01 3D激光雷達(dá)的工作原理與優(yōu)缺點(diǎn)

1 工作原理

原子受激輻射的光，被稱(chēng)為激光。原子中的電子吸收能量后從低能級(jí)躍遷到髙能級(jí)，再?gòu)母吣芗?jí)回落到低能級(jí)的時(shí)候，能量以光子的形式釋放出。被引誘出來(lái)的光子束，其光子的光學(xué)特性高度一致。因此激光相比普通光源單色性、方向性好，亮度更高。

激光雷達(dá)的工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)（激光束），然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)（目標(biāo)回波）與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。它由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器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(lái)的光脈沖還原成電脈沖。

評(píng)價(jià)激光雷達(dá)的顯性參數(shù)主要包含測(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）。

北拓資本整理《固態(tài)激光雷達(dá)研究進(jìn)展》

發(fā)射光源一般905nm半導(dǎo)體激光器和1550nm光纖激光器。大多激光雷達(dá)公司都使用905nm光源，905nm方案一般采用邊緣發(fā)光（EEL）技術(shù)或垂直腔面發(fā)射激光器（VSCEL）技術(shù)，因905nm光源可能傷害人眼，為滿足Class-A安全要求，905nm光源的發(fā)射功率相對(duì)受限。1550nm光源功率更大，穿透能力強(qiáng)，探測(cè)距離長(zhǎng)，但受制于成本目前未能普及，據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，905nm光源成本一般在100美元以內(nèi)，1550nm光纖激光器成本在1000美元左右。

資料來(lái)源：《禾賽科技招股說(shuō)明書(shū)》

測(cè)距方式主要為T(mén)oF和FMCW。ToF測(cè)距方式通過(guò)記錄激光發(fā)射和接收的時(shí)間差，再乘以光速計(jì)算出距離。FMCW利用發(fā)射頻率變化的連續(xù)波，利用頻率差、多普勒效應(yīng)，確定物體位置，測(cè)量物體速度。FMCW具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、功耗低等優(yōu)勢(shì)，但目前技術(shù)門(mén)檻極高，對(duì)系統(tǒng)集成、信號(hào)處理算法方面要求嚴(yán)格，還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

接收端包括APD和SPAD。APD（雪崩二極管）為典型的光電轉(zhuǎn)換模塊，技術(shù)較為成熟。SPAD（單光子雪崩二極管）陣列效率比傳統(tǒng)的APD高，可實(shí)現(xiàn)低激光功率下遠(yuǎn)距離探測(cè)，并降低系統(tǒng)功耗和減小體積，但電路設(shè)計(jì)和制造工藝方面還有難題需要克服。

從掃描方式來(lái)看，激光雷達(dá)可以分為兩大類(lèi)：機(jī)械式激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。機(jī)械式激光雷達(dá)采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件作為，可以實(shí)現(xiàn)大角度掃描，但裝配困難、成本較高。固態(tài)激光雷達(dá)目前的實(shí)現(xiàn)方式包括MEMS、Flash、OPA及棱鏡技術(shù)。

2 優(yōu)缺點(diǎn)

相比于普通微波雷達(dá)，其優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、隱蔽性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、體積小質(zhì)量輕。其缺點(diǎn)在于：第一，生產(chǎn)成本較高，這是制約其在車(chē)企或機(jī)器人企業(yè)大規(guī)模部署的主要因素；第二，受天氣因素影響大，信號(hào)在大雨、濃煙、濃霧時(shí)衰減很大；第三，激光波束窄，只能探測(cè)波束掃到的較小范圍內(nèi)搜索捕獲目標(biāo)，目前主要應(yīng)對(duì)措施是采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)掃描兩種方式來(lái)增大探測(cè)范圍，機(jī)械旋轉(zhuǎn)是汽車(chē)上最受歡迎的方式，最先進(jìn)的激光雷達(dá)系統(tǒng)則采用多光束的方式來(lái)減少移動(dòng)結(jié)構(gòu)。

激光雷達(dá)可以彌補(bǔ)現(xiàn)有傳感器的不足，融合多類(lèi)型傳感器，高階自動(dòng)駕駛必須要做多傳感器的融合，3D激光雷達(dá)技術(shù)可以做到3D數(shù)據(jù)的輸入輸出，包括距離、位置、寬度等數(shù)據(jù)，且精度高。雖然目前價(jià)格昂貴，但是50家獲加州DMV路測(cè)牌照AV公司中，96%認(rèn)為激光雷達(dá)是必需的零部件。

02 3D激光雷達(dá)應(yīng)用場(chǎng)景

激光雷達(dá)的應(yīng)用場(chǎng)景較多，主要集中在車(chē)輛（L4和L5自動(dòng)駕駛）、港口、封閉式碼頭、礦區(qū)、物流園區(qū)、工業(yè)車(chē)輛、智慧農(nóng)業(yè)（國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注）、機(jī)械（自動(dòng)化）、機(jī)器人、測(cè)繪等領(lǐng)域。

▌車(chē)輛

上?，F(xiàn)有一條綠化出來(lái)的路線專(zhuān)門(mén)用于自動(dòng)駕駛，北京、長(zhǎng)沙、深圳陸續(xù)都會(huì)出現(xiàn)這樣的區(qū)域來(lái)運(yùn)用自動(dòng)駕駛技術(shù)。這會(huì)吸引眾多做激光雷達(dá)的車(chē)廠、供應(yīng)商、零部件廠商。

資料來(lái)源百度，禾賽科技，北拓資本整理

▌安防

美國(guó)與墨西哥邊境墻中運(yùn)用了激光雷達(dá)。

資料來(lái)源：北拓資本整理

▌智慧家居

別墅、辦公樓入口檢測(cè)融入了激光雷達(dá)技術(shù)。

資料來(lái)源：鐳神智能，北拓資本整理

▌機(jī)器人

激光雷達(dá)小型化后，可以運(yùn)用到機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、可穿戴設(shè)備，VR等方面。

資料來(lái)源：京東科技，北拓資本整理

03 3D激光雷達(dá)的主要技術(shù)路線及特點(diǎn)

1 機(jī)械式激光雷達(dá)

優(yōu)點(diǎn)：性價(jià)比高，線別豐富（有32線、16線、8線、4線等不同價(jià)格），360度視角廣。

缺點(diǎn)：體積大，昂貴，笨重。

通過(guò)機(jī)械式旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)激光掃描。多束激光縱向排列，縱向疊加后呈現(xiàn)出三維立體圖形。機(jī)械式激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛領(lǐng)域最早開(kāi)始應(yīng)用的傳統(tǒng)激光雷達(dá)，歷經(jīng)多年迭代技術(shù)已較為成熟，可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，預(yù)計(jì)會(huì)長(zhǎng)期是Robotaxi的主流方案，但由于裝配困難、光源較多導(dǎo)致成本較高。

資料來(lái)源：MEMS，北拓資本整理

2 固態(tài)激光雷達(dá)

優(yōu)點(diǎn)：在汽車(chē)logo下方，保險(xiǎn)杠下方，擋風(fēng)玻璃后方以及車(chē)的側(cè)面任何部位都可以隱藏式安裝，分為 MEMS, FLASH, OPA，棱鏡及其他。

1. MEMS

通過(guò)微振鏡代替機(jī)械式旋轉(zhuǎn)裝置，由微振鏡反射激光形成較廣的掃描角度和較大的掃描范圍。相比機(jī)械式，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）激光雷達(dá)具有芯片化方案、無(wú)機(jī)械組件等等優(yōu)點(diǎn)，兼顧車(chē)規(guī)量產(chǎn)與高性能的需求。但MEMS激光功率較低，有效距離較短，且激光掃描范圍受微振鏡面積限制，視場(chǎng)角（FOV）相對(duì)較窄。MEMS有效克服了機(jī)械式激光雷達(dá)在壽命、成本和良品率等方面的問(wèn)題，將在未來(lái)五年占主導(dǎo)地位。2019年到2020年期間市場(chǎng)上的激光雷達(dá)大部分都是MEMS。

資料來(lái)源：innoluce，北拓資本整理

*圖示翻譯：Transmission channel 發(fā)射通道；Receiver channel 接收通道；Laser driver 激光驅(qū)動(dòng)器；MEMS driver ASIC MEMS驅(qū)動(dòng)器芯片；LIDAR controller chip雷達(dá)控制發(fā)器芯片；Transimpedance amplifiers 跨阻抗放大器；APD sensor array 雪崩光電二極管陣列

2. FLASH

類(lèi)似相機(jī)，利用冷光閃的方式，短時(shí)間發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的面陣光，再以高度靈敏的接收器，來(lái)完成對(duì)環(huán)境周?chē)鷪D像的繪制，屬于非掃描式雷達(dá)。因?yàn)楣庠吹哪芰勘环稚⒌秸麄€(gè)面，能量相對(duì)較少，需要對(duì)光源能量、發(fā)射方式進(jìn)行創(chuàng)新，部分方案采用

CMOS接收。其特點(diǎn)是穩(wěn)定性高、成本低，不必耗費(fèi)巨量的人工校準(zhǔn)時(shí)間。在量產(chǎn)成本與量產(chǎn)時(shí)間上，都有巨大的優(yōu)化。但主要問(wèn)題在于其探測(cè)距離較短，視場(chǎng)角受限，掃描速率較低，能耗高，主要應(yīng)用在機(jī)器人場(chǎng)景。

資料來(lái)源：法雷奧，北拓資本整理

*圖示翻譯：Scanning

LIDAR 掃描式雷達(dá)；Scanning path 掃描路徑；Flash LIDAR 泛光面陣式雷達(dá)；Side view

側(cè)視圖；Severalsmall laser spot 幾個(gè)小激光光斑；One large laser spot 一個(gè)大激光光斑

3. OPA

通過(guò)波的干涉判斷被測(cè)物體的距離和速度，有的方向互相增強(qiáng)，有的方向抵消，增強(qiáng)方向即激光掃描方向。相比MEMS，OPA完全取消機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，體積更小，激光控制全部集成化在一塊光學(xué)相控陣（Optical

Phased Array,

OPA）芯片上。其上游核心電子元器件、技術(shù)支持不成熟，幾乎沒(méi)有零部件供應(yīng)商，需要做OPA路線的企業(yè)自己研發(fā)，而OPA制造工藝難度大，產(chǎn)業(yè)化尚待時(shí)日。

資料來(lái)源：MEMS，北拓資本整理

4. 棱鏡

發(fā)射和接收端固定，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整兩塊棱鏡實(shí)現(xiàn)特定軌跡的非重復(fù)掃描，掃出來(lái)一個(gè)3D激光雷達(dá)的多線的狀態(tài)，并擅長(zhǎng)波束賦形掃描。如果時(shí)間足夠，它可以檢測(cè)一個(gè)視場(chǎng)角。傳統(tǒng)機(jī)械掃描是發(fā)射器和接收器360度重復(fù)掃描，大疆覽沃實(shí)現(xiàn)非重復(fù)掃描（每次光線軌跡不重復(fù)）。優(yōu)勢(shì)在于視場(chǎng)角豐富，但仍需電機(jī)驅(qū)動(dòng)，會(huì)引入波動(dòng)。

資料來(lái)源：livox，北拓資本整理

5. 轉(zhuǎn)鏡

固定發(fā)射和接收端，激光通過(guò)旋轉(zhuǎn)鏡面系統(tǒng)進(jìn)行掃描，通過(guò)較少光源的機(jī)械光路實(shí)現(xiàn)收發(fā)。該技術(shù)路線為最早過(guò)車(chē)規(guī)的路線（Scala1），華為、Innovusion也使用類(lèi)似方案。此方案可以控制掃描區(qū)域，提高關(guān)鍵區(qū)域的掃描密度，但電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式具有一定不穩(wěn)定性，光源能量分散也對(duì)光源功率提出一定要求，部分廠商采用了量產(chǎn)進(jìn)度相對(duì)靠后的1550nm光源方案和SPAD方案。

資料來(lái)源：法雷奧，北拓資本整理

03 3D激光雷達(dá)主要算法

北拓資本整理

04 全球主要的激光雷達(dá)廠商及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度

（截止至2021年3月）

據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，激光雷達(dá)將在2025年逐步實(shí)現(xiàn)批量化交付，且由于汽車(chē)行業(yè)的design trip時(shí)間特別長(zhǎng)，量產(chǎn)會(huì)延后很多年，企業(yè)需要盡早切入其供應(yīng)體系。在此背景下，世界上主要激光雷達(dá)企業(yè)、汽車(chē)OEM和零部件供應(yīng)商均在大力布局該領(lǐng)域。

1 全球各國(guó)主要激光雷達(dá)廠商

美國(guó)：Velodyne,

Luminar, Quanergy, Quster, Aeva, Ouster, Innovusion, Cepton

中國(guó)：禾賽，華為，鐳神，大疆Livox，速騰聚創(chuàng)RoboSense，北醒光子Benewake， 一徑科技Zvision，飛芯電子ABAX Sensing，歡創(chuàng)科技Camsense，嶺緯智能Neuvition

德國(guó)：Ibeo/法國(guó) Valeo-Scala, Bosch, Blickfeld, Hella

以色列：Innoviz

日本：Hokuyo, Pioneer

2 汽車(chē)OEM/零部件廠家的布局情況

OEM廠家偏向進(jìn)行一些投資性的工作，而不是成立自己的事業(yè)部或者收購(gòu)（內(nèi)部排他性約束），如豐田沃爾沃投資Luminar，通用收購(gòu)Strobe，現(xiàn)代Mobis投資Velodyne，

上汽投資Robosense，奔馳投資Quanergy，百度投資Velodyne。

3 主要3D激光雷達(dá)品牌的量產(chǎn)進(jìn)度

▌Velodyne

2020年通過(guò)與SPAC

GRAF合并實(shí)現(xiàn)借殼上市，成為激光雷達(dá)第一股。投資方包括福特、百度、尼康、現(xiàn)代Mobis，擁有500+客戶，客戶類(lèi)群最多，2010年起累計(jì)出貨約4萬(wàn)臺(tái)。其Velabit小型最低價(jià)型號(hào)為100美金。人們對(duì)其的關(guān)注度在淡化，百度也降低了投資量，但Velodyne依然是行業(yè)的先鋒者。

▌Velodyne和Ibeo

Valeo和Ibeo合資生產(chǎn)出Scala，目前已生產(chǎn)出Scala2（16線，145度）且已經(jīng)交付了 10萬(wàn)臺(tái)，之后的奧迪A8/A7/A6/Q7/Q8，奔馳，長(zhǎng)城和本田都會(huì)進(jìn)行量產(chǎn)。

▌Luminar

2020年通過(guò)與SPAC

GoresMetropoulos

Inc.合并借殼上市。主要路線是MEMS，Luminar采用1550納米波長(zhǎng)InGaAs傳感器，比傳統(tǒng)傳感器更靈敏，波長(zhǎng)更長(zhǎng)，產(chǎn)品可以做到等效300線，成本比較低，可測(cè)250米120°，為車(chē)規(guī)級(jí)。2018年獲得沃爾沃投資2020年5月正式官宣和沃爾沃合作，會(huì)在沃爾沃的兩款車(chē)型上（XC90和極星3）搭載與大眾、福特等13家OEM廠商合作。其成本低于1000美元/個(gè)。

▌Innoviz

2016年成立于以色列，2020年通過(guò)與SPAC

Collective Growth合并借殼上市。較早提出MEMS方案，而且最為活躍。使用MEMS與905納米波長(zhǎng)傳感器。寶馬iX、iNext

SUV于2021年開(kāi)始搭載Innoviz1，并與寶馬有2023年的量產(chǎn)計(jì)劃，其中L3級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車(chē)的數(shù)量在一到兩臺(tái)。

▌Aeva

2017年成立于硅谷，2021年通過(guò)與SPACInterPrivate

Acquisition合并借殼上市。早期獲得了保時(shí)捷的投資，包括奧迪和大眾也有相關(guān)計(jì)劃。2020年宣布和政府合作研發(fā)自動(dòng)駕駛汽車(chē)LiDAR，2023-2024年投產(chǎn)。產(chǎn)品使用低成本的半導(dǎo)體工藝制造，售價(jià)在500美元以下。

▌Quanergy

2012年成立于硅谷。采用OPA技術(shù)，905納米波長(zhǎng)的全固態(tài)激光雷達(dá)。Quanergy最早提出來(lái)把基片式激光雷達(dá)小型化，成本最優(yōu)化。2013年提出要把幾萬(wàn)美金的激光雷達(dá)傳感器做到單價(jià)為200美金以下的決斷，使業(yè)界一片嘩然。投資方為戴姆勒奔馳、德?tīng)柛?、三星、森薩塔。森薩塔車(chē)用激光雷達(dá)S3會(huì)在森薩塔常州工廠代工，并且要在國(guó)內(nèi)建研發(fā)基地和工廠。

▌Innovusion

2016年成立于硅谷，并在蘇州成立子公司圖達(dá)通，由百度智能駕駛事業(yè)部前高管團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建，投資方包括高榕資本、蔚來(lái)資本、斯道資本、F-PrimeCapital、均勝電子等。該公司將為蔚來(lái)ET7提供超遠(yuǎn)距離高精度激光雷達(dá)，該激光雷達(dá)擁有120度超廣視角，等效

300線的超高分辨率，最遠(yuǎn)探測(cè)距離可達(dá)500米。

▌Ouster

2016年成立于舊金山，2021年通過(guò)與SPAC colonnade合并借殼上市。Ouster的主要優(yōu)勢(shì)：

內(nèi)部只有激光發(fā)射（VCSEL）與激光接收（SPAD）兩顆芯片，大大提升了可靠性，降低了價(jià)格；

輸出結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，確保高分辨率，且每18個(gè)月分辨率將提升一倍，而不會(huì)引起成本、體積、重量、功耗的任何變化；

獨(dú)有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（特殊的FLASH），保證更高的穩(wěn)定性，帶給用戶更大的成本優(yōu)勢(shì)；

2D與3D數(shù)據(jù)的完美對(duì)應(yīng)，大大提高了機(jī)器學(xué)習(xí)的效率，減少了數(shù)據(jù)標(biāo)注的時(shí)間。

▌CeptonTechnologies

2016年成立，投資方包括汽車(chē)照明系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商Koito。其獲得專(zhuān)利的智能激光雷達(dá)技術(shù)(MMT)可實(shí)現(xiàn)無(wú)反光鏡、無(wú)摩擦且無(wú)需旋轉(zhuǎn)的激光雷達(dá)解決方案，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和批量生產(chǎn)的可行性。

▌RoboSense（速騰聚創(chuàng)）

2014年成立于深圳，產(chǎn)品線涵蓋16線到128線，包括MEMS以及OPA，投資方包括北汽產(chǎn)業(yè)投資基金、上汽、菜鳥(niǎo)網(wǎng)絡(luò)。Robosense與LUCID有合作。LUCID是美國(guó)的一家新興造車(chē)勢(shì)力，將在后續(xù)的量產(chǎn)車(chē)輛上搭載一款采用125線MEMS技術(shù)的HFOV120°激光雷達(dá)。

▌Hesai（禾賽）

2014年落戶至上海。采用16/32/128線MEMS技術(shù)，同時(shí)涵蓋40線、64線、128線，主要市場(chǎng)是Robotaxi以及應(yīng)用于港口的Robotruck，在2019年價(jià)值4200萬(wàn)美元，共占有42%的市場(chǎng)份額。

▌Huawei（華為）

路線與Luminar類(lèi)似，使用InGaAs銦鎵砷紅外面陣接收器，波長(zhǎng)1550納米的傳感器。目前官宣的企業(yè)為北汽、長(zhǎng)安汽車(chē)，會(huì)搭載華為的激光雷達(dá)。北汽會(huì)在極狐ARCFOX新款HBT車(chē)型上搭載3顆，長(zhǎng)安汽車(chē)會(huì)在其全新的高端智能EV上搭載36個(gè)傳感器，其中5顆激光雷達(dá)。

▌Livox（大疆）

采用Horiz定制版旋轉(zhuǎn)棱鏡類(lèi)固態(tài)激光雷達(dá)，可以在10%反射率的情況下可以達(dá)到150米,120度，并等效144線。從量產(chǎn)的匹配的型號(hào)XPilot可以判斷出來(lái)其使用1-2只的數(shù)量，因?yàn)樾※i利用XPilot的方式輔助駕駛。

▌LeiShen（鐳神智能）

2015年成立于深圳，鐳神智能大大降低了產(chǎn)品的成本和價(jià)格，投資方包括東風(fēng)。在類(lèi)似于商用車(chē)的SharingVan上搭載4LiDAR+1毫米波+16超聲波+12攝像頭。截至2020年6月已交付6臺(tái)產(chǎn)品。2020年8月宣布與陜汽重卡合作研發(fā)車(chē)規(guī)級(jí)MEMS激光雷達(dá)。

▌Zvision（一徑科技）

2017年成立于北京。與廣汽合作搭載MEMS、160線LiDAR。一徑科技的激光雷達(dá)通過(guò)了1000Hz隨機(jī)振動(dòng)和50g的機(jī)械沖擊以及-40~85攝氏度的高低溫循環(huán)測(cè)試，完成了數(shù)十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

資料來(lái)源：各公司官網(wǎng)、中金公司研究部

05 3D激光雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模與上游供應(yīng)商

上游供應(yīng)商

資料來(lái)源：北拓資本整理

2020年，全球激光雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模為9億美元，這9億美元是硬件和軟件結(jié)合的市場(chǎng)規(guī)模。據(jù)預(yù)測(cè)，2025年全球激光雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)135.4億美元，較2019年實(shí)現(xiàn)64.5%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率。

數(shù)據(jù)來(lái)源：沙利文研究

據(jù)預(yù)測(cè)，至2025年，中國(guó)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)43.1億美元，占全球31%，較2019年實(shí)現(xiàn)63.1%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率。

數(shù)據(jù)來(lái)源：沙利文研究

全球市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)主要受益于以下4個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的增長(zhǎng)。

資料來(lái)源：沙利文研究，北拓資本整理

1 無(wú)人駕駛（市場(chǎng)占比25.8%）

針對(duì)L4/L5級(jí)別的運(yùn)送乘客Robotaxi和運(yùn)送貨物Robotruck，由于駕駛責(zé)任完全歸屬汽車(chē)本身，對(duì)激光雷達(dá)探測(cè)性能要求最高，同時(shí)車(chē)輛所有者為運(yùn)營(yíng)公司，對(duì)激光雷達(dá)價(jià)格及與車(chē)身集成度要求較低。據(jù)預(yù)測(cè)，2025年全球Robotaxi和Robotruck的L4/L5無(wú)人駕駛汽車(chē)，數(shù)量為53.5萬(wàn)輛，對(duì)應(yīng)的激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模35億美元（假設(shè)一輛車(chē)一套，單價(jià)為6542美元），2019年至2025年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)80.9%。

數(shù)據(jù)來(lái)源：沙利文研究

2 高級(jí)別自動(dòng)駕駛ADAS（市場(chǎng)占比34%）

針對(duì)L2/L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛乘用車(chē)，直接面向用戶，因此，激光雷達(dá)與車(chē)身融為一體的美觀性要求和價(jià)格敏感度都較高。據(jù)預(yù)測(cè)，2025年全球乘用車(chē)新車(chē)L3滲透率6%，即每年近600萬(wàn)輛新車(chē)將搭載激光雷達(dá)，對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)規(guī)模為46.1億美元（單價(jià)768美元），2019年至2025年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)83.7%。

數(shù)據(jù)來(lái)源：沙利文研究

3 服務(wù)機(jī)器人（市場(chǎng)占比5%）

非汽車(chē)應(yīng)用的服務(wù)機(jī)器人，包括了無(wú)人配送、清掃、倉(cāng)儲(chǔ)、巡檢，移動(dòng)速度慢、場(chǎng)景復(fù)雜度低，對(duì)激光雷達(dá)的性能要求適中，但對(duì)價(jià)格比較敏感。據(jù)預(yù)測(cè)，2025年激光雷達(dá)在該細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模為7億美元，2019年至2025年的復(fù)合增長(zhǎng)率為57.9%。

數(shù)據(jù)來(lái)源：沙利文研究

4 車(chē)聯(lián)網(wǎng)（市場(chǎng)占比33%）

在智慧城市和測(cè)繪領(lǐng)域，使用激光雷達(dá)完成高精地圖數(shù)據(jù)采集，或安裝在路端用于實(shí)時(shí)交通監(jiān)控，該領(lǐng)域?qū)す饫走_(dá)的車(chē)規(guī)化和集成度要求較低，但對(duì)其感知算法要求更高。據(jù)預(yù)測(cè)，至2025年，激光雷達(dá)在該領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模為45億美元，2019年至2025年復(fù)合增長(zhǎng)率為48.48%。

數(shù)據(jù)來(lái)源：沙利文研究

06 3D激光雷達(dá)的投資考量點(diǎn)

根據(jù)標(biāo)的公司發(fā)展階段不同，投資的側(cè)重點(diǎn)分為兩大方向：對(duì)于A輪及以前階段的公司，主要看技術(shù)先進(jìn)性；對(duì)于B輪及以后階段的公司，主要看量產(chǎn)可行性。下表統(tǒng)計(jì)了2016年至2020年激光雷達(dá)領(lǐng)域融資事件數(shù)量。

數(shù)據(jù)來(lái)源：企名片pro

1 A輪及以前階段公司的考量點(diǎn)：產(chǎn)品先進(jìn)性

產(chǎn)品先進(jìn)性，主要指是否提升了分辨率、幀率、探測(cè)距離、探測(cè)精度等綜合性能，是否降低成本。硅光集成、FMCW作為新的解決方案，受到廣泛關(guān)注。

▌硅光集成：從IC到PIC的演進(jìn)

硅光方案，將復(fù)雜的光學(xué)器件，集成在一顆硅光芯片，采用CMOS工藝加工。運(yùn)用該技術(shù)的激光雷達(dá)，具有2大優(yōu)勢(shì)：體積小、成本低。硅光方案的價(jià)值之一在于大幅度降低成本。據(jù)松禾資本數(shù)據(jù)，若光芯片大小為600平方毫米，則基于硅光的OPA固態(tài)激光雷達(dá)成本可控制在40美元以內(nèi)。據(jù)國(guó)科光芯數(shù)據(jù)，目前技術(shù)可將整個(gè)模組的IC部分也集成在硅光芯片，或分開(kāi)兩片加工，用Flip

Chip、BSI、TSVs等成熟工藝貼合，實(shí)現(xiàn)小型化、成本最低化。硅光方案的配合也可解決其它技術(shù)路徑本身的困境。早期OPA發(fā)展中，陣列數(shù)較小，旁瓣、發(fā)散角、掃描角度等問(wèn)題嚴(yán)重，結(jié)合硅光技術(shù)，增加陣列數(shù)，可大幅改善以上問(wèn)題。

硅光方案的實(shí)現(xiàn)原理：在發(fā)射端，采用CoC工藝，將激光器集成于硅光芯片，利用光柵等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束整形，發(fā)射準(zhǔn)直光、特定角度和能量分布的線、面光源，也可用OPA技術(shù)實(shí)現(xiàn)1維、2維的掃描；在接收端，同樣可采用光柵、PD/APD等結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)收集。如采用相干接收，可把混頻器、平衡探測(cè)器等機(jī)構(gòu)，集成于硅光芯片。

硅光技術(shù)1985年由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出，目前廣泛運(yùn)用于光通信領(lǐng)域。全球在激光雷達(dá)應(yīng)用硅光的玩家較少，國(guó)外有Analog

Photonics、Voyant Photonics、Scantinel

Photonics等；國(guó)內(nèi)僅2家，國(guó)科光芯、洛微科技。其中，國(guó)科光芯于2019年完成新一代硅基光學(xué)OPA固態(tài)激光雷達(dá)芯片流片；2020年洛微推出基于硅光OPA的200線純固態(tài)成像級(jí)激光雷達(dá)。

材料、工藝、光源集成這3大要素，是目前全球硅光技術(shù)普遍面臨的難點(diǎn)。材料方面，激光雷達(dá)傳輸距離長(zhǎng)，要求上百mW，甚至W級(jí)的光功率，普通硅材料易發(fā)生強(qiáng)烈非線性效應(yīng)，因此需要能承載高光功率的材料。工藝方面，硅光芯片需要在Fab線上利用

CMOS設(shè)備進(jìn)行特色工藝開(kāi)發(fā)，但目前產(chǎn)量小，難以得到Fab廠支持。光源集成方面，當(dāng)前光源在短時(shí)間內(nèi)難以單片集成在硅光芯片上，多采用片外耦合、混合集成的方式，但在體積、可靠性上不如單片集成。相對(duì)更可行的片上混合集成，全球真正有能力做好的公司也屈指可數(shù)。國(guó)內(nèi)整個(gè)行業(yè)、入局企業(yè)也在逐步攻克這些世界性難題，陸續(xù)打通硅光工藝平臺(tái)，各地建設(shè)硅光Fab平臺(tái)，如中科院微電子所、中國(guó)電科38所等，為硅光集成激光雷達(dá)量產(chǎn)打好基礎(chǔ)。

▌FMCW：下一代測(cè)距技術(shù)

激光雷達(dá)的測(cè)距技術(shù)，主要有2種：FMCW、ToF。ToF是當(dāng)前主流方案；FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）主要通過(guò)在掃頻周期內(nèi)，發(fā)射頻率變化的連續(xù)波，利用頻率差、多普勒效應(yīng)，確定物體位置，測(cè)量物體速度。

業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，F(xiàn)MCW有4大優(yōu)勢(shì)：探測(cè)距離遠(yuǎn)、靈敏度高、成本低、功耗低。據(jù)高工智能產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，F(xiàn)MCW的靈敏度超ToF十倍，功耗比其低1000倍。FMCW不但能實(shí)現(xiàn)低成本低功耗的技術(shù)指標(biāo)，還有更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，以及對(duì)點(diǎn)云圖中每個(gè)點(diǎn)具體速度與方向的探測(cè)能力。因其對(duì)系統(tǒng)集成、信號(hào)處理算法方面要求嚴(yán)格，全球采用該技術(shù)的玩家不多，自動(dòng)駕駛領(lǐng)域有Analog

Photonics、Aurora、Cruise、Aeva，消費(fèi)領(lǐng)域有Aeva、Point

Cloud。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也僅有3家，分別為國(guó)科光芯、洛微科技、光勺科技。

FMCW創(chuàng)業(yè)公司獲得全球巨頭青睞。2018年寶馬、豐田投資Blackmore，2019年光學(xué)巨頭蔡司獨(dú)家投資Bridger Photonics。

2 B輪及以后階段公司的考量點(diǎn)：量產(chǎn)可行性

隨著激光雷達(dá)應(yīng)用的逐步落地，量產(chǎn)可行性，成為公司發(fā)展過(guò)程中一道不可避免的考題，具體可分為以下4個(gè)維度。

第一，應(yīng)用場(chǎng)景能否支撐足夠的市場(chǎng)規(guī)模。L3以上自動(dòng)駕駛方案必備激光雷達(dá)，整車(chē)裝配2-4個(gè)，單車(chē)成本800-1600元。服務(wù)機(jī)器人的起量，帶動(dòng)消費(fèi)級(jí)激光雷達(dá)的普及。

第二，產(chǎn)能和價(jià)格是否支持產(chǎn)品普及。產(chǎn)品內(nèi)部模塊在設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮量產(chǎn)的適應(yīng)性，減少人工環(huán)節(jié)，并儲(chǔ)備后期量產(chǎn)的供應(yīng)鏈廠商。

第三，能否通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證。激光雷達(dá)產(chǎn)品達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí)，需通過(guò)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，進(jìn)行車(chē)規(guī)振動(dòng)、沖擊、溫度循環(huán)等試驗(yàn)。目前，國(guó)外僅法雷奧SCALA是量產(chǎn)的車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)；2020年，鐳神智能CH32混合固態(tài)激光雷達(dá)，在國(guó)內(nèi)率先通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證。

第四，是否綁定下游大客戶。大型車(chē)廠在性能、價(jià)格、車(chē)規(guī)、可靠性等層面都有明確指標(biāo)，客戶需求可使激光雷達(dá)研發(fā)企業(yè)少走彎路，鎖定未來(lái)營(yíng)業(yè)收入。

3 3D激光雷達(dá)行業(yè)之見(jiàn)解：技術(shù)路徑不代表產(chǎn)品

隨著服務(wù)機(jī)器人的起量，激光雷達(dá)逐漸從自動(dòng)駕駛的“神壇“，走向更大眾化的應(yīng)用場(chǎng)景，需求快速攀升；同時(shí)，部分車(chē)型自動(dòng)駕駛方案落地，也為該賽道帶來(lái)進(jìn)一步利好。激光雷達(dá)技術(shù)路線百家爭(zhēng)鳴，傳統(tǒng)機(jī)械式、半固態(tài)激光雷達(dá)，在成本、三維點(diǎn)云技術(shù)等方面遭遇瓶頸；而全固態(tài)激光雷達(dá)，在消費(fèi)級(jí)、車(chē)規(guī)級(jí)場(chǎng)景持續(xù)推進(jìn)，但也面臨著分立式、集成式兩條技術(shù)路徑的抉擇。

行業(yè)兩大發(fā)展趨勢(shì)：第一，OPA、相干探測(cè)方案嶄露頭角。雖然國(guó)內(nèi)外廠商都在重點(diǎn)布局MEMS，MEMS仍是激光雷達(dá)當(dāng)下與未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的主流方案，但2020年，OPA、相干探測(cè)的技術(shù)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，并獲得資本關(guān)注。第二，硅光CMOS技術(shù)引領(lǐng)變革。硅光集成現(xiàn)階段向光傳感場(chǎng)景延伸，除了考驗(yàn)廠商在光子集成技術(shù)方面的積累，更注重對(duì)材料體系、集成工藝、流片工藝、封裝工藝等全流程的把控能力。作為芯片級(jí)的集成方案，硅光在未來(lái)超低成本、超高可靠性的全固態(tài)激光雷達(dá)方案中，也將占據(jù)重要環(huán)節(jié)。

不同激光雷達(dá)公司的技術(shù)路線、算法各不相同，在審視的時(shí)候，我們需要是從當(dāng)前繁雜的技術(shù)思維擺脫出來(lái)，從產(chǎn)品與用戶需求的維度來(lái)理解激光雷達(dá)，從而盡量打破認(rèn)知局限。技術(shù)只是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的手段，技術(shù)的先進(jìn)性并不等同于產(chǎn)品更貼近用戶需求。從產(chǎn)品和用戶需求的契合角度來(lái)理解激光雷達(dá)，是非常有效的一種手段。只有將更多的精力放在產(chǎn)品上，才能讓廠家和用戶在同一個(gè)話語(yǔ)體系下更好的交流。評(píng)價(jià)激光雷達(dá)主要有三個(gè)層面指標(biāo)：性能指標(biāo)，可靠性和成本。

性能指標(biāo)：分辨率、幀率、探測(cè)距離、精度、視場(chǎng)角……

可靠性：溫度、振動(dòng)、壽命……

成本：硬件成本、使用成本……

采樣率=（360/水平角分辨率）*幀率*線數(shù)。采樣率是不變的量，是該設(shè)備的采集能力上限。角分辨率和幀率負(fù)相關(guān)，當(dāng)水平角分辨為0.1°時(shí)，掃描幀率為5幀，當(dāng)水平角分辨為0.4°時(shí)，掃描幀率為20幀。小角分辨率和高幀率不可兼得。

角分辨率、幀率和測(cè)量距離三個(gè)變量是“零和博弈”的關(guān)系，提升其中一個(gè)變量的性能，必然損失另外兩個(gè)性能，而那個(gè)不可突破的因素就是光速。在實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)中，信號(hào)的處理和解析也需要消耗大量的時(shí)間，就導(dǎo)致單組測(cè)量系統(tǒng)的采樣率大大降低。如何調(diào)節(jié)激光雷達(dá)的分辨率和準(zhǔn)率問(wèn)題，就成了在總量不變的情況下，如何在時(shí)間和空間上去分布的問(wèn)題。在自動(dòng)駕駛場(chǎng)景中，同時(shí)追求高性能：小角度分辨率，高幀率，遠(yuǎn)距離。小角度分辨率代表了看清的能力，高幀率代表了反應(yīng)敏捷度。這種零和博弈在所有的基于單點(diǎn)掃描式的激光雷達(dá)系統(tǒng)中普遍存在。而基于MEMS振鏡的掃描式雷達(dá)，由于收發(fā)組件減少的原因，其采樣率會(huì)更低，這種矛盾會(huì)更突出。

在激光雷達(dá)的評(píng)價(jià)中，我們往往會(huì)過(guò)度突出某一指標(biāo)而忽視其它，因此我們需要綜合評(píng)價(jià)分辨率，幀率和距離等表征識(shí)別能力的指標(biāo)。