一、什么是激光雷达？



各个车企都在强调激光雷达，那我们首先要弄懂，什么是激光雷达？



LIDAR——激光雷达，是一种传感器，被誉为“机器人的眼睛”，是一种集激光、GPS定位和惯性测量装置为一体的重要传感器，简单地说，就是一种通过发射激光并检测返回所需时间的方法来测量距离，原理类似于雷达，只是使用激光代替无线电波。可以说，激光雷达是帮助汽车实现高阶智能辅助驾驶功能的重要硬件配置之一。



二、激光雷达的工作原理是怎样的？



接下来，我们讲讲激光雷达的工作原理是怎么样的。



首先，我们需要明确，激光雷达并不是独立运作的，一般是由激光发射器、接收器和惯性定位导航三个主要模块组成。当激光雷达工作的时候，会对外发射激光，在遇到物体后，激光折射回来被CMOS传感器接收，从而测得本体到障碍物的距离。从原理来看，只要需要知道光速、和从发射到CMOS感知的时间就可以测出障碍物的距离，再结合实时GPS、惯性导航信息与计算激光雷达发射出去角度，系统就可以得到前方物体的坐标方位和距离信息。



紧接着，一个激光雷达如果能在同一个空间内，按照设定好的角度发射多条激光，就能得到多条基于障碍物的反射信号。再配合时间范围、激光的扫描角度、GPS 位置和 INS 信息，经过数据处理后，这些信息配合x，y，z坐标，就会成为具有距离信息、空间位置信息等的三维立体信号，再基于软件算法组合起来，系统就可以得到线、面、体等各种相关参数，以此建立三维点云图，绘制出环境地图，就能变成汽车的“眼睛”。


三、激光雷达产业链



1)发射芯片：905nm EEL芯片欧司朗一家独大局面难以改变，但VCSEL通过多结工艺补齐功率短板后，因为其低成本、低温漂特性将逐步实现对EEL的替换，国产芯片长光华芯、纵慧芯光迎来发展机遇。



2)接收端：905nm路线由于要提升探测距离，预计SiPM和SPAD将成为大趋势，1550nm将继续使用APD，相关产品门槛较高，目前主要被索尼、滨松、安森美所垄断，1550nm的芯思杰和905nm的南京芯视界、灵明光子有望率先突破。



3)校准端：半导体激光器由于谐振腔较小，光斑质量较差，为了达到激光雷达标准需要快慢轴准直进行光学校准，线光源方案还需要匀化，单激光雷达价值量上百元。



4)TEC：由于欧司朗解决了EEL的温漂，VCSEL天然具有低温漂特性，因此激光雷达不再需要TEC。



5)扫描端：转镜主要壁垒在时序控制，MEMS工艺有较高难度，希景科技最先实现量产。



四、国产替代下的星辰大海


激光雷达的国产化，不仅是为了实现国产替代，技术自主，以防西方国家卡脖子，还有一个重要因素是降低成本。



物美价廉是一个绕不开的话题，然而，激光雷达价格却不低，在汽车上安装单个激光雷达设备的成本约为10,000美元。



激光雷达，成本昂贵一直是其挥之不去的阴影，特别是更高级的激光雷达方案，最大的受制因素主要还是成本；激光雷达被业界认为是一种昂贵的技术，特斯拉直言不讳地批评激光雷达成本高昂。



激光雷达制造企业一直在寻求降低成本，随着技术的发展，它们的理想逐渐成为现实。第二代智能可变焦激光雷达，不仅性能优越，成本相对于第一代也下降了三分之二，而且体积较小。据业界预测，到 2025 年，国外先进激光雷达系统的平均价格可能会达到每个大约 700 美元。



激光雷达产业，目前的发展脉络是，技术水平一天比一天成熟，国产化渐行渐近。激光雷达的国产化，经历了这样几个阶段，先是国外企业的天下，后来，国内企业起步，加码，现在，主导权渐渐向国内企业靠拢。



近年来兴起自动驾驶浪潮，使本土激光雷达厂商逐步入局，国产工业级激光雷达产品已渐成气候，在国内智能电动车上，本土激光雷达公司已陆续登场。



据资料，目前国产雷达企业应该有二三十家，如速腾聚创、禾赛科技、北科天绘、镭神智能等，还有大疆、华为等电子硬件巨头及传统汽车零部件巨头。


目前，禾赛、大疆、速腾聚创等中国厂商推出的激光雷达产品价格优势明显，打破了美国等发达国家在该领域的领先地位。还有炬光科技、大族激光、光库科技、洛微科技、禾赛科技、中际旭创、空维激光、巨星科技等企业也重视激光雷达产品创新研发，利用光模块领域积累的技术、工艺和制造经验推进激光雷达的创新。



目前可分为两个流派，一类研发机械式激光雷达，另一类则直接锁定固态激光雷达产品。在高速自动驾驶领域，禾赛市场占有率较高；而在低速自动驾驶领域，速腾聚创则是主要厂家。



如果从整个产业链的上下游来看，我国已培育了一批有实力的企业，形成基本完整的产业链。国产雷达企业经过多年的坚持投入和经验积累，在各自的细分市场深度耕耘，呈现出百花齐放的市场格局。



量产，是成熟的一个重要指标，随着进入量产，价格也在大幅下降，大疆在2020年8月就宣布实现了车用自动驾驶激光雷达量产供应，并且价格降到千元级别；而华为，2016年进行激光雷达的技术预研，2017年做原型验证，2020年实现量产。



和进口雷达相比，国内企业在供货及时性、功能定制化、服务配合度及渠道合理性等方面都有优势。



进口激光雷达采购成本较高，因此，国产激光雷达低成本化，是其占领市场的抓手，也是国产替代的重要动力，当然，成本下降空间、量产成熟度等诸多现实问题仍然摆在国内企业面前，依然需要面对很多挑战。



激光雷达产业自诞生以来，呈现出了技术水平高的突出特点。激光雷达技术作为近年来高热度的新兴技术，其实有很大的技术壁垒。技术，不仅对于想入场的企业是挑战，就是对于浸润其中多年的企业，也是挑战。



目前，对国产替代来说，由于激光雷达芯片，特别是信号处理所需的元器件主要依赖进口，这在一定程度上抬高了国内激光雷达的生产成本，不过，大家都知道，芯片是我国的卡脖子工程，正在全力以赴攻关中。



国产雷达企业，除了其本身的技术因素外，还需要培养综合能力，包括技术研发体系、稳定的供应链与量产能力，尤其是售后质保能力。



在《中国制造2025》的契机下，国内厂商近年来奋起直追，取得了许多突破性的进展。目前，国产化正处于机遇和挑战格外分明的时期，是激光雷达进口替代打基础阶段。



四、落地应用才是硬道理



毫不夸张地说，激光雷达应用迎来上升期，主营业务主要来自四大市场，分别是工业自动化、智能基础设施、机器人和汽车。



在自动驾驶领域势头很强，车载激光雷达市场将受益于高级别自动驾驶渗透，维持高速增长。诸多车企采用了激光雷达方案，迈出了通向L3级、L4级水平自动驾驶的第一步。



2022年正成为 L2向L3/L4跨越窗口期，激光雷达作为自动驾驶技术的核心关键传感器，近年在相关领域扮演着愈来愈重要的角色，预计2023年起，车载激光雷达赛道将进入持续高速成长期。



证券研报显示，2022年中国乘用车激光雷达安装量将超8万颗，预计我国乘用车领域激光雷达市场空间在2025年将达到261亿元，到2030年将达到980亿元。车载激光雷达进入需求爆发期，市场前景十分广阔。


无人化是近年来的趋势，而无人化离不开智慧的眼睛——导航系统。激光导航在技术和产品落地上都相对成熟，并且测距精准，在多数环境下都能稳定运行，尤其在漆黑的夜里也能保持精准探知，是目前最稳定，最主流的定位导航方式。总之，从应用上说，激光导航原理简单，技术成熟。



无人化，已深入到建筑、采矿、排险、服务、农业、太空探测以及军事应用等领域，激光雷达已成为该环境下常用的导航手段。



从2019年开始，越来越多的国产雷达在客户的实际项目中应用起来，而不是只在车间进行样机测试。2019年，对于国产激光雷达企业而言，是一个至关重要的分水岭，市场应用逐渐进入到实际的项目案例中，拓展更为广阔的应用场景和范围，寻求多元化市场，成为企业共同的选择。



激光雷达应用逐步广泛，无人驾驶行业、服务机器人行业、车联网行业、智能交通、智慧城市领域都有其应用，激光雷达与无人机配合，还可绘制海洋、冰盖和森林的地图。



无人化是智慧物流最重要特征，智慧物流的运输和配送环节，将会大量应用无人化技术——移动物流机器人和无人快递车，其主要核心元件就是激光雷达。



在智慧物流领域，激光雷达应用范围也是与日俱增，不管是从搬运到仓储还是到物流，激光雷达都能够全面覆盖，并推广到智能港口，智能交通，智慧安防，智慧服务、城市智慧治理等领域。



在港口等物流场景，激光雷达能保证货物抓取的准确性，降低人员操作难度。在交通方面，激光雷达可以助力高速收费站口检测，保障通行车辆符合要求。在安防方面，激光雷达可以成为各种安全监控设备的眼睛。



在工业制造领域，激光雷达价值在不断凸显，在生产线上，其能释放物料监视作用，保障自动化运行。



激光雷达（激光探测及测距）是一项光学遥感技术，正日益成为替代传统测量技术（如摄影测量）的具有成本效益的新技术。近年来激光雷达与无人机常常以组合拳的姿态出现在各种应用领域，往往产生1＋1＞2的效应。



激光雷达其技术路线都在不断完善之中，没有一种通用的激光雷达架构能够满足所有不同应用的需求，许多不同的应用都有不同的外形体积、视场、距离分辨率、功耗以及成本要求。



激光雷达有其优势，但怎样把优势以最大化发挥出来，需要技术的支持，智能可变焦激光雷达，可以构造出三维立体图像，完美解决视线逆光、不规则物体的识别难等极端场景。随着技术的发展，激光雷达将会在许多我们意想不到的应用领域施展手脚，给我们带来更多别样的惊喜。



在今天成本为王的年代，高价雷达从来不是主流市场的选择，尤其在L3自动驾驶的应用上，国外雷达高成本依然是其落地最大障碍，国产雷达实现进口替代势在必行。



激光雷达一直以来都是新兴技术发展及应用的代表，技术成熟与否，关系到落地应用，量产推广。技术成熟不只是可用，还要符合经济成本、适应不同场景，以及足够安全。



经过数年的技术积累，激光雷达新产品不断落地，随着技术的进步，其应用也日益广阔。应用场景也在不断增加，有些产品已远销欧美主要市场。



当然，激光雷达企业还面临如下风险：需求量存在不确定性、采用者量产规模化需要较长的爬坡时间、作为供应商，激光雷达要产生实际收入还需要更长的时间。



在激光雷达领域已有多年积累的国内企业都将在各自的细分市场深度耕耘，但要想占领更多的市场份额，就要结合自身的技术积累，深挖核心技术，在研发，提高产品质量及稳定性上下功夫。

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来源：贤集网
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