前言：【核芯觀察】是電子發(fā)燒友編輯部出品的深度系列專(zhuān)欄，目的是用最直觀的方式令讀者盡快理解電子產(chǎn)業(yè)架構(gòu)，理清上、中、下游的各個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)迅速了解各大細(xì)分環(huán)節(jié)中的行業(yè)現(xiàn)狀。本期【核芯觀察】，將對(duì)近年較為火熱的激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行梳理，從上游器件、中下游終端廠商等幾個(gè)部分來(lái)剖析激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈。

一：激光雷達(dá)：自動(dòng)駕駛的核心傳感器

激光雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射激光束作為來(lái)探測(cè)目標(biāo)位置、速度、結(jié)構(gòu)等特征的雷達(dá)系統(tǒng)。與其他雷達(dá)系統(tǒng)的原理類(lèi)似，激光雷達(dá)是向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)（激光束），然后將探測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)與發(fā)射時(shí)的原始信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)一定算法獲得目標(biāo)的相關(guān)信息，包括目標(biāo)距離、方位、速度、甚至形狀等。對(duì)外界環(huán)境感知能力上的優(yōu)勢(shì)，也使得激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展之初就受到了青睞。

回看激光雷達(dá)的發(fā)展歷程，最早是用于環(huán)境測(cè)繪等領(lǐng)域上，但自從2005開(kāi)始，一位“不務(wù)正業(yè)”的音箱公司創(chuàng)始人，一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的激光雷達(dá)、一場(chǎng)自動(dòng)駕駛比賽，讓激光雷達(dá)真正進(jìn)入了新篇章。

主業(yè)原本是做音箱的Velodyne，其創(chuàng)始人DavidHall在2004年參加了DARPA自動(dòng)駕駛挑戰(zhàn)賽，當(dāng)時(shí)DavidHall改裝了一輛皮卡，采用全景攝像頭作為自動(dòng)駕駛的傳感器。有意思的是，在2004年第一屆DARPA自動(dòng)駕駛挑戰(zhàn)賽上，沒(méi)有一輛參賽車(chē)輛最終完成比賽。

但在這次比賽中，DavidHall在與其他參賽選手的交流中，第一次知道了激光雷達(dá)的存在。隨后的一年里，DavidHall創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)出360°旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，并在2005年應(yīng)用到自動(dòng)駕駛汽車(chē)上再次參賽。雖然最終因?yàn)檐?chē)輛機(jī)械故障而退賽，但這個(gè)安裝在車(chē)頂?shù)木薮髠鞲衅?，令激光雷達(dá)一時(shí)間受到廣泛關(guān)注，同時(shí)Velodyne也從此轉(zhuǎn)型潛心開(kāi)發(fā)激光雷達(dá)。

到了2007年的DARPA城市挑戰(zhàn)賽，最終完賽的7輛車(chē)中，有6輛搭載了激光雷達(dá)。自此，激光雷達(dá)，也正式與自動(dòng)駕駛建立起密不可分的關(guān)系。

2018年，奧迪A8提供了激光雷達(dá)選配選項(xiàng)，成為了全球首款搭載激光雷達(dá)的量產(chǎn)乘用車(chē)型，但由于當(dāng)時(shí)世界各國(guó)對(duì)自動(dòng)駕駛法規(guī)還未完善，因此在絕大部分地區(qū)這款車(chē)型無(wú)法啟用L3級(jí)自動(dòng)輔助駕駛。

2021年被認(rèn)為是激光雷達(dá)上車(chē)元年，小鵬P5成為首款量產(chǎn)搭載激光雷達(dá)的純電智能汽車(chē)，隨后多款搭載激光雷達(dá)的量產(chǎn)車(chē)型陸續(xù)上市，包括LucidAir、蔚來(lái)ET7等等。而伴隨著ADAS、robotaxi等的持續(xù)滲透，激光雷達(dá)需求也會(huì)迎來(lái)高速增長(zhǎng)階段。

IDC預(yù)測(cè)，全球自動(dòng)駕駛汽車(chē)合計(jì)出貨量將從2020年的2773.5萬(wàn)輛增至2024年的5424.7萬(wàn)輛，滲透率預(yù)計(jì)超過(guò)5成，2020-2024年的復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)18.3%，其中L3級(jí)別2024年出貨量或?qū)⑦_(dá)到約69萬(wàn)輛。

而2022年一季度，中國(guó)自動(dòng)駕駛汽車(chē)市場(chǎng)上，L2級(jí)自動(dòng)駕駛乘用車(chē)滲透率就高達(dá)23.2%，較2021年一季度的7.5%獲得巨幅提升。

而根據(jù)沙利文預(yù)測(cè)，受無(wú)人駕駛車(chē)隊(duì)規(guī)模擴(kuò)張、激光雷達(dá)在ADAS中滲透率增加等因素推動(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)模為135.4億美元（約合914億元）；其中，中國(guó)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到43.1億美元（約合291億元）。

二：激光雷達(dá)技術(shù)路線、核心部件匯總

1. 技術(shù)路線：掃描方式、測(cè)距方式

首先，從掃描方式上分類(lèi)，激光雷達(dá)目前主要分為：機(jī)械旋轉(zhuǎn)式、棱鏡、轉(zhuǎn)鏡、MEMS振鏡、OPA、Flash等。其中OPA、FLASH兩種是實(shí)現(xiàn)固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)路線，而目前主流的混合固態(tài)激光雷達(dá)，則采用了棱鏡、轉(zhuǎn)鏡、MEMS振鏡等幾種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

機(jī)械旋轉(zhuǎn)式：通過(guò)將整個(gè)激光發(fā)射模塊和接收模塊進(jìn)行橫向360°旋轉(zhuǎn)來(lái)獲得全向的覆蓋面。激光線束豎向排列形成一個(gè)面，而線數(shù)比如16線、64線就是豎向排列激光線束的數(shù)量，數(shù)量越多意味著分辨率越高，信息量也更大，因此我們?cè)谧詣?dòng)駕駛路測(cè)的車(chē)輛中能夠經(jīng)?？吹竭@種類(lèi)型的激光雷達(dá)。但機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)體積大、調(diào)試復(fù)雜、成本高、規(guī)模量產(chǎn)難、且由于機(jī)械結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致難以滿(mǎn)足車(chē)規(guī)級(jí)要求，壽命較短。

主要廠商：Velodyne、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)

轉(zhuǎn)鏡：轉(zhuǎn)鏡分為一維轉(zhuǎn)鏡和二維轉(zhuǎn)鏡。一維轉(zhuǎn)鏡通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的多面體反射鏡，將激光反射到不同的方向，從而實(shí)現(xiàn)一定的視場(chǎng)范圍；二維轉(zhuǎn)鏡顧名思義是內(nèi)部集成了兩個(gè)轉(zhuǎn)鏡，一個(gè)多邊棱鏡負(fù)責(zé)橫向旋轉(zhuǎn)，一個(gè)負(fù)責(zé)縱向翻轉(zhuǎn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)用一束激光就能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向維度上的掃描。轉(zhuǎn)鏡激光雷達(dá)體積小、成本低，與機(jī)械式激光雷達(dá)效果一致，是目前混合固態(tài)雷達(dá)的主流路線。但畢竟也存在機(jī)械結(jié)構(gòu)，且機(jī)械運(yùn)動(dòng)頻率較高，壽命同樣不夠理想。

主要廠商：法雷奧Valeo、華為、Velodyne、鐳神智能

MEMS振鏡：采用集成在硅基芯片上的反射鏡在前后左右各一對(duì)扭桿之間以一定諧波振動(dòng)，將激光光束反射到不同角度，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的掃描。這種技術(shù)擺脫了機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的裝配，提高可靠性，更易實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。同時(shí)可以降低激光雷達(dá)系統(tǒng)尺寸，激光發(fā)射器與探測(cè)器數(shù)量減少，能大幅降低成本。不過(guò)，有限的光學(xué)口徑和掃描角度令測(cè)距和視場(chǎng)角受到限制，大視場(chǎng)角需要拼接，對(duì)算法要求較高。另外抗沖擊性能、可靠性也存在一些問(wèn)題。

主要廠商：速騰聚創(chuàng)、Innoviz、法雷奧Valeo

轉(zhuǎn)鏡+MEMS振鏡：在二維轉(zhuǎn)鏡的基礎(chǔ)上加入振鏡，轉(zhuǎn)鏡負(fù)責(zé)橫向，振鏡負(fù)責(zé)縱向，可以實(shí)現(xiàn)更大掃描區(qū)域，頻率更高，但價(jià)格同樣也較高。

主要廠商：Innovusion圖達(dá)通、Luminar

棱鏡：通過(guò)控制兩面楔形棱鏡的相對(duì)轉(zhuǎn)速，激光束通過(guò)兩次折射，實(shí)現(xiàn)區(qū)域激光掃描覆蓋。棱鏡激光雷達(dá)累積的掃描圖案形狀像花瓣，中心點(diǎn)掃描次數(shù)密集，圓的邊緣則相對(duì)稀疏，掃描時(shí)間持久才能豐富圖像，所以需要加入多個(gè)激光雷達(dá)共工作，以便達(dá)到更高的效果。棱鏡可以通過(guò)增加激光線束和功率實(shí)現(xiàn)高精與長(zhǎng)距離探測(cè)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積更難控制，軸承與襯套磨損風(fēng)險(xiǎn)較大。目前也暫時(shí)只有Livox采用該技術(shù)，已經(jīng)在小鵬P5上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車(chē)。

主要廠商：Livox

Flash：Flash的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單粗暴，原理就是通過(guò)高密度的激光源陣列，發(fā)射出能夠覆蓋一片區(qū)域的激光，用高靈敏度的接收器來(lái)構(gòu)建圖像。這種形式的激光雷達(dá)完全沒(méi)有機(jī)械活動(dòng)部件，體積小、精度高、掃描速度快。但容易形成旁瓣干擾、分散激光能量，影響探測(cè)距離和分辨率。

主要廠商：ibeo、LeddarTech、亮道智能

OPA：OPA激光雷達(dá)的原理是，通過(guò)多個(gè)激光發(fā)射單元組成發(fā)射陣列，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中各個(gè)單元的相位差，來(lái)改變激光光束的發(fā)射角度，在設(shè)定方向上產(chǎn)生互相加強(qiáng)的干涉從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的指向光束，完成掃描。

一直以來(lái)，OPA激光雷達(dá)進(jìn)展緩慢的一個(gè)重要原因是旁瓣效應(yīng)難以解決。旁瓣效應(yīng)是由于光學(xué)衍射產(chǎn)生的一種鄰近效應(yīng)。在OPA激光雷達(dá)上，光束通過(guò)OPA器件后的光束合成實(shí)際是由光波的相互干涉形成的，因此容易形成陣列干擾，令激光能量被分散，在最終出現(xiàn)光學(xué)偽影等問(wèn)題。也正是因?yàn)檫@種原因，OPA視場(chǎng)和光束質(zhì)量之間難以平衡。

主要廠商：Quanergy、洛微科技、力策科技

MMT（微動(dòng)技術(shù)）：MMT是一種用于激光雷達(dá)的獨(dú)特成像技術(shù)，采用類(lèi)似揚(yáng)聲器的音圈技術(shù)，專(zhuān)有的光學(xué)陣列會(huì)連接到音圈，當(dāng)音圈通電時(shí)會(huì)產(chǎn)生微動(dòng)，借助種微動(dòng)激光雷達(dá)就能夠掃描圖像。這種設(shè)計(jì)具有最簡(jiǎn)單的光路，可產(chǎn)生最高的效率和最少的組件數(shù)量，體積小的同時(shí)內(nèi)部機(jī)構(gòu)件幾乎不會(huì)有損耗。

此外，相比于其他激光雷達(dá)，MMT技術(shù)的激光雷達(dá)更強(qiáng)調(diào)分辨率，特別是垂直方向分辨率可以達(dá)到市面上激光雷達(dá)的4到5倍。MMT技術(shù)由激光雷達(dá)廠商Cepton首創(chuàng)，目前也僅有Cepton采用這種技術(shù)。

主要廠商：Cepton

激光雷達(dá)的測(cè)距，主要有兩種形式，分別是ToF和FMCW。ToF也就是飛行時(shí)間，通過(guò)直接測(cè)量發(fā)射激光和回波信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出距離信息，探測(cè)精度高，響應(yīng)速度快。ToF也是目前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛，最成熟的測(cè)距方式。

FMCW相干探測(cè)方法通過(guò)將發(fā)射激光的光頻進(jìn)行線性調(diào)制，將回波信號(hào)與參考光進(jìn)行相干得到頻率差，從而獲得飛行時(shí)間反推目標(biāo)物體距離。FMCW激光雷達(dá)具有可直接測(cè)量速度信息以及抗環(huán)境光和其他激光雷達(dá)干擾等優(yōu)勢(shì)。FMCW與OPA結(jié)合的激光雷達(dá)被認(rèn)為是未來(lái)的“終極方案”。

2. 核心部件

激光雷達(dá)主要由發(fā)射模塊、接收模塊、掃描模塊、信號(hào)控制及處理（主控）模塊四個(gè)部分構(gòu)成。

來(lái)源：禾賽科技招股書(shū)

發(fā)射模塊：邊發(fā)射EEL、垂直腔面發(fā)射VCSEL、脈沖光纖激光器

接收模塊：雪崩二極管APD、單電子雪崩二極管SPAD、硅光電倍增管SiPM、PIN二極管

掃描模塊：MEMS微振鏡、OPA硅光芯片、

主控模塊：ADC、FPGA、SoC等

激光雷達(dá)的BOM成本主要是三個(gè)部分：硬件電子模塊、光學(xué)模塊、結(jié)構(gòu)模塊。其中硬件電子模塊約占總成本的50%-60%，包括發(fā)射器和接收器各自配套的PCB板、FPGA板主要負(fù)責(zé)運(yùn)算、加上以及主控板和電源模組；光學(xué)模塊占總成本的10%-15%，包括反射鏡、透鏡、棱鏡、窗口玻璃等；結(jié)構(gòu)模塊約占總成本的25%，包括支撐光學(xué)模塊和硬件模塊內(nèi)部的一些支架，包括電機(jī)、軸承、支架、殼體等。

三：激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/strong>