激光雷達(dá)行業(yè)深度研究

激光雷達(dá)行業(yè)深度研究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)汽車智能駕駛穩(wěn)健發(fā)展，指引智能網(wǎng)聯(lián)汽車持續(xù)滲透政策端，國(guó)家政策支持并呵護(hù)汽車智能駕駛穩(wěn)健發(fā)展，指引2025年L2、L3級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率超50%。梳理中國(guó)智能駕駛重要政策，2020年3月，汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)發(fā)布，規(guī)定汽車駕駛自動(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)汽車技術(shù)路選圖2.0發(fā)布，提出智能網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率持續(xù)增加，2025年P(guān)A（L2）、CA（L3）級(jí)滲透率超50%、HA（L4）級(jí)開始進(jìn)入市場(chǎng)；2030年P(guān)A（L2）、CA（L3）級(jí)滲透率超70%、HA（L4）級(jí)占比達(dá)20%，乘用車典型應(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)駕駛乘用車開始應(yīng)用。2021年8月，關(guān)于加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理的意見發(fā)布，提出加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(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)汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，從政策層面客戶汽車智能化有序健康發(fā)展。從L2到L3，智能駕駛躍升，需要感知層傳感器提供關(guān)鍵支撐車輛自動(dòng)駕駛級(jí)別主要參照0-5級(jí)分類。目前全球公認(rèn)的汽車自動(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)維度來看，L3級(jí)別自動(dòng)駕駛都是汽車自動(dòng)化道路上將的一大躍升。從法規(guī)來看，SAE和中國(guó)

汽車自動(dòng)化分級(jí)規(guī)定L0-L2級(jí)別均是人類主導(dǎo)駕駛，車輛只做輔助，L0、L1和L2之間的差異主要在于搭載的ADAS功能的多少，而L3開始，人類在駕駛操作中的作用快速下降，車輛自動(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)失效或者超過設(shè)計(jì)運(yùn)行條件時(shí)對(duì)故障汽車進(jìn)行接管；從技術(shù)來看，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。我們拆解未來的智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈，將從云-管-端三大層面帶來全產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)遇。智能駕駛將汽車的駕駛能力逐步由人轉(zhuǎn)移到汽車，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，通過車載攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波達(dá)等傳感器完成對(duì)環(huán)境及車輛的感知、搜集周圍環(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、車燈控制等車輛終端部分。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。車企加碼布局智能駕駛，激光雷達(dá)市場(chǎng)空間廣闊車企端，我們對(duì)搭載激光雷達(dá)的電動(dòng)智能車型進(jìn)行梳理。可以發(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)智能車型的價(jià)格帶位于15-40萬元之間，相比之下外資品牌豐田Mirai、奔馳S級(jí)等車型的起售價(jià)均在50萬元以上。2）從重磅車型的傳感器配置數(shù)量看，激光雷達(dá)數(shù)量變多。新勢(shì)力中，蔚來

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，隨著激光雷達(dá)在乘用車市場(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)全球乘用車市場(chǎng)激光雷達(dá)需求量將由2021年的22萬顆快速提升至2025年的2134萬顆，對(duì)應(yīng)全球乘用車市場(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)乘用車市場(chǎng)激光雷達(dá)需求量預(yù)計(jì)由2021年的13萬顆增至2025年的948萬顆，對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)乘用車市場(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?？傮w來看，攝像頭在逆光或光影復(fù)雜的情況下視覺效果較差，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)的主要視覺傳感器，最為成熟的車載傳感器之一攝像頭工作原理是目標(biāo)物體通過是鏡頭把光線聚攏，然后通過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)用為車載攝像頭傳感器帶來巨大的發(fā)展空間。優(yōu)缺點(diǎn)來看，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，包含最接近人類視覺的語義信息。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。車載毫米波雷達(dá)通過天線向外發(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)確地獲取汽車車身周圍的物理環(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，進(jìn)而結(jié)合車身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最終通過（ECU）進(jìn)行智能處理。分類來看，車載毫米波雷達(dá)工作的頻段為24GHz和77GHz，其中24GHz雷達(dá)通常用于感知車輛周圍的障礙物，安裝在車輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)的ADAS功能為BSD盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、LDW車道偏離預(yù)警、LKA車道保持輔助、PA泊車輔助、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”），以奧迪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)用于倒車輔助超聲波雷達(dá)是通過發(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。常見的超聲波雷達(dá)可以分為UPA（超聲波駐車輔助傳感器）和APA（自動(dòng)泊車輔助傳感器）。其中UPA一般安裝在汽車的保險(xiǎn)杠，用于測(cè)量汽車前后障礙物，探測(cè)距離一般在15-250cm；APA安裝于汽車側(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?yán)走_(dá)系統(tǒng)需要4個(gè)UPA，自動(dòng)泊車?yán)走_(dá)系統(tǒng)需要在倒車?yán)走_(dá)的基礎(chǔ)上再加4個(gè)UPA和4個(gè)APA。總體來看，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，主要用于泊車系統(tǒng)、輔助剎車等。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)向周圍環(huán)境發(fā)射大量的激光束，不僅可以通過測(cè)量激光信號(hào)的時(shí)間差來確定物體距離，還可以通過水平旋轉(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0.1mard，也就是說可以分辨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0.1mard，速度分辨率達(dá)到10m/s以內(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?？垢蓴_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)來看，由于激光雷達(dá)中激光束的發(fā)射頻率一般每秒幾萬個(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發(fā)展必然趨勢(shì)。未來的智能汽車可以視為“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^汽車內(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)算法來進(jìn)行特征提取。特斯拉需要同時(shí)判斷車輛、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)駕駛汽車的領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)有一套被市場(chǎng)認(rèn)知的視覺攝像頭方案量產(chǎn)，也積累了大量的數(shù)據(jù)，輸出純視覺方案的量產(chǎn)的成本可控的重磅電動(dòng)智能車，也符合特斯拉“整車銷售+軟件服務(wù)”商業(yè)模式的演進(jìn)特征?？偨Y(jié)而言，特斯拉的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，是以人類的“視覺-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模型還原車輛周圍環(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。近年來激光雷達(dá)產(chǎn)品的單價(jià)已經(jīng)下探到2000美元以內(nèi)

（大疆Horizon），激光雷達(dá)已經(jīng)成為傳統(tǒng)車企、新勢(shì)力落地L3級(jí)及以上車型的標(biāo)配。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)制器通過光束控制器控制發(fā)射激光的方向和線數(shù)，最后通過發(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)過放大處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過信息處理模塊計(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，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。分類來看，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)類別。每個(gè)不同分類方式又可進(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越高，成本越來越低。機(jī)械式激光雷達(dá)由于價(jià)格高、體積大、車規(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，難以過車規(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。通過增加收發(fā)模塊來實(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)周圍環(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、難以過車規(guī)

（平均失效時(shí)間1000h~3000h，而汽車廠商的要求是至少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0.4萬-8萬美金之間。谷歌無人小車的64線激光雷達(dá)就來自Velodyne，當(dāng)時(shí)價(jià)格高達(dá)7萬美元。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)的開發(fā)領(lǐng)域，比如百度

Robotaxi、谷歌無人駕駛測(cè)試車隊(duì)，車規(guī)級(jí)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)暫無應(yīng)用。為降低車載激光雷達(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)在于成本與車規(guī)。目前市面上絕大多數(shù)車規(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美元以內(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規(guī)級(jí)量產(chǎn)案例，MEMS也有望2022年快速迎來量產(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-MechanicalSystem的簡(jiǎn)稱，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，可以通過控制電流來讓中央的微鏡產(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束激光就可以通過鏡子不同角度的反射來讓激光束發(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∮?20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，F(xiàn)OV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M(jìn)EMS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)距離短的問題，Luminar使用1550nm激光雷達(dá)，通過提升波長(zhǎng)來提高其探測(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）的問題，以速騰聚創(chuàng)、Innoviz等為代表的激光雷達(dá)廠商開始自研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?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，未來尺寸有望達(dá)到10毫米。目前，處于（準(zhǔn)）車規(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、InnovizOne、LuminarIris，另外InnovizTwo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美元以內(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、摯途等眾多乘用車和商用車品牌前裝定點(diǎn)，配套的廣汽AIONLXPlus將于2022Q1上市。2）轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)：第一個(gè)過車規(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。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。分類來看，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Scala1為4線，Scala2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，通過掃描鏡高速旋轉(zhuǎn)中的折射和反射來達(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)行起來更穩(wěn)定，壽命更長(zhǎng)，符合車規(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，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規(guī)級(jí)認(rèn)證的轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)，目前已經(jīng)規(guī)?；桓稏|風(fēng)悅享量產(chǎn)前裝車型生產(chǎn)。2022年，搭載InnovusionFalcon激光雷達(dá)的蔚來

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Scala2為900歐元（約6500元人民幣），已經(jīng)下降至車企可接受的價(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（pulsedlaserdiode）發(fā)射出激光，通過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，被APD（avalanchephotodetectors）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精心調(diào)整的）。優(yōu)缺點(diǎn)來看，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，分辨率幾乎沒有上限，且可達(dá)到近100％的視場(chǎng)覆蓋率。從車規(guī)級(jí)應(yīng)用來看，小鵬P5配備2顆大疆Livox車規(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,RegionofInterest）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、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)，而且掃描模塊也沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，主要依靠電子部件來控制激光的發(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)的原理類似快閃，采用類似相機(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)周圍環(huán)境的繪制。優(yōu)缺點(diǎn)來看，F(xiàn)lash方案的好處在于一次性實(shí)現(xiàn)全局成像來完成探測(cè)，且無掃描器件、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)駕駛小車領(lǐng)域，作為補(bǔ)盲雷達(dá)來使用。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、LeddarTech。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），F(xiàn)lash方案并沒有量產(chǎn)的車規(guī)級(jí)產(chǎn)品出現(xiàn)，長(zhǎng)城計(jì)劃在SUV系列量產(chǎn)車型中使用IbeoNext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)?；慨a(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。2）OPA方案：技術(shù)壁壘最高，成熟度低OPA固態(tài)激光雷達(dá)是通過調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中的每個(gè)發(fā)射單元的相位差，來改變激光的發(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)難以車規(guī)級(jí)量產(chǎn)。應(yīng)用層面，目前暫無車規(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10萬小時(shí)的平均無故障時(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)：通過對(duì)技術(shù)路線的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、制造商和車規(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)。分類來看，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，往往只能通過單顆一一貼裝的方式和電路板整合，極大地依賴產(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L(zhǎng)uminar。從應(yīng)用來看，短期內(nèi)EEL、VCSEL為并行方案均有應(yīng)用。長(zhǎng)期來看，由于VCSEL相比EEL具備成本、可靠性、良率等優(yōu)勢(shì)，未來將有望逐漸取代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）分來來看，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?，PD方案無增益，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，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娲鶩PGA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)——車規(guī)級(jí)、降成本車規(guī)級(jí)：激光雷達(dá)從0到1的前提車規(guī)級(jí)即能夠通過車企的一系列認(rèn)證測(cè)試，拿到項(xiàng)目定點(diǎn)且開始量產(chǎn)。對(duì)于汽車零部件，業(yè)內(nèi)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)有ISO16750、ISO26262、AEC-Q20等，要求車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，一般的汽車設(shè)計(jì)壽命在15年20萬公里左右，智能化帶來汽車系統(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