。與LiDAR類似，它通過(guò)測(cè)量回波經(jīng)過(guò)的時(shí)間來(lái)計(jì)算距離。測(cè)深激光雷達(dá)與機(jī)載激光雷達(dá)不同，它使用綠色波長(zhǎng)，通過(guò)使用這種波長(zhǎng)，水下測(cè)繪可以一直測(cè)量到水底。同樣，河流和測(cè)深調(diào)查能夠繪制陸地和水生系統(tǒng)的地圖。

4、林業(yè)調(diào)繪

森林中的樹(shù)木結(jié)構(gòu)和高度的可視化是LiDAR應(yīng)用真正成功的領(lǐng)域。但激光雷達(dá)真的能“穿透”樹(shù)木嗎？想象一下，你站在森林中間，抬頭看。你能看到陽(yáng)光嗎？如果您可以看到光線透過(guò)，那么LiDAR也可以。

當(dāng)你知道樹(shù)的高度和地面的高度時(shí)，你就會(huì)得到一個(gè)真正的垂直剖面，如果你真的想要一個(gè)3D植被結(jié)構(gòu)，地面LiDAR也可以生成逼真的3D模型。其實(shí)，地球科學(xué)激光高度計(jì)系統(tǒng)(GLAS)是第一個(gè)從太空繪制森林地圖的激光測(cè)距(LiDAR)儀器。

5、洪水預(yù)警

通過(guò)使用LiDAR測(cè)量地表，水文學(xué)家可以建立數(shù)字高程模型。從這里，使用者可以在洪水發(fā)生之前繪制出容易被淹沒(méi)的區(qū)域。

在這方面，激光雷達(dá)可以提供洪水預(yù)警系統(tǒng)，保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全。保險(xiǎn)公司也可以使用這些數(shù)據(jù)收取更高的保費(fèi)，這只是保險(xiǎn)業(yè)中用于評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的眾多GIS應(yīng)用程序之一。

6、確定土地用途

激光雷達(dá)分類代碼包括地面、植被（低，中，高）、建筑、架空導(dǎo)線、公路、鐵路和水等等，每個(gè)分類定義都來(lái)自反射的激光脈沖。甚至通過(guò)多期數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)可以穩(wěn)定地了解我們星球的動(dòng)態(tài)變化，包括氣候變化。

2工業(yè)自動(dòng)化與自動(dòng)駕駛

1、工業(yè)自動(dòng)化

機(jī)器人應(yīng)用范圍包括無(wú)人送貨小車、自動(dòng)清掃車輛、園區(qū)內(nèi)的接駁車、港口或礦區(qū)的無(wú)人作業(yè)車、執(zhí)行監(jiān)控或巡線任務(wù)的無(wú)人機(jī)等，這些場(chǎng)景的主要特點(diǎn)是路線相對(duì)固定、環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單、行駛速度相對(duì)較低（通常不超過(guò)30km/h）。

激光雷達(dá)可安裝在AGV等小型車輛中，在工廠或倉(cāng)庫(kù)中，集成激光雷達(dá)可以被用于導(dǎo)航自動(dòng)化設(shè)備，如自動(dòng)引導(dǎo)車和機(jī)器人，并幫助它們避免撞擊障礙物，以幫助其在無(wú)人環(huán)境下自動(dòng)感知路線從而進(jìn)行日常作業(yè)。

2、輔助駕駛

在目前的L2/L3級(jí)高級(jí)輔助駕駛中，激光雷達(dá)可覆蓋前向視場(chǎng)（水平視場(chǎng)角覆蓋60°到120°）以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟車或者高速自適應(yīng)巡航等功能。通過(guò)發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)的對(duì)比，構(gòu)建出點(diǎn)云圖，從而實(shí)現(xiàn)諸如目標(biāo)距離、方位、速度、姿態(tài)、形狀等信息的探測(cè)和識(shí)別。除了傳統(tǒng)的障礙物檢測(cè)以外，激光雷達(dá)還可以應(yīng)用于車道線檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)距遠(yuǎn)、精度高，獲取信息豐富，抗源干擾能力強(qiáng)。

3、自動(dòng)駕駛

未來(lái)，L4/L5級(jí)無(wú)人駕駛應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，有賴于激光雷達(dá)提供的感知信息。激光雷達(dá)是一種可以掃描周圍環(huán)境并生成三維圖像的傳感器。它可以被用于識(shí)別障礙物、構(gòu)建地圖和定位車輛等應(yīng)用場(chǎng)景。

該級(jí)別應(yīng)用需要面對(duì)復(fù)雜多變的行駛環(huán)境，對(duì)激光雷達(dá)性能水平要求最高，在要求360°水平掃描范圍的同時(shí)，對(duì)于低反射率物體的最遠(yuǎn)測(cè)距能力需要達(dá)到200m，且需要更高的線數(shù)以及更密的點(diǎn)云分辨率；同時(shí)為了減少噪點(diǎn)還需要激光雷達(dá)具有抵抗同環(huán)境中其他激光雷達(dá)干擾的能力。

04激光雷達(dá)的市場(chǎng)概況

1全球市場(chǎng)概況

激光雷達(dá)過(guò)去用于工業(yè)測(cè)繪、氣象監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，未來(lái)車載領(lǐng)域?qū)⒊蔀樽钪匾?xì)分。氣象監(jiān)測(cè)、地形測(cè)繪與車載、機(jī)器人領(lǐng)域?qū)す饫走_(dá)的技術(shù)要求不同，分屬不同細(xì)分市場(chǎng)。

下游需求刺激行業(yè)快速發(fā)展，激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)百億美元。受益于無(wú)人駕駛、高級(jí)輔助駕駛（ADAS）和服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的需求，有望迎來(lái)高速增長(zhǎng)期。據(jù)Velodyne預(yù)測(cè)，2022年智能駕駛將占總市場(chǎng)規(guī)模的60.5%，成為激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)最大的增長(zhǎng)極，工業(yè)、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人領(lǐng)域各占比24.4%、8.4%、4.2%。

根據(jù)沙利文的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)，受無(wú)人駕駛車隊(duì)規(guī)模擴(kuò)張、激光雷達(dá)在高級(jí)輔助駕駛中滲透率增加、以及服務(wù)型機(jī)器人及智能交通建設(shè)等領(lǐng)域需求的推動(dòng)，激光雷達(dá)整體市場(chǎng)預(yù)計(jì)將呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，至2025年全球市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)131.1億美元。

2022年全球激光雷達(dá)解決方案市場(chǎng)規(guī)模為120億元，近五年年均復(fù)合增長(zhǎng)率為63%。根據(jù)預(yù)測(cè)，2023年全球激光雷達(dá)解決方案市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到227億元，2024年將達(dá)到512億元。

2國(guó)內(nèi)市場(chǎng)

中國(guó)是激光雷達(dá)未來(lái)的最大市場(chǎng)之一。根據(jù)麥肯錫的預(yù)測(cè)，中國(guó)將是全球最大的自動(dòng)駕駛市場(chǎng)，也是高級(jí)輔助駕駛領(lǐng)域全球最大的新車銷售市場(chǎng)。由于人口老齡化和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的影響，需要在減少人力支出的情況下增加生產(chǎn)效率，通過(guò)無(wú)人駕駛、高級(jí)輔助駕駛、服務(wù)型機(jī)器人通過(guò)機(jī)器自動(dòng)化工作來(lái)減少人力支出。

在2022年中國(guó)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模約為26.4億元。根據(jù)預(yù)測(cè)，2023年中國(guó)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)75.9億元，2024年將達(dá)到139.6億元。2022年全球Top15激光雷達(dá)公司中，2家車載激光雷達(dá)公司都來(lái)自中國(guó)，分別是禾賽科技和速騰聚創(chuàng)。

在政策端，國(guó)家近年來(lái)不斷推出新的政策以支持激光雷達(dá)企業(yè)的成長(zhǎng)與發(fā)展。

3行業(yè)上游供應(yīng)商

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游（光學(xué)和電子元器件）、中游（集成激光雷達(dá)）、下游（不同應(yīng)用場(chǎng)景）。其中上游為激光發(fā)射、激光接收、掃描系統(tǒng)和信息處理四大部分，包含大量的光學(xué)和電子元器件。中游為集成的激光雷達(dá)產(chǎn)品，下游包括軍事、測(cè)繪、無(wú)人駕駛汽車、高精度地圖、服務(wù)機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。

激光器和探測(cè)器是激光雷達(dá)的重要部件，激光器和探測(cè)器的性能、成本、可靠性與激光雷達(dá)產(chǎn)品的性能、成本、可靠性密切相關(guān)。國(guó)外廠商在激光器和探測(cè)器行業(yè)耕耘較久，產(chǎn)品的成熟度和可靠性上有更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢(shì)，客戶群體也更為廣泛。國(guó)內(nèi)廠商近些年發(fā)展迅速，產(chǎn)品性能已經(jīng)基本接近國(guó)外供應(yīng)鏈水平，并已經(jīng)有通過(guò)車規(guī)認(rèn)證（AEC-Q102）的國(guó)產(chǎn)激光器和探測(cè)器出現(xiàn)，元器件的車規(guī)化是車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)廠商能夠滿足這一需求。相比國(guó)外廠商，國(guó)內(nèi)廠商在產(chǎn)品的定制化上有較大的靈活性，價(jià)格也有一定優(yōu)勢(shì)。

光學(xué)部件方面，激光雷達(dá)公司一般為自主研發(fā)設(shè)計(jì)，然后選擇行業(yè)內(nèi)的加工公司完成生產(chǎn)和加工工序。光學(xué)部件國(guó)內(nèi)廠商的技術(shù)水平已經(jīng)完全達(dá)到或超越國(guó)外供應(yīng)鏈的水準(zhǔn)，且有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)可以完全替代國(guó)外供應(yīng)鏈和滿足產(chǎn)品加工的需求。

FPGA芯片通常被用作激光雷達(dá)的主控芯片，國(guó)外廠商的產(chǎn)品性能相比國(guó)內(nèi)供應(yīng)商大幅領(lǐng)先，但國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的邏輯資源規(guī)模和高速接口性能也能夠滿足激光雷達(dá)的需求。

模擬芯片用于搭建激光雷達(dá)系統(tǒng)中發(fā)光控制、光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，以及電信號(hào)實(shí)時(shí)處理等關(guān)鍵子系統(tǒng)。國(guó)外供應(yīng)商在該領(lǐng)域積累已久，技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)能充足、成熟度高，是行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。國(guó)內(nèi)供應(yīng)商相比國(guó)外起步較晚，從產(chǎn)品豐富程度到技術(shù)水平還普遍存在著一定差距，尤其車規(guī)類產(chǎn)品差距會(huì)更大。

上游主要部件及生產(chǎn)廠商如下表所示：

4下游主要客戶

1、車載領(lǐng)域

目前，在智能駕駛市場(chǎng)中，ADAS+ADS雙輪驅(qū)動(dòng)，激光雷達(dá)作為智能駕駛畫龍點(diǎn)睛的產(chǎn)品，不可或缺。

在高級(jí)輔助駕駛市場(chǎng)，激光雷達(dá)的成本不斷下降，商業(yè)化進(jìn)程有望提速，全球范圍內(nèi)L3級(jí)輔助駕駛量產(chǎn)車項(xiàng)目當(dāng)前處于快速開(kāi)發(fā)之中。世界各地交通法規(guī)的修訂為L(zhǎng)3級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)商業(yè)化落地帶來(lái)機(jī)會(huì)。2020年6月聯(lián)合國(guó)的歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)通過(guò)《ALKS車道自動(dòng)保持系統(tǒng)條例》，這是全球范圍內(nèi)第一個(gè)針對(duì)L3級(jí)自動(dòng)駕駛具有約束力的國(guó)際法規(guī)。隨著激光雷達(dá)成本下探至數(shù)百美元區(qū)間且達(dá)到車規(guī)級(jí)要求，未來(lái)越來(lái)越多高級(jí)輔助駕駛量產(chǎn)項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；根據(jù)Forst&Sullivan的研究報(bào)告，2021-2026E、2026E-2020E全球乘用車新車市場(chǎng)ADAS車輛銷售CAGR有望達(dá)75.5%、30.5%，其中中國(guó)增速最高，分別為92.2%/29.3%。

激光雷達(dá)在ADAS應(yīng)用：海內(nèi)外持續(xù)發(fā)展，2025年全球市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)6.2億美元。2020年10月，百度在北京全面開(kāi)放無(wú)人駕駛出租車服務(wù)，在13個(gè)城市部署總數(shù)測(cè)試車輛，并且與一汽紅旗合作實(shí)現(xiàn)了中國(guó)首條L4級(jí)自動(dòng)駕駛乘用車生產(chǎn)線建設(shè)，具備批量生產(chǎn)能力。根據(jù)Forst&Sullivan研究估計(jì)，2026年ADAS領(lǐng)域使用激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)12.9億美元。其中，中國(guó)、美國(guó)、其他地區(qū)分別為6.7/3.5/2.7億美元。2030年ADAS領(lǐng)域使用激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)64.9億美元，其中中國(guó)、美國(guó)、其他地區(qū)分別為32.5/13.0/19.5億美元。

從自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展來(lái)看，L0-L2階段，傳感器與控制系統(tǒng)的革新是主要變化；L3-L4階段，感知與決策能力的增強(qiáng)是主要變化。L2、L3及L4級(jí)別的智能駕駛所需激光雷達(dá)臺(tái)數(shù)分別為0臺(tái)、1臺(tái)和5臺(tái)，激光雷達(dá)稱為推動(dòng)智能駕駛發(fā)展的重要因素。就國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言，中國(guó)擁有世界最大的高級(jí)輔助駕駛和無(wú)人駕駛市場(chǎng)，成長(zhǎng)空間也最為廣闊。2020年11月發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖（2.0版）》明確指出到2030年我國(guó)L2和L3級(jí)滲透率要超過(guò)70%。

2、車聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器人

智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景有助于催生路側(cè)激光雷達(dá)市場(chǎng)成長(zhǎng)。世界范圍來(lái)看，中國(guó)車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展速度最快，戰(zhàn)略化程度最高。2020 年 2 月，國(guó)家發(fā)展改革委、工信部、科技部等 11 個(gè)部委聯(lián)合印發(fā)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，提出到 2025 年，車用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（LTE-V2X 等）實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋，新一代車用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（5G-V2X）逐步開(kāi)展應(yīng)用，高精度時(shí)空基準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全覆蓋。激光雷達(dá)結(jié)合智能算法，能夠提供高精度的位置、形狀、姿態(tài)等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通狀況進(jìn)行全局性的精確把控，對(duì)車路協(xié)同功能的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。隨著智能城市、智能交通項(xiàng)目的落地，未來(lái)該市場(chǎng)對(duì)激光雷達(dá)的需求將呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

疫情刺激服務(wù)型機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展，2030 年激光雷達(dá)該領(lǐng)域規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到 16.7 億美元。服務(wù)型機(jī)器人主要應(yīng)用范圍包括無(wú)人配送、無(wú)人清掃、無(wú)人倉(cāng)儲(chǔ)、無(wú)人巡檢等。面對(duì)新冠疫情，無(wú)人配送能夠避免人與人的不必要接觸，減少交叉感染概率。2019 年 12 月，美國(guó)自動(dòng)駕駛送貨科技公司 Nuro 宣布與零售巨頭 Kroger 合作，在休斯頓為顧客提供無(wú)人送貨服務(wù)。2020年 7 月，京東物流無(wú)人配送研究院項(xiàng)目落戶常熟高新區(qū)，其無(wú)人配送車也正式上線。2020 年10 月，美團(tuán)正式發(fā)布位于北京首鋼園區(qū)的智慧門店 MAIShop，集成了無(wú)人微倉(cāng)與無(wú)人配送服務(wù)。根據(jù)禾賽科技公開(kāi)招股書援引沙利文研究預(yù)測(cè)，伴隨全球服務(wù)型機(jī)器人出貨量的增長(zhǎng)以及激光雷達(dá)在服務(wù)型機(jī)器人領(lǐng)域滲透率的提升，至 2026 年激光雷達(dá)在該細(xì)分市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)到4.7 億美元市場(chǎng)規(guī)模，2021 年至 2030 年的復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá) 71.5%。

5市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局及同行業(yè)公司

國(guó)外企業(yè)發(fā)展較早，國(guó)內(nèi)廠商加碼布局崛起可期。外國(guó)廠商如法雷奧、Velodyne、Luminar、Innoviz 起步較早，在技術(shù)和產(chǎn)品具備一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。過(guò)去兩年通過(guò)特殊目的并購(gòu)公司（Special Purpose Acquisition Compony，SPAC）完成了上市，有望借助資本力量加速業(yè)務(wù)發(fā)展。國(guó)內(nèi)廠商在近幾年投入了大量研發(fā)后，逐步完成了技術(shù)的追趕甚至在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超越。禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、圖達(dá)通等企業(yè)的產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，各方勢(shì)力百花齊放，共同推動(dòng)我國(guó)激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)持續(xù)繁榮，縮小與國(guó)外差距。

目前全球激光雷達(dá)行業(yè)展現(xiàn)出群雄爭(zhēng)霸的格局，國(guó)內(nèi)廠商勢(shì)頭強(qiáng)勁。國(guó)外廠商進(jìn)入行業(yè)較早，具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)；國(guó)內(nèi)廠商起步較晚，但正不斷縮小與國(guó)外廠商差距，甚至追平反超。

國(guó)外主要激光雷達(dá)廠商包括Velodyne、Luminar、Aeva、Valeo、Innoviz、Ibeo等；國(guó)內(nèi)主要激光雷達(dá)廠商包括禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能、一徑科技、大疆覽沃等。

國(guó)內(nèi)廠商持續(xù)發(fā)力，已在全球市場(chǎng)占據(jù)一席之地。2021年全球車載激光雷達(dá)市場(chǎng)份額 TOP10公司中，中國(guó)廠商占據(jù)5席。法國(guó)巨頭Valeo以28%的市場(chǎng)份額獨(dú)占鰲頭。中國(guó)5大廠商合計(jì)市場(chǎng)份額達(dá)到26%。

隨著廠商不斷加大研發(fā)投入和技術(shù)升級(jí)，激光雷達(dá)產(chǎn)品性能不斷提升。華為、大疆跨界入局轉(zhuǎn)鏡/棱鏡式半固態(tài)方案推動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為激光雷達(dá)持續(xù)加碼。隨著制造工藝的升級(jí)和規(guī)模經(jīng)濟(jì)逐步顯現(xiàn)，未來(lái)激光雷達(dá)有望下探至商業(yè)化量產(chǎn)水平。下游主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)闊o(wú)人駕駛和高級(jí)輔助駕駛，市場(chǎng)前景廣闊。

1、Velodyne：全球激光雷達(dá)領(lǐng)軍者

Velodyne 是車載激光雷達(dá)行業(yè)的鼻祖，公司從低音揚(yáng)聲器起家，2005 年開(kāi)始激光雷達(dá)領(lǐng)域的研究并于 2007 年成功推出全球首款量產(chǎn)的實(shí)時(shí) 3D 激光雷達(dá)——HDL-64E。該 3D 激光雷達(dá)在 2010 年應(yīng)用于谷歌自動(dòng)駕駛汽車的首次測(cè)試，公司開(kāi)始受到大范圍的市場(chǎng)關(guān)注。2016 年公司分離出 Velodyne Lidar 獨(dú)立發(fā)展激光雷達(dá)業(yè)務(wù)。2020 年，Velodyne Lidar 和 GrafIndustrial Corp.宣布業(yè)務(wù)合并，組建第一家純激光雷達(dá)技術(shù)公司并在納斯達(dá)克上市，股票代碼為 VLDR。目前，Velodyne 已為 300 多家客戶提供服務(wù)，其中包括幾乎所有全球領(lǐng)先的汽車 OEM，已然成為全球激光雷達(dá)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。

2、Luminar:深度布局 1550nm 激光雷達(dá)

Luminar 在 2012 年由“光學(xué)神童”Austin Russell 創(chuàng)立，專注車載激光雷達(dá)技術(shù)的突破性研究。2016-2017 年陸續(xù)收購(gòu)光電公司 Open Photonics 與銦鎵砷光電探測(cè)器設(shè)計(jì)公司Black Forest Engineering，布局 1550nm 激光雷達(dá)并使接收器成本不斷下探；2018-2019年先后發(fā)布 Iris 和 Hydra 兩款核心產(chǎn)品，并于 2020 年 12 月以 SPAC 方式成功登陸納斯達(dá)克上市，成為繼 Velodyne 全球第二家上市的激光雷達(dá)廠商。目前，Luminar 獲得了 50 個(gè)行業(yè)合作伙伴，其中包括全球 10 大汽車原始設(shè)備制造商（OEM）中的 7 個(gè)。

公司提供軟硬化一體的解決方案，產(chǎn)品覆蓋從最底層的硬件激光雷達(dá)傳感器、到激光雷達(dá)系統(tǒng)、再到向 OEM 廠商提供完整的解決方案。目前公司的主要硬件產(chǎn)品為 Iris 和 Hydra，都是采用 ToF 測(cè)距原理，1550nm 光源的 MEMS 產(chǎn)品。1550nm 激光在安全性、可靠性和探測(cè)距離表現(xiàn)更優(yōu)秀，使得公司產(chǎn)品能夠適應(yīng)各種天氣狀況，在雨雪霧等惡劣天氣也能達(dá)到200m 的有效探測(cè)距離。激光雷達(dá)提供的軟件產(chǎn)品可以覆蓋高速公路上夜間或惡劣環(huán)境下的感知和識(shí)別，為自動(dòng)駕駛的路徑規(guī)劃和決策提供額外的信息。公司為了完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，后推出新的軟件產(chǎn)品套件 Sentinel——全棧自動(dòng)駕駛解決方案，可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義分割、物體探測(cè)和分類、路標(biāo)識(shí)別跟蹤、瞬時(shí)速度監(jiān)測(cè)、可配置現(xiàn)場(chǎng)覆蓋等功能，為每個(gè) OEM 提供高速公路自動(dòng)駕駛和主動(dòng)安全功能。

3、禾賽科技：全球先進(jìn)的激光雷達(dá)制造商

禾賽科技于 2014 年創(chuàng)立于上海，致力于做“機(jī)器人的眼睛”，是全球自動(dòng)駕駛及高級(jí)輔助駕駛(ADAS)激光雷達(dá)的領(lǐng)軍企業(yè)。公司依靠 500 多人的團(tuán)隊(duì)打造出一系列創(chuàng)新型傳感器解決方案，兼顧業(yè)內(nèi)頂尖的產(chǎn)品性能、可量產(chǎn)的設(shè)計(jì)以及出眾的可靠性。從 2016 年初開(kāi)始自主研發(fā)激光雷達(dá)，經(jīng)過(guò)多年深耕，公司陸續(xù)發(fā)布了多款激光雷達(dá)產(chǎn)品，布局 500 多項(xiàng)專利，客戶遍布全球 23 個(gè)國(guó)家和地區(qū)的 70 座城市。2023 年 2 月 9 日,激光雷達(dá)獨(dú)角獸禾賽科技在美國(guó)納斯達(dá)克上市,成為中國(guó)激光雷達(dá)第一股。

產(chǎn)品快速更新迭代，深度布局汽車領(lǐng)域。公司憑借在無(wú)人駕駛領(lǐng)域激光雷達(dá)的技術(shù)積累，針對(duì)不同場(chǎng)景的特點(diǎn)與需求，陸續(xù)開(kāi)發(fā)了多個(gè)產(chǎn)品線，如適用于無(wú)人駕駛領(lǐng)域的 Pandar128、PandarQT 等，適用于 ADAS 領(lǐng)域的 PandarGT 等，適用于機(jī)器人領(lǐng)域的 PandarXT，適用于車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的 PandarMind，不斷豐富產(chǎn)品類型和應(yīng)用場(chǎng)景。

4、華為技術(shù)

華為創(chuàng)立于1987年，是全球領(lǐng)先的ICT（信息與通信）基礎(chǔ)設(shè)施和智能終端提供商。從產(chǎn)業(yè)視角來(lái)看，華為業(yè)務(wù)可分為ICT基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)、終端業(yè)務(wù)、云計(jì)算業(yè)務(wù)、數(shù)字能源業(yè)務(wù)、智能汽車解決方案業(yè)務(wù)等。智能汽車方面，華為已上市30多款智能汽車零部件，截至2022年底，已經(jīng)發(fā)貨近200萬(wàn)套部件，包括智能座艙、智能駕駛、智能電動(dòng)、智能車云、毫米波雷達(dá)、攝像頭、網(wǎng)關(guān)、激光雷達(dá)、算力平臺(tái)、AR HUD、T-Box等產(chǎn)品與解決方案。

2023年前三季度，華為實(shí)現(xiàn)營(yíng)收4522.60億元，同比增加111.20億元；凈利潤(rùn)為728.86億元，同比增加489.74億元。

5、速騰聚創(chuàng)

深圳市速騰聚創(chuàng)科技有限公司是一家自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)(LiDAR)環(huán)境感知解決方案提供商，公司圍繞激光雷達(dá)(LiDAR)環(huán)境感知方案，在芯片、LiDAR傳感器、感知軟件等多個(gè)核心技術(shù)領(lǐng)域長(zhǎng)時(shí)間創(chuàng)新與沉淀，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，為客戶提供不同組合的智能環(huán)境感知激光雷達(dá)系統(tǒng)。主營(yíng)業(yè)務(wù)方面，速騰聚創(chuàng)近日宣布2023年8月公司車載激光雷達(dá)單月銷量突破20000臺(tái)，刷新了國(guó)內(nèi)車載激光雷達(dá)行業(yè)單月交付量紀(jì)錄。

05結(jié)語(yǔ)

縱觀整個(gè)激光雷達(dá)的發(fā)展歷史，一個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)科技+資本的密切配合。誠(chéng)然，頭部的企業(yè)已經(jīng)走在前面，他們擁有更強(qiáng)的技術(shù)壁壘，吸引著更多的資本的目光。

但激光雷達(dá)的技術(shù)路線仍然有其他的選項(xiàng)尚未成熟，市場(chǎng)目前依然處于群雄逐鹿的狀態(tài)。伴隨著在汽車行業(yè)的不斷滲透與工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，激光雷達(dá)的投資機(jī)會(huì)可不斷給到我們想象空間。

審核編輯：湯梓紅