文章大綱

自動駕駛給激光雷達(dá)帶來新機(jī)遇

• 激光雷達(dá)原理

• 車載傳感器的比較

• 激光雷達(dá)的分類

• 激光雷達(dá)的迭代歷史

• 激光雷達(dá)核心應(yīng)用場景

• 激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈

自動駕駛給激光雷達(dá)帶來新機(jī)遇

激光雷達(dá)LiDAR被廣泛用于無人駕駛汽車和機(jī)器人領(lǐng)域，被譽(yù)為廣義機(jī)器人的“眼睛”，是一種通過發(fā)射激光來測量物體與傳感器之間精確距離的主動測量裝臵。其中廣義機(jī)器人包括具有無人駕駛功能的汽車，也可稱之為輪式機(jī)器人，另外還包括實(shí)現(xiàn)無人清掃、無人運(yùn)送等功能的新型服務(wù)機(jī)器人。除了無人駕駛領(lǐng)域，激光雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，包括以汽車整車廠、Tier1為代表的前裝高級輔助駕駛，以智能服務(wù)機(jī)器人為代表的避障導(dǎo)航系統(tǒng)，還有隨著5G技術(shù)逐漸普及而產(chǎn)生的智能交通車路協(xié)同應(yīng)用，都為激光雷達(dá)帶來了更廣闊的市場。

激光雷達(dá)原理

激光雷達(dá)的工作原理是將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，通過測量發(fā)射脈沖與一個或數(shù)個回波脈沖之間的時間差而獲得距離以及物體材質(zhì)和顏色等參數(shù)。

具體來看，激光雷達(dá)由四個系統(tǒng)組成，分別為激光發(fā)射、激光接收、信息處理和掃描系統(tǒng)。激光發(fā)射系統(tǒng)中激勵源周期性地驅(qū)動激光器，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；激光接收系統(tǒng)的工作原理是經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)，光電探測器接受目標(biāo)物體反射回來的激光，產(chǎn)生接收信號；信息處理系統(tǒng)是接收信號經(jīng)過放大處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)由信息處理模塊計算，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；掃描系統(tǒng)是以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對所在平面的掃描，并產(chǎn)生實(shí)時的平面圖信息。

激光雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)包括視場角、線數(shù)、分辨率、探測距離、測量精度、反射率和掃描幀頻等。

激光雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)：

視場角

視場角決定了激光雷達(dá)能夠看到的視野范圍，分為水平視場角和垂直視場角，視場角越大，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，代表單位時間內(nèi)采樣的點(diǎn)就越多，分辨率也就越高，目前無人駕駛車一般采用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°。

探測距離

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

測量精度

激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)手冊中的測量精度(Accuracy)常表示為，例如±2cm的形式。精度表示設(shè)備測量位臵與實(shí)際位臵偏差的范圍。

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)收不到反射回來的激光，導(dǎo)致檢測不到障礙物。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。對于混合固態(tài)激光雷達(dá)來說，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。

激光雷達(dá)是車輛安全和智能化的核心高端傳感器，激光雷達(dá)也是我國智能汽車戰(zhàn)略大力發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。國家發(fā)改委、科技部、工信部等11部門聯(lián)合印發(fā)的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》中首次定義了什么是智能汽車：是指通過搭載先進(jìn)傳感器等裝臵，運(yùn)用人工智能等新技術(shù)，具有自動駕駛功能，逐步成為智能移動空間和應(yīng)用終端的新一代汽車。在這個定義中，“搭載先進(jìn)傳感器”是智能汽車的重要標(biāo)簽。

車載傳感器的比較

根據(jù)新華網(wǎng)，對比《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》意見征集稿和正式印發(fā)版，在有關(guān)核心供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的表述中，意見稿中的“重點(diǎn)推動傳感器”被修改為“車載高精度傳感器”。這一修改目標(biāo)更為明確，即培育發(fā)展“高精度傳感器”。產(chǎn)業(yè)方面，發(fā)展戰(zhàn)略要求推進(jìn)車載高精度傳感器等產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)激光/毫米波雷達(dá)等自主知識產(chǎn)權(quán)軍用技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。可見，下一步投資建設(shè)的落地點(diǎn)，在傳感層的機(jī)會就在于高精度、高準(zhǔn)確度的傳感器。

根據(jù)新華網(wǎng)，激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭是公認(rèn)的自動駕駛的三大關(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。中國汽車工程學(xué)會、國汽智聯(lián)汽車研究院編寫的《中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2019）》稱，當(dāng)前在人工智能的重要應(yīng)用場景智能網(wǎng)聯(lián)汽車的自動駕駛和輔助駕駛領(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。報告認(rèn)為，在用于道路信息檢測的傳感器中，激光雷達(dá)在探測距離、精準(zhǔn)性等方面，相比毫米波雷達(dá)具有一定的優(yōu)勢。

無人駕駛汽車的“眼睛”已成為激光雷達(dá)的代名詞。在復(fù)雜場景下，激光雷達(dá)有著不可比擬的優(yōu)勢。針對遠(yuǎn)距小障礙物，毫米波雷達(dá)的角分辨率不夠，攝像頭對遠(yuǎn)端的通用障礙物識別不夠，而這種場景下激光雷達(dá)就可能及時識別。對于近距離加塞，這種場景在中國道路上尤其常見，毫米波雷達(dá)的角分辨率不夠，攝像頭通常來說需累計多幀，需要幾百毫秒才可以確認(rèn)加塞，而激光雷達(dá)由于精確的角度測量能力和輪廓測量能力，可以2-3幀確認(rèn)加塞，百毫秒內(nèi)做出判斷。同樣的原因，對于近端突出物，毫米波雷達(dá)和攝像頭相對不足，而激光雷達(dá)可以做出快速判斷。

在隧道場景下，攝像頭在光線亮度發(fā)生突然變換的場景有致盲情況發(fā)生，而毫米波雷達(dá)一般不識別靜止物體，如果隧道口剛好有一個靜止車輛，這時就需要激光雷達(dá)的準(zhǔn)確識別能力。此外，十字路口無保護(hù)左拐場景對激光雷達(dá)的大角度全視場測量能力有很大考驗(yàn)，需要同時滿足大視場和遠(yuǎn)距測量能力。在地庫場景，毫米波雷達(dá)由于多徑反射性能不佳，而光線強(qiáng)弱變化又會影響攝像頭的性能，這時激光雷達(dá)獨(dú)特的優(yōu)勢就可以得到發(fā)揮。

激光雷達(dá)的分類

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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的發(fā)展趨勢。

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，用戶戶外建筑測繪，它是駕駛輔助和自助式自動駕駛應(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)按照測距方法可以分為飛行時間（TimeofFlight，ToF）測距法、基于相干探測FMCW測距法、以及三角測距法等，其中ToF與FMCW能夠?qū)崿F(xiàn)室外陽光下較遠(yuǎn)的測程（100～250m），是車載激光雷達(dá)的優(yōu)選方案。ToF是目前市場車載中長距激光雷達(dá)的主流方案，未來隨著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)將在市場上并存。

激光雷達(dá)按測距方法分類：

ToF法

通過直接測量發(fā)射激光與回波信號的時間差，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、探測精度高的優(yōu)勢。

FMCW法

將發(fā)射激光的光頻進(jìn)行線性調(diào)制，通過回波信號與參考光進(jìn)行相干拍頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時間反推目標(biāo)物距離。FMCW激光雷達(dá)具有可直接測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。

按照技術(shù)架構(gòu)可以分為整體旋轉(zhuǎn)的機(jī)械式激光雷達(dá)、收發(fā)模塊靜止的半固態(tài)激光雷達(dá)以及固態(tài)式激光雷達(dá)。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)勢在于可以對周圍環(huán)境進(jìn)行360°的水平視場掃描，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°的水平視場掃描，且在視場范圍內(nèi)測距能力的均勻性差于機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)。由于無人駕駛汽車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，需要對周圍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°水平視場角和測距能力遠(yuǎn)的優(yōu)勢，目前主流無人駕駛項(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)按技術(shù)架構(gòu)分類：

機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)

通過電機(jī)帶動收發(fā)陣列進(jìn)行整體旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對空間水平360°視場范圍的掃描。測距能力在水平360°視場范圍內(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、探測器）不再進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動，具體包括微振鏡方案、轉(zhuǎn)鏡方案等。適用于實(shí)現(xiàn)部分視場角（如前向）的探測，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)動部件，具體包括相控陣（OpticalPhased Array,OPA）方案、Flash方案、電子掃描方案等。適用于實(shí)現(xiàn)部分視場角（如前向）的探測，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。

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)自誕生以來，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)到后來的單線掃描激光雷達(dá)，以及在無人駕駛技術(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，激光雷達(dá)一直以來都是新興技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的代表。

激光雷達(dá)技術(shù)分類及特點(diǎn)：

機(jī)械式激光雷達(dá)：

高線數(shù)機(jī)械式方案

通過電機(jī)帶動光機(jī)結(jié)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)的機(jī)械式激光雷達(dá)是激光雷達(dá)經(jīng)典的技術(shù)架構(gòu)，其技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在系統(tǒng)通道數(shù)目的增加、測距范圍的拓展、空間角度分辨率的提高、系統(tǒng)集成度與可靠性的提升等。

半固態(tài)式激光雷達(dá)：

轉(zhuǎn)鏡方案

轉(zhuǎn)鏡方案中收發(fā)模塊保持不動，電機(jī)在帶動轉(zhuǎn)鏡運(yùn)動的過程中將光束反射至空間的一定范圍，從而實(shí)現(xiàn)掃描探測。轉(zhuǎn)鏡也是較為成熟的激光雷達(dá)技術(shù)方案，其技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)之處與高線數(shù)機(jī)械式方案類似。

微振鏡方案

微振鏡方案采用高速振動的二維振鏡實(shí)現(xiàn)對空間一定范圍的掃描測量。微振鏡方案的技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在開發(fā)口徑更大、頻率更高、可靠性更好振鏡，以適用于激光雷達(dá)的技術(shù)方案。

FMCW激光雷達(dá)：

電子掃描方案

電子掃描方案中按照時間順序通過依次驅(qū)動不同視場的收發(fā)單元實(shí)現(xiàn)掃描，系統(tǒng)內(nèi)沒有機(jī)械運(yùn)動部件，是純固態(tài)激光雷達(dá)的一種發(fā)展方向。其架構(gòu)比整體曝光所有收發(fā)單元的Flash固態(tài)式激光雷達(dá)更先進(jìn)。

連續(xù)波調(diào)頻方案

FMCW目標(biāo)物距離，同時也激光雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)激光，通過回波信號與參考光能夠根據(jù)多普勒頻移信息直接測量目標(biāo)物的速度，其技術(shù)發(fā)展方向?yàn)槔霉柽M(jìn)行相干拍頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時間反推基光電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)系統(tǒng)的芯片化。

激光雷達(dá)的迭代歷史

激光雷達(dá)經(jīng)歷了60年左右的發(fā)展歷程，其技術(shù)不斷進(jìn)步并呈現(xiàn)多樣化發(fā)展趨勢，同時隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展豐富，激光雷達(dá)逐步邁向商業(yè)化，其市場也于近幾年迅速擴(kuò)大，并迎來上市熱潮。在汽車產(chǎn)業(yè)“電氣化、共享化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化”的“新四化”驅(qū)動下，2016年后無人駕駛行業(yè)高速發(fā)展，激光雷達(dá)行業(yè)也隨之進(jìn)入迅速發(fā)展期。2019年后激光雷達(dá)行業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展階段，從技術(shù)方案來看，收發(fā)器件面陣化及核心模塊芯片化為高性能、低成本、高集成度、高可靠性的激光雷達(dá)提供了可靠的發(fā)展方向，F(xiàn)MCW原理的激光雷達(dá)技術(shù)方案受到了市場的關(guān)注。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，激光雷達(dá)應(yīng)用范圍進(jìn)一步得到拓展，“新基建”中的車聯(lián)網(wǎng)為激光雷達(dá)帶來了新的應(yīng)用場景，同時，依據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，激光雷達(dá)呈現(xiàn)性能及價格分層的發(fā)展趨勢。此外，2020年境外激光雷達(dá)公司迎來通過特殊目的并購公司（SpecialPurpo seAcquisitionCompany，SPAC）完成上市的熱潮，Velodyne、Luminar已完成NASDAQ上市，Aeva、Innoviz預(yù)計2021年第一季度完成，Ouster預(yù)計2021年上半年完成。

激光雷達(dá)行業(yè)發(fā)展歷程：

1960年代~1970年代

激光雷達(dá)行業(yè)特點(diǎn)：隨著激光器的發(fā)明，基于激光的探 測技術(shù)開始得到發(fā)展。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：科研及測繪項(xiàng)目。

標(biāo)志性事件：1971年阿波羅15號載人登月任務(wù)使用激光雷達(dá)對月球表面進(jìn)行測繪。

1980年代~1990年代

激光雷達(dá)行業(yè)特點(diǎn)：激光雷達(dá)商業(yè)化技術(shù)起步，單線掃 描式激光雷達(dá)出現(xiàn)。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)探測及早期無人駕駛項(xiàng)目。

標(biāo)志性事件：Sick（西克）與Hokuyo（北洋）等激光雷達(dá)廠商推出單線掃描式2D激光雷達(dá)產(chǎn)品。

2000年代~2010年代早期

激光雷達(dá)行業(yè)特點(diǎn)：高線數(shù)激光雷達(dá)開始用于無人駕駛 的避障和導(dǎo)航，其市場主要是國外廠商。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：無人駕駛測試項(xiàng)等。

標(biāo)志性事件：DARPA無人駕駛挑戰(zhàn)賽推動了高線數(shù)激光雷達(dá)在無人駕駛中的應(yīng)用，此后Velodyne深耕高線數(shù)激光雷達(dá)市場多年。

Ibeo LUX系列產(chǎn)品包含基于轉(zhuǎn)鏡方案的4線及8線激光雷達(dá)。基于4線版本，2010年Ibeo與法國Tier 1公司Valeo（法雷奧）開始合作開發(fā)面向量產(chǎn)車的激光雷達(dá)產(chǎn)品 SCALA。

2016年~2018年

激光雷達(dá)行業(yè)特點(diǎn)：國內(nèi)激光雷達(dá)廠商入局，技術(shù)水平 趕超國外廠商。激光雷達(dá)技術(shù)方案呈現(xiàn)多樣化發(fā)展趨勢。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：無人駕駛、高級輔助駕駛、服務(wù)機(jī)器人等，且下游開始有商用化項(xiàng)目落地。

標(biāo)志性事件：2017年4月禾賽科技發(fā)布40線激光雷達(dá) Pandar40。采用新型技術(shù)方案的激光雷達(dá)公司同樣發(fā)展迅速，如基于MEMS方案的Innoviz，基于1550nm波長方案的Luminar等。

2019年至今

激光雷達(dá)行業(yè)特點(diǎn)：市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品性能持續(xù)優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)拓展。激光雷達(dá)技術(shù)朝向芯片化、陣列化發(fā)展。境外激光雷達(dá)公司迎來上市熱潮，同時有巨頭公司加入激光雷達(dá)市場競爭。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：無人駕駛、高級輔助駕駛、服務(wù)機(jī)器人、車聯(lián)網(wǎng)等。

標(biāo)志性事件：Ouster推出基于VCSEL和SPAD陣列芯片技術(shù)的數(shù)字化激光雷達(dá)。禾賽科技應(yīng)用自主設(shè)計的芯片組（發(fā)射芯片和接收芯片）于多線機(jī)械轉(zhuǎn)式產(chǎn)品。2020 年9月Velodyne完成NASDAQ上市，2020年12月 Luminar完成NASDAQ上市。

激光雷達(dá)核心應(yīng)用場景

除了無人駕駛，面向乘用車的前裝高級輔助駕駛（ADAS）、服務(wù)型機(jī)器人、車聯(lián)網(wǎng)（V2X）等領(lǐng)域也是激光雷達(dá)當(dāng)前或者近期的重要市場。因使用場景和搭載激光雷達(dá)的載體（無人駕駛汽車、乘用車、機(jī)器人等）具有明顯差異，這些市場對激光雷達(dá)的性能、價格、體積等維度提出了不同的需求。車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用起步最新，使用場景具有多樣性，對無人駕駛、高級輔助駕駛、機(jī)器人領(lǐng)域的激光雷達(dá)都會有相應(yīng)需求。

無人駕駛與高級輔助駕駛領(lǐng)域通常將自動駕駛技術(shù)按照國際汽車工程師協(xié)會（SAEI nternational）發(fā)布的工程建議J3016進(jìn)行分類。從L0級（純由駕駛員控制）至L5級（完全自動駕駛），級別越高，車輛的自動化程度越高，動態(tài)行駛過程中對駕駛員的參與度需求越低，對車載傳感器組成的環(huán)境感知系統(tǒng)的依賴性也越強(qiáng)。其中，L3級是自動駕駛等級中的分水嶺，其駕駛責(zé)任的界定最為復(fù)雜：在自動駕駛功能開啟的場景中，環(huán)境監(jiān)控主體從駕駛員變成了傳感器系統(tǒng)，駕駛決策責(zé)任方由駕駛員過渡到了汽車系統(tǒng)。

L4/L5級無人駕駛應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，有賴于激光雷達(dá)提供的感知信息。該級別應(yīng)用需要面對復(fù)雜多變的行駛環(huán)境，對激光雷達(dá)性能水平要求最高，在要求360°水平掃描范圍的同時，對于低反射率物體的最遠(yuǎn)測距能力需要達(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。

對于L2/L3級高級輔助駕駛，覆蓋前向視場（水平視場角覆蓋60°到120°）的激光雷達(dá)通常為優(yōu)選方案，實(shí)現(xiàn)自動跟車或者高速自適應(yīng)巡航等功能，但在測遠(yuǎn)和角度分辨率等性能上的要求和無人駕駛是一致的；此外，整車廠及Tier1公司更看重激光雷達(dá)的形態(tài)與尺寸是否容易嵌入車身，保險杠、前擋風(fēng)玻璃后視鏡等易于隱藏的地方是放臵激光雷達(dá)的優(yōu)先選擇，這些位臵往往空間狹小因而限制了激光雷達(dá)的體積；該領(lǐng)域客戶也要求激光雷達(dá)通過電磁兼容、可靠性（包括振動及沖擊、防水防塵）等一系列嚴(yán)格的車規(guī)測試；因?yàn)槊嫦蛳M(fèi)者的乘用車采購數(shù)量大，該領(lǐng)域客戶對激光雷達(dá)的價格敏感度相較于無人駕駛領(lǐng)域也更高。

機(jī)器人應(yīng)用范圍包括無人送貨小車、自動清掃車輛、園區(qū)內(nèi)的接駁車、港口或礦區(qū)的無人作業(yè)車、執(zhí)行監(jiān)控或巡線任務(wù)的無人機(jī)等，這些場景的主要特點(diǎn)是路線相對固定、環(huán)境相對簡單、行駛速度相對較低（通常不超過30km/h）。因而相比無人駕駛應(yīng)用，機(jī)器人應(yīng)用對激光雷達(dá)測遠(yuǎn)及分辨率等探測性能的要求相對較低，但對價格更敏感。

車路協(xié)同采用先進(jìn)的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，全方位實(shí)施車車、車路動態(tài)實(shí)時信息交互，并在動態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理，其主要應(yīng)用場景包括：盲區(qū)預(yù)警、多車協(xié)同換道、交叉口沖突避免、行人非機(jī)動車避撞、緊急車輛優(yōu)先通行、車速引導(dǎo)、車隊(duì)控制、車隊(duì)協(xié)同通過信號交叉口等。人、車、路的有效協(xié)同需要準(zhǔn)確識別和追蹤交通參與者，并對其路線進(jìn)行有效預(yù)測，采用基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的目標(biāo)聚類及追蹤算法能夠滿足這一要求。

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈

激光雷達(dá)行業(yè)的上游產(chǎn)業(yè)鏈主要包括激光器和探測器、FPGA芯片、模擬芯片供應(yīng)商，以及光學(xué)部件生產(chǎn)和加工商。激光雷達(dá)下游產(chǎn)業(yè)鏈按照應(yīng)用領(lǐng)域主要分為無人駕駛、高級輔助駕駛、服務(wù)機(jī)器人和車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。

整體而言，激光雷達(dá)整個產(chǎn)業(yè)鏈表現(xiàn)出發(fā)展速度快、科技水平高、創(chuàng)新能力強(qiáng)、市場前景廣的突出特點(diǎn)。從國外產(chǎn)業(yè)鏈與國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈比較的角度而言，國外激光雷達(dá)上游公司由于起步更早，積累更為深厚，尤其在底層光電器件以及芯片領(lǐng)域。國外激光雷達(dá)下游企業(yè)在商業(yè)化進(jìn)度方面也更成熟。然而，國內(nèi)激光雷達(dá)行業(yè)的上游供應(yīng)商、下游客戶近幾年均發(fā)展迅速，有望實(shí)現(xiàn)逐步趕超。

激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展催生了新的產(chǎn)業(yè)鏈條。自美國DARPA無人駕駛挑戰(zhàn)賽以來，全球范圍內(nèi)的無人駕駛行業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展期，無人駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)以及無人駕駛出租車/無人駕駛卡車服務(wù)的落地有賴于激光雷達(dá)提供的高精度感知信息。此外，激光雷達(dá)的環(huán)境感知能力能夠拓展已有的輔助駕駛功能，提升車輛安全性，為面向整車廠以及Tier1公司的高級輔助駕駛產(chǎn)業(yè)提供了重要的支撐。同時，激光雷達(dá)技術(shù)也促進(jìn)了服務(wù)型機(jī)器人產(chǎn)業(yè)以及車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的興起，服務(wù)型機(jī)器人通過賦予機(jī)器人智能感知的能力實(shí)現(xiàn)無人配送、無人清掃等功能，車聯(lián)網(wǎng)通過車與車、車與路、車與云平臺等的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)更為安全、舒適、智能的交通服務(wù)。激光雷達(dá)技術(shù)促進(jìn)了新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新產(chǎn)業(yè)的興起為社會帶來了新的發(fā)展點(diǎn)。

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況：

上游：

激光器和探測器

激光器和探測器是激光雷達(dá)的重要部件，激光器和探測器的性能、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)。而且激光雷達(dá)的系統(tǒng)設(shè)計會對激光器和探測器的規(guī)格提出客制化的需求，與上游供應(yīng)商深入合作定制激光器和探測器，有助于提升產(chǎn)品的競爭力。國外供應(yīng)商在激光器和探測器行業(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，客戶群體也更為廣泛。國內(nèi)供應(yīng)商近些年發(fā)展迅速，產(chǎn)品性能已經(jīng)基本接近國外供應(yīng)鏈水平，并已經(jīng)有通過車規(guī)認(rèn)證（AEC-Q102）的國產(chǎn)激光器和探測器出現(xiàn)，元器件的車規(guī)化是車規(guī)級激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，國內(nèi)供應(yīng)商能夠滿足這一需求。相比國外供應(yīng)商，國內(nèi)供應(yīng)商在產(chǎn)品的定制化上有較大的靈活性，價格也有一定優(yōu)勢。

企業(yè)類別：激光器。

國外企業(yè)：OSRAM（歐司朗）、AMS（艾邁斯半導(dǎo)體）、Lumentum（魯門特姆）等。

國內(nèi)企業(yè)：深圳瑞波光電子有限公司、常州縱慧芯光半導(dǎo)體科技有限公司等。

企業(yè)類別：探測器。

國外企業(yè)：First Sensor、Hamamatsu（濱松）、ON Semiconductor（安森美半導(dǎo)體）、Sony（索尼）等。

國內(nèi)企業(yè)：成都量芯集成科技有限公司、深圳市靈明光子科技有限公司、南京芯視界微電子科技有限公司等。

FPGA芯片

FPGA芯片通常被用作激光雷達(dá)的主控芯片，國外供應(yīng)商的產(chǎn)品性能相比國內(nèi)供應(yīng)商大幅領(lǐng)先，但國內(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。

不過FPGA不是激光雷達(dá)主控芯片的唯一選擇，也可以選用高性能單片機(jī)（Microcontroller Unit，MCU）、數(shù)字信號處理單元（Digital Signal Processor，DSP）代替。MCU的國際主流供應(yīng)商有Renesas（瑞薩）、Infineon（英飛凌）等，DSP的主流供應(yīng)商有TI（德州儀器）、ADI（亞德諾半導(dǎo)體）等。

國外企業(yè)：Xilinx（賽靈思），Intel（英特爾）等。

國內(nèi)企業(yè)：紫光國芯股份有限公司、西安智多晶微電子有限公司等。

模擬芯片

模擬芯片用于搭建激光雷達(dá)系統(tǒng)中發(fā)光控制、光電信號轉(zhuǎn)換，以及電信號實(shí)時處理等關(guān)鍵子系統(tǒng)。國外供應(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。國內(nèi)供應(yīng)商相比國外起步較晚，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)品差距會更大。

國外企業(yè)：TI（德州儀器），ADI （亞德諾半導(dǎo)體）等。

國內(nèi)企業(yè)：矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)有限公司、圣邦微電子（北京）股份有限公司等。

光學(xué)部件

光學(xué)部件國內(nèi)供應(yīng)鏈的技術(shù)水平已經(jīng)完全達(dá)到或超越國外供應(yīng)鏈的水準(zhǔn)，且有明顯的成本優(yōu)勢，已經(jīng)可以完全替代國外供應(yīng)鏈和滿足產(chǎn)品加工的需求。

激光雷達(dá)公司一般為自主研發(fā)設(shè)計，然后選擇行業(yè)內(nèi)的加工公司完成生產(chǎn)和加工工序。

下游：

無人駕駛行業(yè)

國外無人駕駛技術(shù)研究起步較早，從車隊(duì)規(guī)模、技術(shù)水平以及落地速度來看，相比國內(nèi)仍具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢。國內(nèi)無人駕駛技術(shù)研究發(fā)展迅速，不斷有應(yīng)用試點(diǎn)和項(xiàng)目落地，與國外公司的差距在不斷縮小。

企業(yè)類別：無人駕駛公司。

國外企業(yè)：GM Cruise、Ford Argo、Aurora、Zoox （2020年被Amazon收購）、Navya。

國內(nèi)企業(yè)：小馬智行、文遠(yuǎn)知行、Momenta、元戎啟行等。

企業(yè)類別：無人駕駛公司人工智能科技公司。

國內(nèi)企業(yè)：百度、商湯科技等。

企業(yè)類別：出行服務(wù)提供商。

國外企業(yè)：Uber（優(yōu)步）、Lyft。

國內(nèi)企業(yè)：滴滴等。

高級輔助駕駛行業(yè)

激光雷達(dá)用于量產(chǎn)車項(xiàng)目，通常需要激光雷達(dá)公司與車廠或Tier 1公司達(dá)成長期合作，一般項(xiàng)目的周期較長。

企業(yè)類別：世界各地的整車廠、Tier 1公司及新勢力造車企業(yè)。

服務(wù)機(jī)器人行業(yè)

國內(nèi)快遞和即時配送行業(yè)相比國外市場容量大，服務(wù)機(jī)器人國內(nèi)技術(shù)發(fā)展水平與國外相當(dāng)，從機(jī)器人種類的豐富度和落地場景的多樣性而言，國內(nèi)企業(yè)更具優(yōu)勢。

企業(yè)類別：機(jī)器人公司。

國外企業(yè)：Nuro、Deka Research、Canvas Build、Unmanned Solution。

國內(nèi)企業(yè)：高仙、智行者、優(yōu)必選、新石器、白犀牛等。

企業(yè)類別：消費(fèi)服務(wù)業(yè)巨頭。

國內(nèi)企業(yè)：阿里巴巴、美團(tuán)、京東等。

車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)

通過車聯(lián)網(wǎng)方案提供商將包括激光雷達(dá)在內(nèi)的車輛網(wǎng)服務(wù)整合銷售給各地政府和科技園區(qū)，也存在激光雷達(dá)公司政府和科技園區(qū)直接對接的情況。得益于“新基建”等國家政策的大力推動，國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展較國外更加迅速。

企業(yè)類別：車聯(lián)網(wǎng)方案提供商。

國內(nèi)企業(yè)：百度、大唐、金溢科技、星云互聯(lián)、高新興等。

激光雷達(dá)在廣義上可以認(rèn)為是帶有3D深度信息的攝像頭，被譽(yù)為機(jī)器人的眼睛，未來20年里隨著智能駕駛和服務(wù)型機(jī)器人的逐漸普及，激光雷達(dá)也會像攝像頭一樣成為生活中的必需品。在攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈處于頭部位臵的公司正逐漸開始圍繞著激光雷達(dá)進(jìn)行布局，如圖像傳感器領(lǐng)域的頭部公司日本Sony（索尼）和美國ONSemiconductor（安森美半導(dǎo)體）；在攝像頭視覺應(yīng)用領(lǐng)域的人工智能公司也在基于激光雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)開發(fā)相應(yīng)的深度學(xué)習(xí)算法，如商湯科技、Waymo、百度。隨著激光雷達(dá)每年出貨量和市場份額的擴(kuò)大，未來會有更多攝像頭視覺產(chǎn)業(yè)鏈上的公司（如芯片、器件、鏡頭、模組、算法）融入激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈。

參考資料來自：海通證券研究所、馭勢資本研究所

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