（報(bào)告出品方/作者：國(guó)信證券，唐旭霞）1感知層傳感器助力智能駕駛，激光雷達(dá)迎量產(chǎn)元年政策呵護(hù)汽車(chē)智能駕駛穩(wěn)健發(fā)展，指引智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)持續(xù)滲透政策端，國(guó)家政策支持并呵護(hù)汽車(chē)智能駕駛穩(wěn)健發(fā)展，指引2025年L2、L3級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)滲透率超50%。

（報(bào)告出品方/作者：國(guó)信證券，唐旭霞）

1 感知層傳感器助力智能駕駛，激光雷達(dá)迎量產(chǎn)元年

政策呵護(hù)汽車(chē)智能駕駛穩(wěn)健發(fā)展，指引智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)持續(xù)滲透

政策端，國(guó)家政策支持并呵護(hù)汽車(chē)智能駕駛穩(wěn)健發(fā)展，指引 2025 年 L2、L3 級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)滲透率超 50%。梳理我國(guó)智能駕駛重要政策，2020 年 3 月， 《汽車(chē)駕駛自動(dòng)化分級(jí)》發(fā)布，規(guī)定汽車(chē)駕駛自動(dòng)化功能的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將駕駛 自動(dòng)化分成 0-5 級(jí)。2020 年 11 月，《智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)技術(shù)路選圖 2.0》發(fā)布，提 出智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)滲透率持續(xù)增加，2025 年 PA（L2）、CA（L3）級(jí)滲透率超 50%、HA（L4）級(jí)開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)；

2030 年 PA（L2）、CA（L3）級(jí)滲透率超 70%、HA（L4）級(jí)占比達(dá) 20%，乘用車(chē)典型應(yīng)用場(chǎng)景包括城郊道路、高速公 路以及覆蓋全國(guó)主要城市的城市道路；2035 年，F(xiàn)A（L5）級(jí)自動(dòng)駕駛乘用車(chē) 開(kāi)始應(yīng)用。2021 年 8 月，《關(guān)于加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理的 意見(jiàn)》發(fā)布，提出加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、軟件升級(jí)、功能安 全和預(yù)期功能安全管理，保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)一致性，推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè) 高質(zhì)量發(fā)展，從政策層面客戶(hù)汽車(chē)智能化有序健康發(fā)展。

從 L2 到 L3，智能駕駛躍升，需要感知層傳感器提供關(guān)鍵支撐

車(chē)輛自動(dòng)駕駛級(jí)別主要參照 0-5 級(jí)分類(lèi)。目前全球公認(rèn)的汽車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)分 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)，分別是由美國(guó)高速公路安全管理局（NHTSA）和國(guó)際自 動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)（SAE）提出。中國(guó)于 2020 年參考 SAE 的 0-5 級(jí)的分級(jí)框架 發(fā)布了中國(guó)版《汽車(chē)駕駛自動(dòng)化分級(jí)》，并結(jié)合中國(guó)當(dāng)前實(shí)際情況進(jìn)行了部分 調(diào)整，大體上也將自動(dòng)駕駛分為 0-5 級(jí)。

L3 級(jí)別是汽車(chē)自動(dòng)化道路的一次躍升。從法規(guī)和技術(shù)兩個(gè)維度來(lái)看，L3 級(jí)別 自動(dòng)駕駛都是汽車(chē)自動(dòng)化道路上將的一大躍升。從法規(guī)來(lái)看，SAE 和中國(guó) 《汽車(chē)自動(dòng)化分級(jí)》規(guī)定 L0-L2 級(jí)別均是人類(lèi)主導(dǎo)駕駛，車(chē)輛只做輔助，L0、 L1 和 L2 之間的差異主要在于搭載的 ADAS 功能的多少，而 L3 開(kāi)始，人類(lèi)在 駕駛操作中的作用快速下降，車(chē)輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在條件許可下可以完成所有駕 駛操作（作用不亞于駕駛員），駕駛員在系統(tǒng)失效或者超過(guò)設(shè)計(jì)運(yùn)行條件時(shí)對(duì) 故障汽車(chē)進(jìn)行接管；從技術(shù)來(lái)看，L0-L2 主要運(yùn)用的傳感器有攝像頭、超聲波 雷達(dá)和毫米波雷達(dá)，L3 及之后原有傳感器配套數(shù)量上升，同時(shí)高成本的激光 雷達(dá)方案將難以避開(kāi)。

我們拆解未來(lái)的智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈，將從云-管-端三大層面帶來(lái)全產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)遇。 智能駕駛將汽車(chē)的駕駛能力逐步由人轉(zhuǎn)移到汽車(chē)，包括感知、決策和執(zhí)行三大 核心環(huán)節(jié)。其中，感知環(huán)節(jié)相當(dāng)于人的眼睛和耳朵，通過(guò)車(chē)載攝像頭、激光雷 達(dá)、毫米波達(dá)等傳感器完成對(duì)環(huán)境及車(chē)輛的感知、搜集周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)并將其傳 輸?shù)經(jīng)Q策層；決策環(huán)節(jié)相當(dāng)于人的大腦，通過(guò)操作系統(tǒng)、芯片與計(jì)算平臺(tái)等對(duì) 接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并輸出相應(yīng)的操作與指令任務(wù)；執(zhí)行端相當(dāng)于人的 四肢，將接收到的操作指令執(zhí)行到動(dòng)力供給、方向控制、車(chē)燈控制等車(chē)輛終端 部分。感知層為智能駕駛的先決條件，其獲取的數(shù)據(jù)將直接影響決策層的判斷 與執(zhí)行層的操作，其探測(cè)精度、廣度與速度直接影響自動(dòng)駕駛的行駛安全，在 自動(dòng)駕駛中的地位至關(guān)重要。本篇激光雷達(dá)深度報(bào)告從“端”的層面對(duì)感知層 的細(xì)分核心決策部件進(jìn)行分析。

車(chē)企加碼布局智能駕駛，激光雷達(dá)市場(chǎng)空間廣闊

車(chē)企端， 我們對(duì)搭載激光雷達(dá)的電動(dòng)智能車(chē)型進(jìn)行梳理?？梢园l(fā)現(xiàn)以下特征： 1）分品牌看，新勢(shì)力為智能駕駛排頭兵，自主品牌對(duì)智能駕駛的布局節(jié)奏快 于合資、外資品牌，價(jià)格更低。新勢(shì)力和自主品牌搭載激光雷達(dá)的電動(dòng)智能車(chē) 型的價(jià)格帶位于 15-40 萬(wàn)元之間，相比之下外資品牌豐田 Mirai、奔馳 S 級(jí)等 車(chē)型的起售價(jià)均在 50 萬(wàn)元以上。

2）從重磅車(chē)型的傳感器配置數(shù)量看，激光雷達(dá)數(shù)量變多。新勢(shì)力中，蔚來(lái) ET7 搭載 1 個(gè) Innovusion 超遠(yuǎn)距離高精度激光雷達(dá)，小鵬 P5 和 G9 均配置 2 個(gè)激光雷達(dá)，威馬 M7 配有 3 個(gè)速騰聚創(chuàng)第二代 MEMS 激光雷達(dá)。自主品牌 中，長(zhǎng)城沙龍機(jī)甲龍配置 4 個(gè)華為 96 線混合固態(tài)激光雷達(dá)，吉利路特斯 Type132 配置 4 個(gè)激光雷達(dá)，北汽極狐阿爾法 S 華為 HI 版配置 3 個(gè)華為微轉(zhuǎn) 鏡式半固態(tài)激光雷達(dá)。

展望未來(lái)，隨著激光雷達(dá)在乘用車(chē)市場(chǎng)的持續(xù)滲透，預(yù)計(jì) 2025 年全球及國(guó)內(nèi) 乘用車(chē)市場(chǎng)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模分別為 541、241 億元，CAGR 分別為 126%、 109%。激光雷達(dá)價(jià)格伴隨著技術(shù)方案朝半固態(tài)及純固態(tài)的推進(jìn)將有望持續(xù)下 降，由 2021 年的 1500 美元/顆降至 2025 年的 400 美元/顆，激光雷達(dá)市場(chǎng)空 間的打開(kāi)將由市場(chǎng)需求量的激增持續(xù)推動(dòng)。

從需求量及滲透率角度看，預(yù)計(jì)全球乘用車(chē)市場(chǎng)激光雷達(dá)需求量將由 2021 年 的 22 萬(wàn)顆快速提升至 2025 年的 2134 萬(wàn)顆，對(duì)應(yīng)全球乘用車(chē)市場(chǎng)激光雷達(dá)滲 透率由 2021 年的 0.2%增至 2025 年的 14.4%；國(guó)內(nèi)乘用車(chē)市場(chǎng)激光雷達(dá)需求 量預(yù)計(jì)由 2021 年的 13 萬(wàn)顆增至 2025 年的 948 萬(wàn)顆，對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)乘用車(chē)市場(chǎng)激 光雷達(dá)滲透率由 2021 年的 0.2%增至 2025 年的 14.7%。

從市場(chǎng)規(guī)模角度看，預(yù)計(jì)全球乘用車(chē)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將由 2021 年的 21 億 元增至 2025 年的 541 億元，CAGR 為 126%；預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)乘用車(chē)激光雷達(dá)市場(chǎng) 規(guī)模將由 2021 年的 13 億元增至 2025 年的 241 億元，CAGR 為 109%。

2 激光雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)高級(jí)別智能駕駛的核心傳感器

激光雷達(dá)對(duì)于實(shí)現(xiàn)高級(jí)別智能駕駛的必要性

智能傳感器是智能駕駛車(chē)輛的“眼睛”，目前應(yīng)用于環(huán)境感知的主流傳感器產(chǎn) 品主要包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)四類(lèi)?？傮w來(lái)看，攝 像頭在逆光或光影復(fù)雜的情況下視覺(jué)效果較差，毫米波雷達(dá)對(duì)靜態(tài)物體識(shí)別效 果差，超聲波雷達(dá)測(cè)量距離有限且易受惡劣天氣的影響，因此單獨(dú)依靠攝像頭 或毫米波雷達(dá)的方案去實(shí)現(xiàn)智能駕駛是存在缺陷的，而激光雷達(dá)可探測(cè)多數(shù)物 體（含靜態(tài)物體）、探測(cè)距離相對(duì)更長(zhǎng)（0-300 米）、精度高（5cm），且可構(gòu) 建環(huán)境 3D 模型、實(shí)時(shí)性好，因而成為推進(jìn)智能駕駛到 L3 級(jí)及以上的核心傳 感器，成本 500-2000 美元（約人民幣 2000-13000 元之間），高昂的成本也成 為制約其大規(guī)模應(yīng)用的原因之一。

攝像頭：ADAS 系統(tǒng)的主要視覺(jué)傳感器，最為成熟的車(chē)載傳感器之一

攝像頭工作原理是目標(biāo)物體通過(guò)是鏡頭把光線聚攏，然后通過(guò) IR 濾光片把不需 要的紅外光濾掉，此時(shí)模擬信號(hào)進(jìn)入到傳感器 COMS 芯片，通過(guò) AD 數(shù)字輸出， 有的攝像頭會(huì)放置 ISP 圖像處理芯片，把處理后的信號(hào)傳輸給到主機(jī)。其主要 硬件組件包含鏡頭組（LENS）、圖像 COMS 傳感芯片、線路板基板。

按照安裝部位的不同，攝像頭主要分為前視、后視、側(cè)視以及內(nèi)置攝像頭，以 此來(lái)實(shí)現(xiàn) LDW、FCW、LKA、PA、AVM 等功能。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛時(shí)全套 ADAS 功能將安裝 6 個(gè)以上攝像頭，前視攝像頭因需要復(fù)雜的算法和芯片，單 價(jià)在 1500 元左右，后視、側(cè)視以及內(nèi)置攝像頭單價(jià)在 200 元左右，ADAS 的 普及應(yīng)用為車(chē)載攝像頭傳感器帶來(lái)巨大的發(fā)展空間。

優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，攝像頭分辨率高、可以探測(cè)到物體的質(zhì)地與顏色，采集信息豐富， 包含最接近人類(lèi)視覺(jué)的語(yǔ)義信息。其缺點(diǎn)主要是攝像頭受光照、環(huán)境影響十分大，在黑夜、雨雪、大霧等能見(jiàn)度較低的情況下，識(shí)別率大幅降低，且由于缺 乏深度信息、因而三維立體空間感不強(qiáng)，因此攝像頭獲取的圖像信息將主要負(fù) 責(zé)交通標(biāo)志識(shí)別等領(lǐng)域，作為激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)的補(bǔ)充.

毫米波雷達(dá)：ADAS 系統(tǒng)核心傳感器

毫米波雷達(dá)是工作在毫米波波段探測(cè)的雷達(dá)，毫米波頻率通常在 30-300GHz、 波長(zhǎng)為 1-10nm。車(chē)載毫米波雷達(dá)通過(guò)天線向外發(fā)射毫米波，接收目標(biāo)反射信號(hào)， 經(jīng)后方處理后快速準(zhǔn)確地獲取汽車(chē)車(chē)身周?chē)奈锢憝h(huán)境信息，然后根據(jù)所探知 的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識(shí)別分類(lèi)，進(jìn)而結(jié)合車(chē)身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合， 最終通過(guò)（ECU）進(jìn)行智能處理。

分類(lèi)來(lái)看，車(chē)載毫米波雷達(dá)工作的頻段為 24GHz 和 77GHz，其中 24GHz 雷達(dá) 通常用于感知車(chē)輛周?chē)恼系K物，安裝在車(chē)輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)的 ADAS 功能為 BSD 盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、LDW 車(chē)道偏離預(yù)警、LKA 車(chē)道保持輔助、PA 泊車(chē)輔助、 LCA 變道輔助等；77GHz 雷達(dá)波長(zhǎng)更短、尺寸更小，最大探測(cè)距離可達(dá)到 160 米以上，常安裝于前保險(xiǎn)杠上，用于實(shí)現(xiàn) AEB 自動(dòng)緊急制動(dòng)、FCW 前向碰撞 預(yù)警、ACC 自適應(yīng)巡航、高速公路跟車(chē)等 ADAS 功能。目前 77GHz 的毫米波 雷達(dá)系統(tǒng)單價(jià)在 1000 元左右，24GHz 毫米波雷達(dá)單價(jià)在 500 元左右。

完全實(shí)現(xiàn) ADAS 各項(xiàng)功能一般需要 5 個(gè)毫米波雷達(dá)（“1 長(zhǎng)+4 中短”），以?shī)W 迪 A8 為例，其搭載了 5 個(gè)毫米波雷達(dá)，其中 4 個(gè)為中距離雷達(dá)，位于車(chē)輛的 四角，1 個(gè)為長(zhǎng)距離雷達(dá)，位于前方。

優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高，可以同 時(shí)探測(cè)目標(biāo)物體的距離和速度，相比攝像頭不受惡劣天氣影響，被廣泛應(yīng)用在 ADAS 系統(tǒng)之中，但是存在對(duì)橫向目標(biāo)敏感度低、對(duì)小物體檢測(cè)效果不佳等缺 點(diǎn)。

超聲波雷達(dá)：常應(yīng)用于倒車(chē)輔助

超聲波雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射并接收 40kHz 的超聲波，根據(jù)時(shí)間差算出障礙物距離， 其測(cè)距精度大約為 1-3cm。 常見(jiàn)的超聲波雷達(dá)可以分為 UPA（超聲波駐車(chē)輔助傳感器）和 APA（自動(dòng)泊車(chē) 輔助傳感器）。其中 UPA 一般安裝在汽車(chē)的保險(xiǎn)杠，用于測(cè)量汽車(chē)前后障礙物， 探測(cè)距離一般在 15-250cm；APA 安裝于汽車(chē)側(cè)面，用于測(cè)量側(cè)方障礙物的距離， 探測(cè)距離一般在 30-500cm，相比 UPA 成本更高、功率更大。通常一套倒車(chē)?yán)?達(dá)系統(tǒng)需要 4 個(gè) UPA，自動(dòng)泊車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)需要在倒車(chē)?yán)走_(dá)的基礎(chǔ)上再加 4 個(gè) UPA 和 4 個(gè) APA。

總體來(lái)看，超聲波雷達(dá)測(cè)距原理簡(jiǎn)單，成本低，制作方便，短距離測(cè)量中具有 優(yōu)勢(shì)，探測(cè)范圍在 0-3 米之間，但其傳輸速度受天氣影響較大，不能精確測(cè)距， 主要用于泊車(chē)系統(tǒng)、輔助剎車(chē)等。

激光雷達(dá)：實(shí)現(xiàn) L3 級(jí)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵

激光雷達(dá)，是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。其工 作原理是通過(guò)發(fā)射和接收激光束的時(shí)間差，進(jìn)行探測(cè)和測(cè)距。

激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛中的核心特征可以概括為三維環(huán)境感知、高分辨率、抗干 擾能力。三維環(huán)境感知方面，激光雷達(dá)在短時(shí)間內(nèi)向周?chē)h(huán)境發(fā)射大量的激光 束，不僅可以通過(guò)測(cè)量激光信號(hào)的時(shí)間差來(lái)確定物體距離，還可以通過(guò)水平旋 轉(zhuǎn)掃描或者向空掃描角度，以及獲取不同俯仰角度的信號(hào)，來(lái)獲得被測(cè)物體的 精確三維信息。

高分辨率方面，激光雷達(dá)的角分辨率不低于 0.1 mard，也就是 說(shuō)可以分辨 3000 米距離上相距 0.3 米的兩個(gè)目標(biāo)；可以同時(shí)追蹤多個(gè)目標(biāo)， 距離分辨率可以達(dá)到 0.1 mard，速度分辨率達(dá)到 10m/s 以?xún)?nèi)，由于激光頻率 高，波長(zhǎng)短，所以可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率，如此高的速度和 距離分辨率意味著激光雷達(dá)可以利用距離多普勒成像技術(shù)獲得非常清晰的圖像。 抗干擾能力方面，與微波毫米波雷達(dá)雷達(dá)易受自然界廣泛存在的電磁波影響的 情況不同，自然界中能對(duì)激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多，因此激光雷達(dá)抗 有源干擾的能力很強(qiáng)，可全天候工作.

優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，由于激光雷達(dá)中激光束的發(fā)射頻率一般每秒幾萬(wàn)個(gè)脈沖以上，相 比傳統(tǒng)微波雷達(dá)高了很多，因而存在分辨率高、精度高（厘米級(jí)）、探測(cè)距離 長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，此外抗干擾能力相比電磁波更強(qiáng)，由于生成目標(biāo)的多維頭像，因而 獲取的信息量更豐富，且不受目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。但受雨雪、霧霾天氣 影響穿透性變差、測(cè)量精度會(huì)下降，且難以分辨交通標(biāo)識(shí)和紅綠燈，高昂的成 本也成為制約激光雷達(dá)大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

智能化時(shí)代，多傳感器融合是未來(lái)趨勢(shì)。不同傳感器的原理和功能各不相同， 在不同的場(chǎng)景里發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，難以相互替代。單種傳感器特性突出，均不 能形成完全信息覆蓋，多傳感器融合是未來(lái)發(fā)展必然趨勢(shì)。未來(lái)的智能汽車(chē)可 以視為“移動(dòng)的傳感器平臺(tái)”，將裝備有大量的傳感器。并且隨著智能駕駛從 L2 到 L3 級(jí)及以上不斷推進(jìn)，激光雷達(dá)憑借其精度高、探測(cè)距離長(zhǎng)、可 3D 環(huán) 境建模的特性，重要性越發(fā)凸顯。

如何看智能駕駛之純視覺(jué)方案與激光雷達(dá)方案之爭(zhēng)？

自動(dòng)駕駛感知領(lǐng)域技術(shù)路線，目前主要形成兩大陣營(yíng)：以特斯拉為代表的“以 攝像頭為主的視覺(jué)感知”解決方案和以 Waymo 為代表的“3D 激光雷達(dá)感知” 解決方案.

特斯拉“以攝像頭為主的視覺(jué)感知”解決方案主要包含信息采集、特征提取、 訓(xùn)練學(xué)習(xí)、評(píng)估、反饋改進(jìn)五大步驟，通過(guò)數(shù)據(jù)+算法+反饋不斷垂直整合， 完善自動(dòng)駕駛能力。1）信息采集：特斯拉中主要通過(guò)大量的傳感器（如前置 攝像頭、后置攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)）進(jìn)行信息收集；2）特征提 ?。和ㄟ^(guò)汽車(chē)內(nèi)外置的大量傳感器收集大量信息之后，特斯拉使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 深度學(xué)習(xí)算法來(lái)進(jìn)行特征提取。特斯拉需要同時(shí)判斷車(chē)輛、人行道、交通燈、 障礙物、行人、駕駛員、溫度、濕度等多個(gè)環(huán)境變量的相互關(guān)系，因此算力系 統(tǒng)必須超強(qiáng)，同時(shí)運(yùn)行多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（約 50 個(gè)）才能工作。

因此特斯拉采用 一種特殊的共享主干神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) HydraNets 進(jìn)行處理，首先把所有的運(yùn)算任 務(wù)都分配給到一個(gè)大型的共享骨干網(wǎng)絡(luò)，在骨干網(wǎng)絡(luò)中又細(xì)分多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，把 運(yùn)算任務(wù)分配給子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)只需要學(xué)習(xí)訓(xùn)練一小部分圖像信 息、提取特征，處理完了之后匯總給到主干網(wǎng)絡(luò)再計(jì)算處理；3）訓(xùn)練學(xué)習(xí)： 特斯拉使用 PyTorch 進(jìn)行分布式訓(xùn)練，除了使用大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練分析之外， 還進(jìn)行預(yù)測(cè)處理。特斯拉使用 PyTorch 進(jìn)行分布式訓(xùn)練，不斷訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)于行 人、路徑、周邊環(huán)境的判斷能力，提供多種路徑規(guī)劃算法供工程師進(jìn)行選擇； 4）評(píng)估與反饋：通過(guò)駕駛系統(tǒng)提供司機(jī)駕駛路線，觀測(cè)模擬結(jié)果和駕駛員操 作是否匹配，如果不匹配則將該類(lèi)數(shù)據(jù)反饋給到后臺(tái)，后臺(tái)再修正神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué) 習(xí)結(jié)果（“影子模式”），摒棄不合適的數(shù)據(jù)，為后續(xù)類(lèi)似的操作提供更好的推 薦路線。

特斯拉之所以堅(jiān)持純視覺(jué)方案，我們認(rèn)為主要原因在于技術(shù)與成本。其一是當(dāng) 時(shí)的激光雷達(dá)技術(shù)不完善，能生產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)固體激光雷達(dá)的企業(yè)暫不具備量產(chǎn)能 力；其二是激光雷達(dá)的價(jià)格還沒(méi)有降低到合理的位置。此外，我們認(rèn)為，特斯 拉作為自動(dòng)駕駛汽車(chē)的領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)有一套被市場(chǎng)認(rèn)知的視覺(jué)攝像頭方案量產(chǎn)， 也積累了大量的數(shù)據(jù)，輸出純視覺(jué)方案的量產(chǎn)的成本可控的重磅電動(dòng)智能車(chē)， 也符合特斯拉“整車(chē)銷(xiāo)售+軟件服務(wù)”商業(yè)模式的演進(jìn)特征。

總結(jié)而言，特斯拉的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，是以人類(lèi)的“視覺(jué)-判斷-規(guī)劃-執(zhí)行”架構(gòu) 打造的，基本原理是基于攝像頭采集到的數(shù)據(jù)（照片、視頻）建立 3D 模型還原 車(chē)輛周?chē)h(huán)境，再由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法根據(jù)環(huán)境信息做出駕駛決策，對(duì)于軟件和算 法要求極高，“追趕者們” 跟進(jìn)難度太大。激光雷達(dá)性能優(yōu)勢(shì)、價(jià)格下探，車(chē)企 紛紛選擇激光雷達(dá)方案落地智能駕駛。激光雷達(dá)可識(shí)別 3D 靜態(tài)物體，彌補(bǔ)攝像 頭和毫米波雷達(dá)的缺陷。近年來(lái)激光雷達(dá)產(chǎn)品的單價(jià)已經(jīng)下探到 2000 美元以?xún)?nèi) （大疆 Horizon），激光雷達(dá)已經(jīng)成為傳統(tǒng)車(chē)企、新勢(shì)力落地 L3 級(jí)及以上車(chē)型 的標(biāo)配。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）

3 激光雷達(dá)的技術(shù)路徑探討

激光雷達(dá)的構(gòu)成

從組成上看，激光雷達(dá)主要由激光發(fā)射、激光接收、信息處理、掃描系統(tǒng)組成。 1）激光發(fā)射系統(tǒng)：激勵(lì)源驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)射激光脈沖，激光調(diào)制器通過(guò)光束控 制器控制發(fā)射激光的方向和線數(shù)，最后通過(guò)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，將激光發(fā)射至目標(biāo) 物體；2）激光接收系統(tǒng)：經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)，光電探測(cè)器接受目標(biāo)物體反射回 來(lái)的激光，產(chǎn)生接收信號(hào)；3）信息處理系統(tǒng)：接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處理和數(shù) 模轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過(guò)信息處理模塊計(jì)算，獲取目標(biāo)表面形態(tài)、物理屬性等特性，最 終建立物體模型；4）掃描系統(tǒng)：以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所在平面的 掃描，產(chǎn)生實(shí)時(shí)的平面圖信息。

分類(lèi)來(lái)看，激光雷達(dá)按照“測(cè)距、發(fā)射、光速操縱、探測(cè)、數(shù)據(jù)處理”五大關(guān) 鍵技術(shù)，即五個(gè)維度，可以分為以下 22 個(gè)類(lèi)別。每個(gè)不同分類(lèi)方式又可進(jìn)一 步細(xì)分為不同的技術(shù)路線，不同路線之間差異較大。

車(chē)載激光雷達(dá)的技術(shù)路線，按照掃描方式，為機(jī)械式→半固態(tài)→純固態(tài)；按照 激光發(fā)射方式，為 EEL→VCSEL；按照激光接收方式，為 PD/APD→ SPAD/SiPM；按照信息處理方式，為 FPGA→SoC。目前主要的技術(shù)路線圍 繞掃描方式進(jìn)行討論，因而此部分為我們技術(shù)路線部分論述的重點(diǎn)。

技術(shù)路線之一（按掃描方式）：機(jī)械式→半固態(tài)（中短期）→純固態(tài) （長(zhǎng)期）

車(chē)載激光雷達(dá)，按照掃描方式，分為機(jī)械式（機(jī)械旋轉(zhuǎn)）、半固態(tài)（MEMS、轉(zhuǎn) 鏡、棱鏡）、固態(tài)（OPA、FLASH）。機(jī)械旋轉(zhuǎn)式的掃描模塊和收發(fā)模塊均被電 機(jī)帶動(dòng)進(jìn)行 360 度旋轉(zhuǎn)；半固態(tài)的收發(fā)模塊不動(dòng)、掃描模塊運(yùn)動(dòng)，按照掃描方 式可進(jìn)一步分為 MEMS、轉(zhuǎn)鏡式和棱鏡式；固態(tài)則收發(fā)和掃描模塊均不運(yùn)動(dòng)， 主要有 OPA 和 Flash 兩種方案?？傮w來(lái)看，從機(jī)械旋轉(zhuǎn)到半固體、再到固態(tài)， 產(chǎn)品的集成化程度越來(lái)越高，成本越來(lái)越低。機(jī)械式激光雷達(dá)由于價(jià)格高、體 積大、車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)應(yīng)用難度大，主要應(yīng)用于 Robotaxi 的測(cè)試車(chē)隊(duì)等領(lǐng)域，幫助 自動(dòng)駕駛從 0 到 1。中短期半固態(tài)、長(zhǎng)期純固態(tài)為激光雷達(dá)的落地技術(shù)路線， 在自動(dòng)駕駛從 1 到 N 的發(fā)展階段中，半固態(tài)扮演著重要角色。

機(jī)械式激光雷達(dá)：技術(shù)成熟，成本高，難以過(guò)車(chē)規(guī)

原理上，機(jī)械激光雷達(dá)，是指其發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)存在 360°轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是通 過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射頭，將速度更快、發(fā)射更準(zhǔn)的激光從“線”變成“面”，并在豎 直方向上排布多束激光，形成多個(gè)面，達(dá)到動(dòng)態(tài)掃描并動(dòng)態(tài)接收信息的目的。 其特點(diǎn)在于通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)收發(fā)和掃描模塊進(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。通過(guò)增加收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)高線束，在實(shí)現(xiàn)探測(cè)距離精度更高 的同時(shí)，也導(dǎo)致了整套系統(tǒng)元器件成本非常高。

優(yōu)缺點(diǎn)上，機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于由于旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)控制的，所以可 以長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，每次掃描的速度都是線性的，從而可以對(duì)周?chē)h(huán)境 進(jìn)行精度夠高并且清晰穩(wěn)定的 360 度環(huán)境重構(gòu)，技術(shù)成熟，是目前的主流方案。 缺點(diǎn)在于價(jià)格高、可量產(chǎn)性差（工藝復(fù)雜、組裝困難）、體積大、難以過(guò)車(chē)規(guī) （平均失效時(shí)間 1000h~3000h，而汽車(chē)廠商的要求是至少 13000h）、可靠性差 （內(nèi)含大量可動(dòng)部件，在行車(chē)環(huán)境下磨損嚴(yán)重）等缺點(diǎn)。

機(jī)械式激光雷達(dá)的代表性廠商海外為 Velodyne、Waymo、Valeo、Ouster，國(guó) 內(nèi)為速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、鐳神智能、北科天繪等。Velodyne 的代表性產(chǎn)品包 括 HDL-64、HDL-32、VLP-16 等，價(jià)格范圍在 0.4 萬(wàn)-8 萬(wàn)美金之間。谷歌無(wú)人 小車(chē)的 64 線激光雷達(dá)就來(lái)自 Velodyne，當(dāng)時(shí)價(jià)格高達(dá) 7 萬(wàn)美元。機(jī)械式激光雷 達(dá)之所以成本居高不下的原因在于其內(nèi)部的激光收發(fā)模組成本高（線束越多越 準(zhǔn)確、整體成本越高），并且需要復(fù)雜的人工調(diào)教、制造周期長(zhǎng)，高昂的成本也 決定了其目前主要應(yīng)用于自動(dòng)駕駛技術(shù)的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，比如百度 Robotaxi、谷歌 無(wú)人駕駛測(cè)試車(chē)隊(duì)，車(chē)規(guī)級(jí)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)暫無(wú)應(yīng)用。

為降低車(chē)載激光雷達(dá)的生產(chǎn)成本，增加其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)保證其較好的探 測(cè)性能，半固態(tài)激光雷達(dá)和全固態(tài)激光雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。

半固態(tài)激光雷達(dá)：價(jià)格大幅下降，有車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品

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)，掃描模塊在運(yùn)動(dòng)。按照掃描模塊的運(yùn)動(dòng)方式可以分為 MEMS、轉(zhuǎn)鏡式和棱鏡式。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。

半固態(tài)相比機(jī)械式的核心優(yōu)勢(shì)在于成本與車(chē)規(guī)。目前市面上絕大多數(shù)車(chē)規(guī)級(jí)激 光雷達(dá)均為半固態(tài)方案，且對(duì)外報(bào)價(jià)已經(jīng)下探到了 1000 美元以?xún)?nèi)，是目前很多 激光雷達(dá)廠商發(fā)力的領(lǐng)域。目前，轉(zhuǎn)鏡和棱鏡式已具備車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)案例， MEMS 也有望 2022 年快速迎來(lái)量產(chǎn)。

1）MEMS 微陣鏡激光雷達(dá)：成熟度高，有望快速推動(dòng)量產(chǎn)

MEMS 為 Micro-Electro-Mechanical System 的簡(jiǎn)稱(chēng)，即微機(jī)電系統(tǒng)。 MEMS 微振鏡為采用 MEMS 技術(shù)制造的諧振式掃描鏡，把微型反射鏡、 MEMS 驅(qū)動(dòng) 器、 MEMS 傳感器集成在一起的光學(xué)微機(jī)電器件。鏡面直徑通常只有幾毫米。 與傳統(tǒng)的光學(xué)掃描鏡相比，具有重量輕，體積小，生產(chǎn)成本較低的優(yōu)點(diǎn)。在光 學(xué)，機(jī)械性能和功耗方面表現(xiàn)更為突出。

原理上，MEMS 微陣鏡激光雷達(dá)的核心是 MEMS 微振鏡，其本質(zhì)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，其中心是一塊鏡子的電路板，可以通過(guò)控制電流來(lái)讓中央的微鏡產(chǎn)生 平動(dòng)或者扭轉(zhuǎn)，也就是 X 軸和 Y 軸上的移動(dòng)。由于鏡子本身可以扭轉(zhuǎn)，所以 只需要 1 束激光就可以通過(guò)鏡子不同角度的反射來(lái)讓激光束發(fā)射到不同的方向， 從而實(shí)現(xiàn)與機(jī)械式激光雷達(dá)相似的效果。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 MEMS 激光雷達(dá)的激光發(fā)射器數(shù)量比機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)少很多，體積小 很多，系統(tǒng)可靠性高很多。

優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，MEMS 陣鏡激光雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)是 1）尺寸小、可量產(chǎn)：芯片化、無(wú)機(jī) 械組件，擺脫了笨重的旋轉(zhuǎn)電機(jī)和掃描鏡等機(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；2）低成本：減少激光收發(fā)單元的數(shù)量，降低 成本。

其缺點(diǎn)在于 1）穩(wěn)定性：MEMS 微鏡屬于振動(dòng)敏感性器件，車(chē)載環(huán)境的振動(dòng)和 沖擊容易對(duì)其使用壽命和工作穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，同時(shí)硅基 MEMS 的懸臂梁結(jié) 構(gòu)非常脆弱，外界的振動(dòng)或沖擊極易直接致其斷裂。2）探測(cè)距離和角度有限： MEMS 的振動(dòng)角度有限導(dǎo)致視場(chǎng)角比較?。ㄐ∮?120 度），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；受限于 MEMS 微振 鏡的鏡面尺寸，MEMS 激光雷達(dá)接收端的收光孔徑非常小，遠(yuǎn)小于機(jī)械激光 雷達(dá)，而光接收峰值功率與接收器孔徑面積成正比，導(dǎo)致功率進(jìn)一步下降，信 噪比降低，有效探測(cè)距離縮短，傳統(tǒng) MEMS 技術(shù)的有效探測(cè)距離只有 50m， FOV 角度只能達(dá)到 30°，用在近距離補(bǔ)盲或者前向探測(cè)。

要想提高 MEMS 的探測(cè)距離，就需要提高鏡面尺寸，鏡面尺寸越大，信噪比 就越高，MEMS 振鏡的成本也就越大。目前 MEMS 振鏡最大尺寸是 Mirrorcle， 可達(dá) 7.5 毫米，售價(jià)超 1200 美元。為解決探測(cè)距離短的問(wèn)題，Luminar 使用 1550nm 激光雷達(dá)，通過(guò)提升波長(zhǎng)來(lái)提高其探測(cè)距離至 250m，但選用 1550nm 也意味著成本上升。為了平衡成本與 MEMS 性能（探測(cè)角度與距離 有限）的問(wèn)題，以速騰聚創(chuàng)、Innoviz 等為代表的激光雷達(dá)廠商開(kāi)始自研 MEMS 微振鏡，并發(fā)明了多通道水平聯(lián)合掃描技術(shù)來(lái)提升 MEMS 性能。其原 理是將數(shù)個(gè)激光雷達(dá)合成一個(gè)，目前速騰聚創(chuàng)是 5 個(gè)。因?yàn)橛?5 個(gè)激光雷達(dá)水 平聯(lián)合掃描，那么每個(gè)激光雷達(dá)的 FOV 需求就很低，F(xiàn)OV 在 25 度即可，這 樣 MEMS 振鏡尺寸變大，性能提高，5 個(gè)激光雷達(dá)水平聯(lián)合掃描，等于性能提升了 5 倍。目前，速聚創(chuàng)投資的希景科技開(kāi)發(fā)的 MEMS 微振鏡鏡面直徑為 5 毫米，已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段，未來(lái)尺寸有望達(dá)到 10 毫米。

目前，處于（準(zhǔn)）車(chē)規(guī)狀態(tài)并將在 2022 年為 OEM 量產(chǎn)供貨的 MEMS 激光雷 達(dá)產(chǎn)品有速騰聚創(chuàng) M1、Innoviz One、Luminar Iris，另外 Innoviz Two 將 在 2022 年進(jìn)入批量生產(chǎn)，并在 2023 年服務(wù)于 OEM。由于 MEMS 上游產(chǎn)業(yè) 鏈相對(duì)成熟，為現(xiàn)階段的主力激光雷達(dá)產(chǎn)品之一，價(jià)格已經(jīng)下探到 2000 美元 以?xún)?nèi)。其中速騰聚創(chuàng)是國(guó)內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn) MEMS 激光雷達(dá)車(chē)規(guī)前裝量產(chǎn)的公司， 旗下第二智能固態(tài)激光雷達(dá) M1 已交付北美豪華新能源車(chē)企，同時(shí)獲得廣汽埃 安、威馬、極氪、路特斯、嬴徹、摯途等眾多乘用車(chē)和商用車(chē)品牌前裝定點(diǎn)， 配套的廣汽 AION LX Plus 將于 2022Q1 上市。

2）轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)：第一個(gè)過(guò)車(chē)規(guī)且批量供貨的技術(shù)方案

原理上，轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)方案指的是激光發(fā)射器和接收器固定，激光的發(fā)射方 向是一個(gè)可圍繞中心旋轉(zhuǎn)的多邊形反射鏡，通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)反射鏡，將激光反射 到不同的方向，從而實(shí)現(xiàn)激光的掃描。內(nèi)部大部分空間被一個(gè)轉(zhuǎn)鏡所占據(jù)，在 雷達(dá)的一側(cè)是激光的發(fā)射和接收裝置，為了信號(hào)區(qū)隔，這兩個(gè)區(qū)域被物理隔開(kāi)。 轉(zhuǎn)鏡式與 MEMS 差異在于 MEMS 掃描鏡是圍繞著某條直徑上下振動(dòng)，而轉(zhuǎn)鏡則 是圍繞著圓心旋轉(zhuǎn)。功耗比較低，散熱難度低，因而也容易實(shí)現(xiàn)比較高的可靠 性。

分類(lèi)來(lái)看，轉(zhuǎn)鏡方案分一維轉(zhuǎn)鏡和二維轉(zhuǎn)鏡，一維轉(zhuǎn)鏡只有一面掃描鏡，二維 轉(zhuǎn)鏡有兩面掃描鏡（一縱一橫）。一維轉(zhuǎn)鏡線數(shù)與激光發(fā)射器數(shù)量一致，這意味 著高線數(shù)產(chǎn)品成本高而集成難度很大，線數(shù)難以做高（法雷奧 Scala 1 為 4 線， Scala 2 為 16 線）；二維轉(zhuǎn)鏡增加了俯仰的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣一條激光可以掃描多個(gè)平 面，用數(shù)量很少的激光發(fā)射器，通過(guò)掃描鏡高速旋轉(zhuǎn)中的折射和反射來(lái)達(dá)到 “多線”的效果，這樣不僅可節(jié)省激光器的成本，也可做高“線數(shù)”。

優(yōu)缺點(diǎn)看，轉(zhuǎn)鏡式方案的優(yōu)勢(shì)在于：1）體積小，降低成本：激光發(fā)射和接收 裝置固定，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)雖然有但是比較小，可以減少產(chǎn)品體積，并且降低成本； 2）旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)只有反射鏡，重量輕，電機(jī)軸承的負(fù)荷小，系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)更穩(wěn)定， 壽命更長(zhǎng)，符合車(chē)規(guī)。不足之處在于內(nèi)部有機(jī)械結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期運(yùn)行之后穩(wěn)定性、 準(zhǔn)確度依然會(huì)受到影響，另外一維式的掃描線數(shù)少，掃描角度不能到 360 度。

從應(yīng)用看，具備車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)實(shí)力的供貨商有法雷奧（Scala）、鐳神智能（CH32），Innovusion （Falcon）。2017 年，奧迪 A8 為全球首款量產(chǎn)的 L3 級(jí)別自動(dòng)駕駛的乘用車(chē)，其搭載的激光雷達(dá)為法雷奧和 Ibeo 聯(lián)合研發(fā)的 4 線 旋轉(zhuǎn)掃描鏡激光雷達(dá)。2020 年，鐳神智能自主研發(fā)的 CH32 面世，成為全球 第二款獲得車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證的轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)，目前已經(jīng)規(guī)模化交付東風(fēng)悅享量產(chǎn) 前裝車(chē)型生產(chǎn)。2022 年，搭載 Innovusion Falcon 激光雷達(dá)的蔚來(lái) ET7 上市， 該款激光雷達(dá)為 1550nm 方案，等效 300 線數(shù)。從售價(jià)看，法雷奧 Scala 2 為 900 歐元（約 6500 元人民幣），已經(jīng)下降至車(chē)企可接受的價(jià)格范圍.

3）棱鏡式激光雷達(dá)：大疆 Livox 發(fā)明，并配套小鵬

結(jié)構(gòu)來(lái)看，棱鏡式激光雷達(dá)可分為收發(fā)模塊和掃描模塊兩大部分。首先收發(fā)模 塊的 PLD（pulsed laser diode）發(fā)射出激光，通過(guò)反射鏡和凸透鏡使之變成 平行光，然后掃描模塊的兩個(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，會(huì)從原光路反射回來(lái)，被 APD（avalanche photo detectors）所接收（發(fā)射光路和接受光路的孔徑不同，反射鏡的尺寸是通過(guò)精 心調(diào)整的）。

優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于降本以及提高分辨率和視場(chǎng)覆蓋率。首先， 該設(shè)計(jì)可以減少了激光發(fā)射和接收的線數(shù)以實(shí)現(xiàn)一幀之內(nèi)更高的線數(shù)，也隨之 降低了對(duì)焦與標(biāo)定的復(fù)雜度，因此生產(chǎn)效率得以大幅提升，棱鏡式成本相比于 傳統(tǒng)機(jī)械式有了大幅的下降。其次，只要掃描時(shí)間夠久，就能得到精度極高額 點(diǎn)云，還有環(huán)境建模，分辨率幾乎沒(méi)有上限，且可達(dá)到近 100％的視場(chǎng)覆蓋率。

從車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用來(lái)看，小鵬 P5 配備 2 顆大疆 Livox 車(chē)規(guī)級(jí) HAP 激光雷達(dá)，另 外 HAP 也獲得了一汽解放量產(chǎn)項(xiàng)目的定點(diǎn)。HAP 探測(cè)距離 150 米，助力自動(dòng) 駕駛系統(tǒng)更游刃有余地應(yīng)對(duì)高速公路、城區(qū)道路等場(chǎng)景中遠(yuǎn)處障礙物的超前檢 測(cè)。HAP 橫向視場(chǎng)角為 120°，小鵬 P5 在前面部署了 2 顆激光雷達(dá)，前方提 高至 180°的超寬點(diǎn)云視野，提高應(yīng)對(duì)近處車(chē)輛加塞、十字路口拐彎等復(fù)雜路 況的通行能力。HAP 角分辨率為 0.16°*0.2°, 其中感興趣區(qū)域（ROI, Region of Interest） 的點(diǎn)云密度可等效 144 線激光雷達(dá)，更密的點(diǎn)云輸出帶 來(lái)更豐富的環(huán)境感知，讓算法可以更精準(zhǔn)地檢測(cè)到遠(yuǎn)處行人、自行車(chē)、雪糕桶 等細(xì)小目標(biāo)物體。

純固態(tài)激光雷達(dá)：技術(shù)最先進(jìn)，短期內(nèi)應(yīng)用難度最大

純固態(tài)方案的特點(diǎn)是不僅激光收發(fā)模塊不動(dòng)，而且掃描模塊也沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)， 主要依靠電子部件來(lái)控制激光的發(fā)射角度，這樣的話可以做得更小，同時(shí)大大 降低成本，目前固態(tài)激光雷達(dá)主要是 OPA 和 FLASH 兩種方案。固態(tài)激光雷達(dá) 目前沒(méi)有量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，由于技術(shù)難度相對(duì)較大，短期內(nèi)應(yīng)用難度大。

1）FLASH 方案：探測(cè)距離短，作為補(bǔ)盲雷達(dá)使用

Flash 激光雷達(dá)的原理類(lèi)似快閃，采用類(lèi)似相機(jī)的模式，感光元件中的每個(gè)像素點(diǎn)都可以記錄光子飛出的時(shí)間信息，運(yùn)行時(shí)直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的 激光，隨后由高靈敏度的接收器陣列計(jì)算每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的距離信息，從而完成 對(duì)周?chē)h(huán)境的繪制。

優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，F(xiàn)lash 方案的好處在于一次性實(shí)現(xiàn)全局成像來(lái)完成探測(cè)，且無(wú)掃 描器件、成像速度快。缺點(diǎn)在于 Flash 激光單點(diǎn)面積比掃描型激光單點(diǎn)大，因 此其功率密度較低，進(jìn)而影響到 Flash 激光雷達(dá)的探測(cè)精度和探測(cè)距離（低于 50 米），另外眩光的影響也較大，所以適用于一些低速的自動(dòng)駕駛小車(chē)領(lǐng)域， 作為補(bǔ)盲雷達(dá)來(lái)使用。

為了克服探測(cè)距離的限制，F(xiàn)lash 方案的代表廠商 Ibeo、LedderTech 開(kāi)始在激 光收發(fā)模塊進(jìn)行創(chuàng)新。1）發(fā)射模塊：提高激光發(fā)射器的功率，比如采用垂直腔 面發(fā)射激光器（VCSEL），相比其他激光器更小、更輕、更耐用，并且功率效率 更高。2）接收模塊：提高激光探測(cè)器的感光靈敏度，比如對(duì)于遠(yuǎn)距離探測(cè)使用 到雪崩型光電探測(cè)器（SPAD），其探測(cè)的靈敏度高，可探測(cè)到遠(yuǎn)距離的微弱信 號(hào)。Ibeo 使用 VCSEL 和 SPAD，旗下 NEXT 固態(tài)激光雷探測(cè)距離可達(dá) 140 米 （10%反射率）。

目前，F(xiàn)lash 激光雷達(dá)主要的廠商為 Ibeo、Leddar Tech。目前，由于上游零 部件的制約（激光發(fā)射器提升功率、探測(cè)器提升感光靈敏度的技術(shù)還不成熟）， Flash 方案并沒(méi)有量產(chǎn)的車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品出現(xiàn)，長(zhǎng)城計(jì)劃在 SUV 系列量產(chǎn)車(chē)型中 使用 Ibeo Next 固態(tài)激光雷達(dá)。從遠(yuǎn)期看，由于 Flash 激光雷達(dá)芯片化程度高， 有望規(guī)模化量產(chǎn)后拉低成本，后續(xù)隨著技術(shù)成熟后，有望成為主流的技術(shù)方案。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）

2）OPA 方案：技術(shù)壁壘最高，成熟度低

OPA 固態(tài)激光雷達(dá)是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中的每個(gè)發(fā)射單元的相位差，來(lái)改變激 光的發(fā)射角度，采用相控陣原理完全取消機(jī)械結(jié)構(gòu)。掃描不同角度只需要電信 號(hào)，不需要任何機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械式的掃描效果。

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于可以省去機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，做到類(lèi)似機(jī)械式的全景掃描；但缺 點(diǎn)在于激光調(diào)試、信號(hào)處理的運(yùn)算量很大，元器件成本高，實(shí)現(xiàn)難度比較大。 由于技術(shù)難度高，OPA 的波導(dǎo)控制需要改變底層結(jié)構(gòu)，硅基半導(dǎo)體的材料有突 破才能實(shí)現(xiàn)。技術(shù)成熟度較低，上游產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，導(dǎo)致 OPA 方案短期內(nèi)難以 車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)。

應(yīng)用層面，目前暫無(wú)車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)案例，OPA 方案的代表企業(yè)為 Quanergy。 2021 年 8 月，全球領(lǐng)先的 OPA 固態(tài)激光雷達(dá)制造商 Quanergy 對(duì)其 OPA 固 態(tài)激光雷達(dá) S3 系列完成駕駛實(shí)測(cè)演示。S3 系列激光雷達(dá)采用 OPA 技術(shù)，以 及極具成本效益、面向大眾市場(chǎng)量產(chǎn)的可擴(kuò)展 CMOS 硅基制造工藝，是一款 真正的固態(tài)激光雷達(dá)傳感器。測(cè)試結(jié)果顯示，S3 系列固態(tài)激光雷達(dá)可以提供 超過(guò) 10 萬(wàn)小時(shí)的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF），在全光照下實(shí)現(xiàn) 100 米的探測(cè)性 能，大規(guī)模量產(chǎn)后的目標(biāo)價(jià)格為 500 美元。

總結(jié)：通過(guò)對(duì)技術(shù)路線的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、制造商和車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用的梳理，我們認(rèn) 為激光雷達(dá)在短期維度的主流方案為半固態(tài)的 MEMS、轉(zhuǎn)鏡式，主要原因在 于半固態(tài)在硬件架構(gòu)上做了簡(jiǎn)化，使得制造成本降低，為最接近車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用的方案。長(zhǎng)期維度技術(shù)維度純固態(tài)為最優(yōu)方案，一方面在于其通過(guò)半導(dǎo)體工藝能 把激光雷達(dá)一些核心部件集成在芯片上，集成度進(jìn)一步提高的同時(shí)成本降低； 另一方面在于純固態(tài)激光雷達(dá)不僅體積小，而且由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，可靠性也 更高。

技術(shù)路線之二（按發(fā)射方式）：EEL/VCSEL（短期）→VCSEL（長(zhǎng)期）

短期 EEL 與 VCSEL 并行，長(zhǎng)期 VCSEL 更具優(yōu)勢(shì)。

分類(lèi)來(lái)看，激光器可分為 EEL（邊發(fā)射激光器）、VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光 器）、PCSEL（光子晶體表面發(fā)射激光器）、光纖激光器。其中 EEL 作為探測(cè)光 源具有高發(fā)光功率密度的優(yōu)勢(shì)，但 EEL 激光器因?yàn)槠浒l(fā)光面位于半導(dǎo)體晶圓的 側(cè)面，使用過(guò)程中需要進(jìn)行切割、翻轉(zhuǎn)、鍍膜、再切割的工藝步驟，往往只能 通過(guò)單顆一一貼裝的方式和電路板整合，極大地依賴(lài)產(chǎn)線工人的手工裝調(diào)技術(shù)， 生產(chǎn)成本高且一致性難以保障。VCSEL 其發(fā)光面與半導(dǎo)體晶圓平行，其優(yōu)勢(shì)在 于 Wafer 級(jí)制造，成本低，閾值電流低，使用壽命高，適合二維陣列集成等。 PCSEL 可理解為 EEL 與 VCSEL 的集成，兼具成本、耐用性與高功率的優(yōu)勢(shì)， 還處于開(kāi)發(fā)階段。光纖激光器為摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器， 其特點(diǎn)在于電光效率高、輸出功率高、光束質(zhì)量好、速度快等，該方案適用于 1550nm 波長(zhǎng)激光雷達(dá)，相比 905nm 波長(zhǎng)激光雷達(dá)材料端最大的區(qū)別在于 905nm 用的是 Si，而 1550nm 用的是 InGaAs，從而運(yùn)行成本更高，目前提供 1550nm 方案激光雷達(dá)的代表性廠商為 Luminar。

從應(yīng)用來(lái)看，短期內(nèi) EEL、VCSEL 為并行方案均有應(yīng)用。長(zhǎng)期來(lái)看，由于 VCSEL 相比 EEL 具備成本、可靠性、良率等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)將有望逐漸取代 EEL 成為發(fā)射端激光器的主流方案。

技術(shù)路線之三（按接收方式）：PD/APD（短期）→SPAD/SiPM（長(zhǎng)期）

分來(lái)來(lái)看，激光雷達(dá)探測(cè)器可分為 PD、APD、SPAD、SiPM，APD 為目前 TOF 激光雷達(dá)的主流方案，SPAD 為未來(lái)前沿方向。 PD 是由一個(gè) PN 結(jié)組成的半導(dǎo)體器件， 具有單方向?qū)щ娞匦裕琍D 方案無(wú)增益， 探測(cè)距離短，適用于 FMCW 激光雷達(dá)，該方案探測(cè)成本低。

APD 在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的 P-N 結(jié)上加上反向偏壓后， 射入的 光被 P-N 結(jié)吸收后會(huì)形成光電流。加大反向偏壓會(huì)產(chǎn)生“雪崩”（即光電流成倍 地激增）的現(xiàn)象， 因此這種二極管被稱(chēng)為“雪崩光電二極管”，APD 相比 PD 增益能力得到提升，可以理解為一份光子進(jìn)來(lái)，可以把它增益到上百的這種信 號(hào)，即使在很低的光強(qiáng)下也可以進(jìn)行有效探測(cè)，為 TOF 激光雷達(dá)技術(shù)相對(duì)成熟 的方案，符合自動(dòng)駕駛場(chǎng)景。

SPAD 是一種新型的光電探測(cè)器件，由工作在蓋革模式的雪崩二極管陣列組成， 具有增益高（比 APD 提升了 10 萬(wàn)倍）、探測(cè)距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。硅光電倍增管 （SiPM）是多個(gè) SPAD 的陣列形式，可通過(guò)多個(gè) SPAD 獲得更高的可探測(cè)范圍 以及配合陣列光源使用。但由于雪崩二極管一直工作在倍增模式的話會(huì)影響二極管的使用壽命，從而影響該方案的可靠性，因而 APD 為目前 TOF 激光雷達(dá) 的主流方案。

技術(shù)路線之四（按信息處理方式）：FPGA（目前主流）→SoC（遠(yuǎn)期）

激光雷達(dá)主控芯片為 FPGA，為行業(yè)當(dāng)前主流方案，遠(yuǎn)期 SoC 或?qū)⑻娲?FPGA 方案。負(fù)責(zé)波形算法處理、激光雷達(dá)探測(cè)器等功能模塊的控制，賽靈思為主要 供貨商。長(zhǎng)期維度來(lái)看，激光雷達(dá)廠商自研 SoC 芯片，以禾賽科技為例，其自 研的 SoC 芯片能夠單片集成探測(cè)器、前端電路、波形數(shù)字化、算法處理、脈沖 控制等功能，相當(dāng)于激光雷達(dá)后端的探測(cè)器和信息處理部分單片集成，直接實(shí) 時(shí)輸出激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，具有集成度高、適合大規(guī)模量產(chǎn)、器件自主可控的 優(yōu)勢(shì)。

4 激光雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)——車(chē)規(guī)級(jí)、降成本

車(chē)規(guī)級(jí)：激光雷達(dá)從 0 到 1 的前提

車(chē)規(guī)級(jí)即能夠通過(guò)車(chē)企的一系列認(rèn)證測(cè)試，拿到項(xiàng)目定點(diǎn)且開(kāi)始量產(chǎn)。對(duì)于汽 車(chē)零部件，業(yè)內(nèi)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 16750、ISO 26262、AEC-Q20 等，要求車(chē)用零件小型化以及高低溫環(huán)境條件下(-40～+125℃)具備高可靠性，一般的汽車(chē) 設(shè)計(jì)壽命在 15 年 20 萬(wàn)公里左右，智能化帶來(lái)汽車(chē)系統(tǒng)組成部件和環(huán)節(jié)變多， 對(duì)組成的部件的可靠性要求變高。

目前汽車(chē)行業(yè)對(duì)激光雷達(dá)的評(píng)價(jià)指標(biāo)包含顯性參數(shù)、實(shí)測(cè)性能指標(biāo)及隱性指標(biāo)。 其中顯性參數(shù)主要包括測(cè)遠(yuǎn)能力、點(diǎn)頻、角分辨率、視場(chǎng)角范圍、測(cè)距精準(zhǔn)度、 功耗、集成度（體積及重量）等；隱性指標(biāo)包含激光雷達(dá)產(chǎn)品的可靠性、安全 性、使用壽命、成本控制、可量產(chǎn)性等，這些指標(biāo)難以量化，缺乏公開(kāi)信息， 只能通過(guò)產(chǎn)品是否應(yīng)用于行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)的測(cè)試車(chē)隊(duì)或量產(chǎn)項(xiàng)目中得以體現(xiàn)。

不同激光雷達(dá)技術(shù)參數(shù)差異較大，暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化且量化的車(chē)規(guī)級(jí)準(zhǔn)入指標(biāo)，考慮 到不同車(chē)企有體系化的測(cè)試驗(yàn)證體系、苛刻的測(cè)試條件，因而可以通過(guò)車(chē)企量 產(chǎn)落地的搭載激光雷達(dá)車(chē)型項(xiàng)目來(lái)去合理推測(cè)不同激光雷達(dá)廠商的車(chē)規(guī)級(jí)能力。 總體來(lái)看，Luminar、Innoviz、Valeo、Ibeo、大陸、Innovusion、速騰聚 創(chuàng)、禾賽科技、華為、大疆 livox 均已量產(chǎn)或已具備乘用車(chē)項(xiàng)目定點(diǎn)訂單。

降成本：激光雷達(dá)從 1 到 N 的關(guān)鍵

激光雷達(dá)的成本結(jié)構(gòu)拆解

拆解激光雷達(dá)成本結(jié)構(gòu)，收發(fā)模塊成本占比最大，其次為光學(xué)部件。 對(duì)于機(jī)械式激光雷達(dá)，參考汽車(chē)之心對(duì)于 Velodyne VLP-16 的 BOM 成本拆解數(shù) 據(jù)，預(yù)計(jì)激光器、探測(cè)器、光學(xué)部件、電路板、電機(jī)外殼及結(jié)構(gòu)件成本占比分 別為 40%、35%、10%、10%、5%。

對(duì)于半固態(tài)激光雷達(dá)，1）轉(zhuǎn)鏡式：參考 Systemplus Consulting 對(duì)于法雷奧 SCALA 轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá) BOM 成本拆解，主板、激光單元板、機(jī)械鏡單元、機(jī) 械激光單元、封裝殼、電機(jī)單元板成本占比分別為 45%、23%、13%、10%、 8%、1%；2）MEMS：對(duì)于 MEMS 微振鏡式激光雷達(dá)，預(yù)計(jì)發(fā)射模塊、接收模 塊、光學(xué)部件、主板、外殼結(jié)構(gòu)件成本占比分別為 30%、25%、10%、25%、 10%。 總體來(lái)看，激光雷達(dá)成本核心在于收發(fā)裝置，成本占比預(yù)計(jì) 50%-60%之間，另 外光學(xué)部件成本占比在 10%-15%之間

激光雷達(dá)的降本之路

復(fù)盤(pán)激光雷達(dá)的進(jìn)化路徑，從機(jī)械式到半固態(tài)，激光雷達(dá)的單價(jià)從上萬(wàn)美金下 探到了千元美金級(jí)別，2022 年，單價(jià) 2000 美元以?xún)?nèi)的激光雷成產(chǎn)品陸續(xù)裝車(chē)， 價(jià)格的下探帶來(lái)乘用車(chē)激光雷達(dá)市場(chǎng)開(kāi)始爆發(fā)。展望未來(lái)，伴隨激光雷達(dá)成本 的降低，激光雷達(dá)的單價(jià)有望持續(xù)降低，從而帶來(lái)乘用車(chē)端的滲透率不斷提升。

從機(jī)械式到半固態(tài)到純固態(tài)，激光雷達(dá)的價(jià)格下降明顯的原因何在？

核心原因在于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改動(dòng)，帶來(lái)成本大幅下降。

機(jī)械式激光雷達(dá)售價(jià)高達(dá)上萬(wàn)美金，原因主要在于機(jī)械式方案的收發(fā)模塊在運(yùn) 動(dòng)，通過(guò)增加收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)高線束，激光收發(fā)模塊由分立器件組裝而成，在 實(shí)現(xiàn)探測(cè)距離精度更高的同時(shí)，也導(dǎo)致了整套系統(tǒng)元器件成本非常高。以 Velodyne HDL-64 為例，其每個(gè)收發(fā)通道（共 64 個(gè)通道）的物料成本超 100 美 元，疊加復(fù)雜的調(diào)試帶來(lái)的人工成本，導(dǎo)致售價(jià)高達(dá) 8 萬(wàn)美元。

半固態(tài)激光雷達(dá)相比機(jī)械式的改動(dòng)之一是通過(guò)減少激光收發(fā)裝置的數(shù)量來(lái)減少 收發(fā)通道數(shù)，帶來(lái)生產(chǎn)成本大幅降低，改動(dòng)之二是加入了旋轉(zhuǎn)掃描結(jié)構(gòu) （MEMS 微振鏡），通過(guò)掃描結(jié)構(gòu)的更新來(lái)彌補(bǔ)收發(fā)通道數(shù)量的減少。以半固態(tài) MEMS 方案的 InnovizOne 為例，單價(jià)已降至 1000 美元。

純固態(tài)為激光雷達(dá)通過(guò)半導(dǎo)體工藝能把激光雷達(dá)一些核心部件集成在芯片上， 比如光源部分使用 VCSEL、探測(cè)器使用 SPAD，集成度提高的同時(shí)成本進(jìn)一 步降低。Quanergy 為純固態(tài) OPA 代表性廠商，其 S3 價(jià)格為 500 美元。

展望未來(lái)，激光雷達(dá)該如何持續(xù)降本？

1）規(guī)?；慨a(chǎn)：對(duì)于車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)，如果進(jìn)行規(guī)模化量產(chǎn)，可以通過(guò)大規(guī)模 采購(gòu)降低物料成本。

2）芯片化制造：對(duì)于激光雷達(dá)收發(fā)模塊，包含激光器、探測(cè)器、模擬前端芯 片等電子部件，通過(guò)電子部件的芯片化可以進(jìn)一步降低成本。目前酒鋼雷達(dá)廠 商開(kāi)始自研激光雷達(dá)芯片，原因在于高線數(shù)激光雷達(dá)對(duì)激光收發(fā)裝置的性能要求提高，而芯片化可有效降低成本。以禾賽科技為例， 公司已經(jīng)開(kāi)始芯片化 路線， V1.0、 V1.5、 V2.0 芯片面向當(dāng)前機(jī)械式、微振鏡式、轉(zhuǎn)鏡式技術(shù)方 案， V3.0 面向純固態(tài)式激光雷達(dá) PandarFT 的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。

5 激光雷達(dá)的產(chǎn)業(yè)鏈及發(fā)展機(jī)遇

激光雷達(dá)的產(chǎn)業(yè)鏈

總體來(lái)看，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）。其中上游主要包含大量的光學(xué)元器 件和電子元器件，組成激光發(fā)射、激光接收、掃描系統(tǒng)和信息處理四大部分。 以上四大部分組裝起來(lái)，集成為中游的激光雷達(dá)產(chǎn)品。下游應(yīng)用除了已成熟的 軍事、測(cè)繪領(lǐng)域外，無(wú)人駕駛汽車(chē)、高精度地圖、服務(wù)機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等新興 領(lǐng)域應(yīng)用近年來(lái)也開(kāi)始快速發(fā)展。

上游：海外供應(yīng)商芯片領(lǐng)域耕耘已久，收發(fā)模塊和光學(xué)部件自主品牌

不輸外資 我們按照激光的路徑對(duì)激光雷達(dá)上游主要零部件進(jìn)行梳理，總體來(lái)看可以分為 電學(xué)芯片（模擬芯片、FPGA）、光學(xué)部件（準(zhǔn)直鏡、分束器、擴(kuò)散片、透鏡、 濾光片）、收發(fā)部件（激光器、探測(cè)器）。

總體來(lái)看，激光雷達(dá)電學(xué)芯片部分涉及的模擬芯片和 FPGA 芯片，海外芯片 龍頭為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商起步較晚，賽靈思的 FPGA 芯片應(yīng)用于速騰聚 創(chuàng)、禾賽科技、Innovusion 等主流激光雷達(dá)廠商中。光學(xué)部件 MEMS 微振鏡 海外龍頭（濱松、mirrorcle 等）技術(shù)成熟，國(guó)內(nèi) MEMS 微振鏡企業(yè)近年發(fā)展 迅速，其中速騰聚創(chuàng)投資希景科技、禾賽科技和鐳神智能自研 MEMS 微振鏡； 其他光學(xué)器件比如準(zhǔn)直鏡、擴(kuò)散片、分束器等已經(jīng)非常成熟，國(guó)內(nèi)諸多廠商均 有布局，代表性廠商有舜宇光學(xué)科技、永新光學(xué)、騰景科技、藍(lán)特光學(xué)、水晶光電、福晶科技、炬光科技等，國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈成熟且具備成本優(yōu)勢(shì)，有望乘激光 雷達(dá)之風(fēng)迎來(lái)新發(fā)展機(jī)遇。對(duì)于激光器和探測(cè)器，國(guó)內(nèi)供應(yīng)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)，有望在收發(fā)模塊開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)替代，其中 激光器的代表性廠商有內(nèi)有炬光科技（已上市）、長(zhǎng)光華芯（擬上市）、縱慧芯 光、睿熙科等，探測(cè)器的代表性廠商有靈明光子、南京芯視界、芯輝科技、宇 稱(chēng)電子、阜時(shí)科技等。

信息處理——電學(xué)芯片：海外芯片龍頭為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商起步較晚

激光雷達(dá)的上游芯片主要為信息處理部分 FPGA 芯片、模擬芯片。

1）FPGA 芯片市場(chǎng)寡頭壟斷，賽靈思占據(jù)主導(dǎo)地位。 FPGA 芯片通常被用作激光雷達(dá)的主控芯片，供應(yīng)商海外有賽靈思、英特爾、亞 德諾、萊迪）等，國(guó)內(nèi)有安路科技、紫光國(guó)芯、西安智多晶微電子、華微電子、 高云半導(dǎo)體等。從市占率角度看，按銷(xiāo)售額計(jì)，國(guó)內(nèi) FPGA 芯片市場(chǎng) CR3 高達(dá) 96%，為高度集中的市場(chǎng)，其中賽靈思市占率為 55%，目前，賽靈思的 FPGA 芯片應(yīng)用于速騰聚創(chuàng)、一徑科技、北醒光子、Blickfeld、禾賽科技、Innovusion、 Ouster、北科天繪等主流激光雷達(dá)廠商的解決方案中。國(guó)外供應(yīng)商的 FPGA 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(mǎn)足激光雷達(dá)的需求。

2）模擬芯片市場(chǎng)海外供應(yīng)商領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)廠商成立較晚。 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)際范圍內(nèi)模擬芯片供應(yīng)商主要有德州儀器、亞德諾半導(dǎo) 體、思佳訊、英飛凌、意法半導(dǎo)體等；國(guó)內(nèi)模擬芯片的供應(yīng)商包括矽力杰半導(dǎo) 體、圣邦微電子、昂寶電子、富滿(mǎn)電子、上海貝嶺、士蘭微等。從市占率角度 看，2020 年全球 TOP10 主要集中于歐美企業(yè)，海外供應(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(chē)規(guī)類(lèi)產(chǎn)品差 距會(huì)更大。

掃描系統(tǒng)——光學(xué)部件：國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈技術(shù)達(dá)標(biāo)疊加成本優(yōu)勢(shì)，迎發(fā)展機(jī)遇

激光雷達(dá)的光學(xué)部件主要應(yīng)用于上游的掃描系統(tǒng)，涉及的產(chǎn)品包括 MEMS 微振 鏡、鏡頭、透鏡、濾光片等。

1）MEMS 微振鏡海外龍頭技術(shù)成熟，國(guó)內(nèi) MEMS 微振鏡企業(yè)近年發(fā)展迅速。 技術(shù)成熟且量產(chǎn)的 MEMS 微振鏡企業(yè)基本集中在國(guó)外，比如 Mirrorcle、濱松、 MicroVision 以及被德國(guó)英飛凌收購(gòu)的 Innoluce。中國(guó) MEMS 微振鏡企業(yè)近年發(fā) 展迅速，如知微傳感、Opus、蘇州希景科技（速騰聚創(chuàng)投資）等，此外，鐳神 智能、禾賽科技自研 MEMS 微振鏡。

為了獲得最大化的視場(chǎng)角，MEMS 激光雷達(dá)廠商追求大尺寸 MEMS 鏡面，美國(guó) Mirrorcle 公司可提供尺寸大至 7.5mm 的 MEMS 鏡面，但高達(dá) 1259 美元的售價(jià) 限制了其大規(guī)模落地商用。根據(jù)麥姆斯咨詢(xún)信息，速騰聚創(chuàng)投資的希景科技開(kāi) 發(fā)的 MEMS 微振鏡鏡面直徑為 5mm，已經(jīng)通過(guò)了高低溫、隨機(jī)振動(dòng)等可靠性測(cè) 試，并進(jìn)入量產(chǎn)階段。

2）鏡頭、濾光片等光學(xué)部件國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈成熟且具備成本優(yōu)勢(shì)，有望乘激光雷達(dá) 之風(fēng)迎來(lái)新發(fā)展機(jī)遇。

光學(xué)器件比如準(zhǔn)直鏡、擴(kuò)散片、分束器等產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，國(guó)內(nèi)諸多廠商均 有布局，代表性廠商有舜宇光學(xué)科技、永新光學(xué)、騰景科技、藍(lán)特光學(xué)、水晶 光電、福晶科技、炬光科技等。其中舜宇光學(xué)科技作為車(chē)載攝像頭鏡頭全球龍 頭（2020 年全球市占率 33%），在激光雷達(dá)領(lǐng)域也推出了鏡頭產(chǎn)品，根據(jù)蓋世 汽車(chē)信息，公司已與激光雷達(dá)平臺(tái)提供商 LeddarTech 建立合作，為其提供光學(xué) 解決方案；永新光學(xué)生產(chǎn)車(chē)載激光雷達(dá)光學(xué)鏡頭及光學(xué)元器件，與禾賽、 Innoviz 等國(guó)內(nèi)外多家激光雷達(dá)方案商建立合作,并已進(jìn)入麥格納的指定產(chǎn)品供應(yīng) 商名單；炬光科技可提供微透鏡、廣角光束擴(kuò)散器、光源光學(xué)組件等光學(xué)產(chǎn)品， 客戶(hù)包含長(zhǎng)光華芯、相干、Velodyne、Lumibird、T 公司。

總體來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈在光學(xué)部件方面的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國(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(mǎn)足產(chǎn)品加工的 需求，有望乘激光雷達(dá)之風(fēng)迎來(lái)新發(fā)展機(jī)遇。

激光收發(fā)模塊——激光器和探測(cè)器：國(guó)內(nèi)企業(yè)快馬加鞭，有望開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)替代

1）激光器：從海外公司主導(dǎo)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閲?guó)內(nèi)公司迎頭趕上

行業(yè)層面，兩個(gè)關(guān)鍵特征在于： 首先，車(chē)用 EEL 和 VCSEL 市場(chǎng)為新興萌芽市場(chǎng)，增勢(shì)最為迅猛。相比傳統(tǒng)的 光通信、手機(jī)、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域，車(chē)用市場(chǎng)規(guī)模目前相對(duì)較小。但是受益于 激光雷達(dá)用 EEL、VCSEL 的增多，未來(lái) 5 年車(chē)用領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模的年復(fù)合增速最 快（新興應(yīng)用含車(chē)用 EEL 為 25%，車(chē)用 VCSEL 為 122%）。

其次，從市場(chǎng)規(guī)模和發(fā)展空間來(lái)看，EEL 為主流應(yīng)用，VCSEL 發(fā)展勢(shì)頭迅猛。 根據(jù) yole 數(shù)據(jù)，EEL 市場(chǎng)，新興應(yīng)用（含傳感、醫(yī)學(xué)和照明）的市場(chǎng)規(guī)模由 2020 年的 2 億美元增至 2026 年的 7.8 億美元，CAGR 為 25%，其中傳感技術(shù) （尤其是激光雷達(dá)）的應(yīng)用將越來(lái)越重要。VCSEL 市場(chǎng)，汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用將由 2021 年的 110 萬(wàn)美元增至 2026 年的 5700 萬(wàn)美元，CAGR 為 122%，主要應(yīng)用于激光雷達(dá)和駕駛員監(jiān)控等汽車(chē)場(chǎng)景。

公司層面，海外頭部廠商耕耘已久，在手機(jī)市場(chǎng)具備優(yōu)勢(shì)，汽車(chē)領(lǐng)域?yàn)樾屡d市 場(chǎng)，國(guó)內(nèi)激光器廠商快馬加鞭，有機(jī)會(huì)參與到激光器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中。

從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，全球 VCSEL 市場(chǎng)前三為 Lumentum（49%）、II-VI（14%）、 AMS（11%），以 Lumentum、AMS 歐司朗為代表的國(guó)際龍頭在手機(jī) VCSEL 市 場(chǎng)深耕已久，在消費(fèi)電子領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，汽車(chē)應(yīng)用為相對(duì)新興的市場(chǎng)，國(guó) 內(nèi)以縱慧芯光為代表的廠商有望迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇。

從車(chē)用激光器布局廠商來(lái)看，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商近年發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)炬光科技已成功 上市。目前能提供車(chē)用 EEL、VCSEL 激光器的廠商國(guó)外有 AMS 歐司朗、 Lumentum、II-VI Finisar 等；國(guó)內(nèi)有炬光科技（已上市）、長(zhǎng)光華芯（擬上市）、 縱慧芯光、睿熙科技。此外，光纖激光器方面的供應(yīng)商包含 Lumibird、光庫(kù)科 技、昂納科技、海創(chuàng)光電，鐳神智能和禾賽科技均自研光纖激光器。

國(guó)內(nèi)供應(yīng)商中，1）炬光科技可提供 EEL 線光源發(fā)射模組、VCSEL 面光源發(fā)射 模組，產(chǎn)品客戶(hù)有大陸、Argo AI 等，公司于 2021 年 12 月 24 日在上交所上市， 實(shí)際募集資金凈額為 16.33 億元，其中 1.67 億元用于激光雷達(dá)發(fā)射模組產(chǎn)業(yè)化 項(xiàng)目；2）長(zhǎng)光華芯產(chǎn)品包含 EEL、 VCSEL 芯片，公司擬通過(guò)上市募資 13.48 億元，其中 3.05 億元用于垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器（VCSEL）及光通訊激光 芯片產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。

總體來(lái)看，整個(gè)激光芯片及激光器廠商國(guó)外起步早，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)，綜合實(shí)力相對(duì)較強(qiáng)。國(guó)內(nèi)供應(yīng)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，有望參與到激光器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，并享受?chē)?guó)產(chǎn)替代機(jī)遇。以長(zhǎng)光華芯為例，公司的高功率單管芯片輸出功率最高達(dá)到 30W，電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 63.00%，技術(shù)水平不輸國(guó)際品牌 II-VI 和 Lumentum。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）

2）探測(cè)器：海外龍頭深耕多年，國(guó)內(nèi)品牌加速布局

布局企業(yè)層面，海外公司濱松深耕激光探測(cè)器多年，可提供 PD、APD、 SPAD、SiPM 等多種技術(shù)方案產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)以靈明光子、南京芯視界、芯輝科 技、宇稱(chēng)電子、阜時(shí)科技等為代表的企業(yè)也快馬加鞭，在 SPAD、SiPM 領(lǐng)域 加速布局。

中游：激光雷達(dá)廠商加速蓄力，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)尚處早期

激光雷達(dá)壁壘相對(duì)較高，國(guó)際與國(guó)內(nèi)主流的激光雷達(dá)廠商技術(shù)路線存在差異化， 整個(gè)行業(yè)還處于各家積蓄實(shí)力加速推出車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品的階段，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)尚處早期。

我們對(duì)全球激光雷達(dá)主流玩家的代表性產(chǎn)品、技術(shù)路線、配套客戶(hù)及上游布局 等進(jìn)行了梳理。

從技術(shù)路線角度來(lái)看，激光雷達(dá)廠商可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是從機(jī)械式入局， 近年來(lái)開(kāi)始向半固態(tài)方案傾斜，比如 Velodyne、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)。以 Velodyne 為例，作為傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)先驅(qū)，在谷歌無(wú)人駕駛項(xiàng)目、百度 robotaxi 項(xiàng)目均有應(yīng)用，近年來(lái)開(kāi)始推出半固態(tài)（振鏡）激光雷達(dá)，尋求在乘用 車(chē)場(chǎng)景的應(yīng)用；另一類(lèi)是直接入局半固態(tài)或純固態(tài)的廠商，其中半固態(tài)的有 Valeo、Innoviz、Innovusion、Luminar、華為、鐳神智能、大疆 livox，全固態(tài) 的有 Ouster、Leddartech、大陸、Quanergy。

從車(chē)規(guī)級(jí)落地項(xiàng)目（有乘用車(chē)配套激光雷達(dá)且已經(jīng)/即將量產(chǎn)上市的）來(lái)看， 目前主流的選擇為半固態(tài)，激光雷達(dá)單價(jià)在 500-2000 美元之間，已經(jīng)符合前 裝量產(chǎn)的條件。代表性的車(chē)型有上汽 R（Luminar Iris、2022 年量產(chǎn)、500- 1000 美元）、寶馬 IX（InnovizOne、2021 年量產(chǎn)、1000 美元）、蔚來(lái) ET7 （Innovusion、2022 年量產(chǎn)、1000 美元以?xún)?nèi)）、小鵬 P5（大疆 Livox HAP、 2021 年量產(chǎn)）、廣汽 Aion LX（速騰聚創(chuàng) M1、2022 年量產(chǎn)、1898 美元）。

從激光雷達(dá)競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，國(guó)產(chǎn)廠商快速崛起。營(yíng)收角度，全球前四為工業(yè)用 激光雷達(dá)廠商，單就汽車(chē)領(lǐng)域激光雷達(dá)供貨商而言，Velodyne、法雷奧、禾賽 科技、速騰聚創(chuàng)市占率分別為 5%、3%、2%、1%。專(zhuān)利數(shù)量角度，截至2021 年 9 月，全球汽車(chē)與工業(yè)領(lǐng)域激光雷達(dá)市占率前三為法雷奧（28%）、速 騰聚創(chuàng)（10%）、Luminar（7%），速騰聚創(chuàng)已獲客戶(hù)訂單數(shù)位居全球第二。此 外，國(guó)產(chǎn)化廠商大疆 livox、華為、禾賽科技市占率分別為 7%、3%、3%。

激光雷達(dá)技術(shù)路線的進(jìn)化帶動(dòng)價(jià)格持續(xù)下探，前裝量產(chǎn)上車(chē)可期。激光雷達(dá)的 單價(jià)下探到 2000 美元以下，量產(chǎn)上車(chē)的產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，展望未來(lái)，隨著激光雷 達(dá)技術(shù)的不斷推進(jìn)疊加成本的下降，激光雷達(dá)單價(jià)進(jìn)一步降低，頭部激光雷達(dá) 廠商將迎來(lái)訂單收獲期。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請(qǐng)參閱報(bào)告原文。）

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