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當前 L2 級自動駕駛感知系統主要由超聲波雷達、毫米波雷達、攝像頭等車載傳感器組成。特斯拉環繞車身共配有8個攝像頭，視野范圍達360度，對周圍環境的監測距離最遠可達250米。

12個新版超聲波傳感器作為整套視覺系統的補充，可探測到柔軟或堅硬的物體，傳感距離和精確度接近上一代系統的兩倍。增強版前置雷達通過發射冗余波長的雷達波，能夠穿越雨、霧、灰塵，甚至前車的下方空間進行探測，為視覺系統提供更豐富的數據。 

激光雷達被認為是 L3 級及以上自動駕駛必備傳感器。激光雷達兼具測距遠、角度分辨率優、受環境光照影響小的特點，且無需深度學習算法，可直接獲得物體的距離和方位信息。

這些相較于其他傳感器的優勢，可顯著提升自動駕駛系統的可靠性，因而被大多數整車廠、Tier 1認為是L3級及以上自動駕駛（功能開啟時責任方為汽車系統）必備的傳感器。 

1.2 全球L3 級量產車快速開發中，國內激光雷達加速上車 

全球范圍內L3 級輔助駕駛量產車項目當前處于快速開發之中。BMW預計在2021年推出具有L3級自動駕駛功能的BMW Vision iNEXT；Mercedes-Benz首款L3級自動駕駛系統將于2021年在新款S級車型上推出；

Volvo預計在2022年推出配備激光雷達的自動駕駛量產車型，實現沒有人工干預情況下的高速行駛；Honda計劃于2021年在其Legend車型上提供L3級自動駕駛系統。 

隨著成本不斷下探且達到車規級要求，激光雷達有望實現高速增長。考慮全球高級輔助駕駛項目的發展進度，2020 年及 2021 年 ADAS 領域激光雷達的銷售主要仍由SCALA貢獻。隨著激光雷達成本下探至數百美元區間且達到車規級要求，未來越來越多高級輔助駕駛量產項目將實現 SOP；

根據Yole的研究報告，至2025 年全球乘用車新車市場L3級自動駕駛的滲透率將達約6%，即每年將近600萬輛新車將搭載激光雷達。激光雷達在高級輔助駕駛領域的市場規模將在未來5年里保持高速增長，按照沙利文預計，2025年激光雷達市場規模預計將達到46.1億美元，2019年至2025年復合增長率達83.7%。 

蔚來ET7搭載Innovusion 超遠距高精度激光雷達。蔚來ET7搭載33個高性能感知硬件，定義量產車自動駕駛感知系統全新標準，包含11個800萬像素高清攝像頭、5個毫米波雷達、12個超聲波雷達、1個激光雷達、2個高精度定位單元、1個車路協同感知和1個ADMS增強主駕感知。

其中，激光雷達為蔚來與Innovusion合作開發，最遠探測距離達500m，水平視角120°，最高分辨率0.06°×0.06°，采用1550nm安全激光，避開了人眼敏感的900nm波長，兼顧性能和他人安全。  

小鵬汽車將搭載Livox激光雷達。小鵬汽車宣布與大疆孵化的Livox覽沃科技達成合作，將在2021 年推出的全新量產車型上使用其生產的小鵬定制版車規級激光雷達， Livox也正式成為小鵬汽車在激光雷達領域的首家合作伙伴。

在本次合作中，Livox 覽沃科技基于浩界 Horiz車規級激光雷達平臺為小鵬汽車進行了一系列定制化開發，最終提供的車規級量產版本在量程、FOV、點云密度等多個核心指標上都做到了業內領先水平。 

長城將搭載ibeoNEXT激光雷達，欲實現中國首個配置激光雷達的自動駕駛。咖啡智駕搭載的全球首款能夠真正量產的車規級高性能固態激光雷達，角分辨率達0.05°*0.07°，性能高出普通無人駕駛車型所采用的機械激光雷達5倍，配合毫米波雷達、攝像頭、超聲波雷達等配置帶來全方位360°雙倍無死角覆蓋。 

2.1 激光雷達結構拆分 

激光雷達系統可拆分成激光發射、掃描系統、激光接收和信息處理四個部分。 

2.2 激光發射系統：波長影響激光功率，激光器是核心 

基本原理：激勵源周期性地驅動激光器，發射激光脈沖，激光調制器通過光束控制器控制發射激光的方向和線數，最后通過發射光學系統，將激光發射至目標物體。 

激光波長：激光最關鍵指標在于波長，一般會考量四個因素：人眼安全、與大氣相互作用、可選用的激光器以及可選用的光電探測器。目前業內主流采用 905nm 和1550nm 兩種波長，905nm 波長適用的光電探測器比1550nm 的更便宜，但1550nm對人眼安全性更高。針對于與大氣相互作用，1550nm吸水率比905nm更強，但905nm的光損失更少。 

激光器：當前階段重要有EEL激光器、VCSEL激光器和光纖激光器等。 

?EEL激光器：EEL作為探測光源具有高發光功率密度的優勢，但EEL激光器因為其發光面位于半導體晶圓的側面，使用過程中需要進行切割、翻轉、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，而且每顆激光器需要使用分立的光學器件進行光束發散角的壓縮和獨立手工裝調，極大地依賴產線工人的手工裝調技術，生產成本高且一致性難以保障。

?VCSEL激光器：垂直腔面發射激光器（VCSEL）其發光面與半導體晶圓平行，具有面上發光的特性，其所形成的激光器陣列易于與平面化的電路芯片鍵合，在精度層面由半導體加工設備保障，無需再進行每個激光器的單獨裝調，且易于和面上工藝的硅材料微型透鏡進行整合，提升光束質量。

傳統的VCSEL激光器存在發光密度功率低的缺陷，導致只在對測距要求近的應用領域有相應的激光雷達產品（通常<50m）。近年來國內外多家VCSEL激光器公司紛紛開發了多層結VCSEL激光器，將其發光功率密度提升了5~10倍，這為應用VCSEL開發長距激光雷達提供了可能。

?光纖激光器：以摻有激活粒子的光纖為激光介質的激光器，通常以半導體激光器作為能量泵浦源（以半導體激光器發出的光，泵浦光纖增益介質產生光）。

2.3 激光掃描系統：MEMS漸成主力，Flash/OPA純固態方案值得期待 

2.3.1 機械式激光雷達 

機械式激光雷達通過電機帶動收發陣列進行整體旋轉，實現對空間水平360°視場范圍的掃描。測距能力在水平360°視場范圍內保持一致。 

傳統機械式激光雷達難以滿足車規級要求。傳統機械式激光雷達，通過電機帶動整個激光頭做圓周運動，其掃描方式通常呈360度線式掃描。這種方式帶來的直接后果是無論掃描時間多長，線與線之間總會有間隙，存在漏檢物體的可能性。

而更為糟糕的是，占整個雷達70%質量的重要部件，包括激光發射、接收等精密的電子器件，都在不停地一邊運動，一邊工作，這種機械運動以及旋轉部件動平衡上的誤差帶來的磨損、振動等，大大降低了雷達的穩定性和可靠性。

而且多線激光雷達這種轉動的工作模式，若采用滑環設計會容易失效，而無線供電的方式則不夠穩定，很難滿足車規級別的應用場景。 

Livox推出棱鏡式激光雷達，采用非重復掃描技術。為避免上千個電子部件同時旋轉，Livox將所有的發射和接收部件移到穩定的后端，在前端只用兩三個棱鏡做高速純光學掃描，在技術上為穩定性提供了可能。此外，Livox的點云特性覆蓋率隨時間不斷增加，并且無需進行重復掃描。 

2.3.2 MEMS 激光雷達 

MEMS激光雷達通過硅基芯片上微振鏡以一定諧波頻率的振蕩，來反射激光器的光線，從而以超高的掃描速度形成高密度的點云圖。由此改變單個發射器的發射角度進行掃描，形成較廣的掃描角度和較大的掃描范圍。 

?優點：其核心光束操縱元件為MEMS微振鏡，大大減少了激光雷達的尺寸，減少激光器和探測器數量，極大地降低成本，具有高性能、穩定可靠、易于生產制造等優點，兼顧車規量產與高性能的需求。

?缺點：MEMS激光雷達并沒有完全消除機械，只是將掃描單元變成了MEMS微振鏡，仍然存在微振鏡的振動，所以它并不能算純固態激光雷達，而是混合固態雷達（也稱類固態/半固態雷達）。

其光路較復雜，微振鏡結構會影響整個激光雷達的壽命，激光功率較低，信噪比較低、有效距離較短，并且激光掃描范圍受微振鏡面積限制，視野相對較窄。

2.3.3 Flash 激光雷達 

Flash激光雷達，指一次閃光（激光脈沖）成像的激光雷達，在發射端采用面光源，短時間發射出一大片覆蓋探測區域的面陣激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環境周圍圖像的繪制，它也是目前唯一的非掃描式激光雷達，能夠達到最高等級的車規要求。 

這種激光雷達的缺點很明顯，功率密度太低，導致其有效距離一般難以超過50米，分辨率也比較低。要改善其性能，需要使用功率更大的激光器，或更先進的激光發射陣列，讓發光單元按一定模式導通點亮，以取得掃描器的效果。 

2.3.4 OPA 激光雷達 

OPA激光雷達是運用相干原理，采用多個光源組成陣列，通過調節發射陣列中每個發射單元的相位差來改變激光的出射角度，通過控制各光源發射的時間差，可以合成角度靈活、精密可控的主光束，實現對不同方向的掃描。 

?優點：這種固態激光雷達有著掃描速度快，精度高，可控性好，抗振性能好，體積小，量產一致性高，成本更低等優點。

?缺點：OPA激光雷達仍有易形成旁瓣效應，光信號覆蓋有限、環境光干擾、測距較短等問題，而且加工難度較高。

2.4 激光接收系統：光電探測器是關鍵 

探測器指利用光電效應將光信號轉化為電信號，實現對光信號進行探測的裝置。目前激光雷達領域常用的探測器主要包括APD、SPAD和SiPM等。 

APD 是一種具有高速度、高靈敏度的光電二極管，當加有一定的反向偏壓后，它就能夠對光電流進行雪崩放大。而 APD 的反向偏壓被設定為高于擊穿電壓時，內部電場更強，光電流則會獲得 105～106 的增益，這種工作模式就叫 APD 的“蓋革模式”。

在蓋革模式下，光生載流子通過倍增就會產生一個大的光脈沖，而通過對這個脈沖的檢測，就可以檢測到單光子。將蓋革模式下的 APD 上連接一個淬滅電阻作為 1 個像素，就構成了 SiPM 的基本單元，而它輸出的總和也構成了 SiPM 的輸出，后則可根據該輸出進行光子計數或者信號強度的測量。 

2.5 信息處理系統：車載激光雷達的三類應用算法 

現有車載激光雷達應用算法都具有不同程度的局限性。首先，算法可靠性和實時性相互制約，二者難以同時滿足；其次，算法多為針對某一特定場景開發， 難以保證可移植性和穩定性。 

場景的復雜性和多樣性使得算法的研究異彩紛呈，呈現出多層次、多角度的多元組合態勢。車載激光雷達應用算法可分為三類：點云分割算法、目標跟蹤與識別算法、即時定位與地圖構建算法（simultaneous localization and mapping，SLAM）。

各類算法的合理選擇使用將解決不同場景下的智能駕駛問題，其中點云分割算法是目標跟蹤與識別的基礎，目標跟蹤與識別將實現對汽車周圍障礙物運動狀態和幾何特征的判斷，SLAM將實現汽車的精確定位與可通行路徑規劃。 

信噪比，英文名稱叫做SNR或S/N（SIGNAL-NOISE RATIO)，又稱為訊噪比。是指一個電子設備或者電子系統中信號與噪聲的比例。 

信噪比的計量單位是dB。對于一張圖像來說，計算信噪比可以按照 20lg(信號/噪聲) 這個公式來計算，從公式可以看出信噪比應該越高越好。信噪比高，反應在畫質上就是畫面干凈無噪點；信噪比低會使圖像粗糙噪聲多，畫面發灰不通透，對比度不夠。 

信噪比是激光雷達系統中非常重要的設計指標，對探測距離、測距精度都產生重大影響。根據傳感器技術官方微信公眾號的介紹，激光雷達系統的信噪比 SNR 計算方程如下： 

因此，根據上述公式，要提高激光雷達的信噪比，最簡單有效的方法是：1）提高接收信號光功率；2）提高探測器的量子效率；3）采用相干探測方法。

3.1 提高接收信號光功率：1550nm波長+光纖激光器+InGaAs接收器 

1550nm波長激光雷達加大信號光功率不會對人眼造成傷害。目前市場上大部分的激光雷達都采用了近紅外波段的905nm半導體激光器發射激光脈沖，然后記錄反射光來創建汽車周圍環境的點云圖。

但是，人眼內部對于905nm波長的光相當于是“透明的”，因此采用905nm波長的激光雷達可以直射脆弱的視網膜。但是人眼對于1550nm波長的光則是不透明的，因而該波長的光無法投射到視網膜上，從而可以采用更高功率的激光雷達而不會對人眼造成傷害。 

Luminar利用1550nm激光器獲得了40倍于905nm激光器的激光脈沖強度。超強的功率使其激光雷達的探測范圍擴大了10倍，分辨率提高了50倍。 

1550nm 波長激光雷達需要采用光纖激光器，搭配InGaAs接收器。硅基傳感器對1550nm波長的激光沒有響應，但室溫下的銦鎵砷（InGaAs）傳感器可以。 

Luminar在2018年收購了美國芯片設計商Black Forest Engineering，后者一直專注于研究高性能 InGaAs 接收器，可用于探測 Luminar 激光雷達系統所特有的 1550nm波長激光。 

3.2 提高探測器的量子效率：SPAD和SiPM探測器 

SiPM 和 SPAD 正成為新興的激光雷達探測器。SiPM 和 SPAD 可探測距離超過200m、5%的低反射率目標，在明亮的陽光下也能工作，分辨率極佳，且盡可能小的光圈和固態設計實現緊湊的系統集成到汽車中，并極具成本優勢。

3.3 采用相干探測方法：FMCW調頻連續波 

FMCW 激光雷達發射調頻連續激光，通過回波信號與參考光進行相干拍頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時間反推目標物距離，同時也能夠根據多普勒頻移信息直接測量目標物的速度，其技術發展方向為利用硅基光電子技術實現激光雷達系統的芯片化。 

FMCW 激光雷達的高靈敏性體現在它的單光子探測和抗干擾能力。FMCW在系統內預留了一部分激光作為參考激光，用于與目標的回波激光進行混頻，通過混頻就可實現對目標回波激光的放大，但對自身發出的光信號不存在放大作用。

從相干激光雷達的探測信噪比可以看出，當參考激光功率足夠大，FMCW激光雷達就消除了熱噪聲、暗電流以及太陽背景光或其他光源的噪聲影響，使得FMCW激光雷達具備不受背景光干擾的單光子探測能力。 

內置的參考激光另外一個優點是使得FMCW激光雷達噪聲比較穩定，其內部可控制的噪聲使得FMCW激光雷達虛警概率約等于0，即每個點都是真實的目標點，無假目標點。 

FMCW激光雷達可使用基于硅光技術的鍺硅探測器，成本更低。目前FMCW激光雷達中的接收模塊主要還是利用分立的平衡光探測器（Balance Photo Detector，BPD）陣列進行相干探測。

使用基于硅光技術的鍺硅探測器能夠實現單片集成BPD陣列，在保證接收模塊器件一致性的同時，可以和系統中其他硅基器件進行單片集成，顯著降低系統的尺寸和成本。 

4.1 國內國外齊開花，技術路線各有千秋 

行業內主要的激光雷達公司包括美國的Velodyne、Luminar、Aeva、Ouster，以色列的Innoviz，德國的Ibeo，以及國內的速騰聚創。 

從技術選擇路徑和目標市場來看，Luminar、Aeva、Innoviz、Ibeo主要面向無人駕駛和量產乘用車ADAS市場，開發相應的（半）固態激光雷達，其技術特點各有不同。

Luminar選用1550nm 光源和探測器而非市場主流的905nm光源和探測器，Aeva選擇FMCW而非市場主流的飛行時間法，Innoviz通過采MEMS二維微振鏡來實現激光掃描和接收，通過減少激光器和探測器數量來降低成本，Ibeo則選用VCSEL和SPAD面陣的純固態激光雷達方案。 

4.2 華為大疆入場，加速激光雷達降本趨勢 

基于場景分析，華為設計、開發了96線中長距激光雷達產品，可以實現城區行人車輛檢測覆蓋，并兼具高速車輛檢測能力，更符合中國復雜路況下的場景。  

?大視野120°×25°，應對城區、高速等場景的人、車測距訴求。

?全視野中，水平、垂直線束均勻分布，不存在拼接、抖動等情況，形成穩定的點云對后端感知算法非常友好。

?小體積，適合前裝量產車型需求。

Livox 覽沃科技與全球知名智能汽車品牌小鵬汽車正式達成合作。Livox 將為小鵬汽車從 2021 年開始量產的全新車型提供車規級激光雷達技術。在本次合作中，Livox基于浩界車載激光雷達平臺為小鵬汽車進行一系列定制化開發，最終量產供貨版本將實現行業領先的性能指標。

其中，浩界車規版（Horiz）的探測距離將由公開測試版（Horizon）的90米提升至150米（針對10%反射率目標物），助力小鵬XPILOT自動駕駛輔助系統更加游刃有余地應對高速公路、城區道路等場景下遠處障礙物的超前檢測。

Livox 團隊自2016 年成立以來，始終聚焦于可大規模量產的高性價比激光雷達技術方案的研發與產品化，致力于打破激光雷達行業“價格高”、“難量產”、“可靠性低” 三大瓶頸。

Livox團隊經過4年潛心研發，在智能硬件制造、全球供應鏈管理等方面已建立起強大優勢，并于2020年推出了一系列車載激光雷達新產品，為激光雷達行業的量產化打開了新局面。Livox 具備了行業領先的制造能力，在實踐中積累了激光雷達精密制造面向規模化量產項目的寶貴經驗，為車規級前裝市場的崛起鋪平道路。 

覓道Mid-40是Livox研發的高性價比激光雷達，可探測遠至260米的物體。獨特的非重復采樣策略，助其精確探測視場中每個細節。而這一切都蘊含于小巧的機身中，可輕松嵌入各種平臺。Mid-40現已實現大規模量產，可立即供貨，助力移動機器人、園區物流、車路協同、測繪、安防等領域從小批量測試走向大規模應用。 

我們認為，以特斯拉為代表的造車新勢力在駕駛上給消費者帶來了更“智能化”的體驗，也將引領汽車行業L3 級及以上自動駕駛的加速落地，而激光雷達被認為是L3級及以上自動駕駛的必備傳感器，將深度受益汽車行業自動駕駛發展趨勢。

當前階段激光雷達多技術共同發展，MEMS 激光雷達漸成主力，OPA 和Flash 純固態方案未來可期，隨著激光雷達過車規和降本問題逐漸得到解決，激光雷達上車搭載有望加速。 

1）整車：L3 級及以上自動駕駛極大豐富了用戶的駕駛體驗，自動駕駛選裝、軟硬件?FOTA 給整車企業帶來新的利潤增長空間，自動駕駛領域布局卡位良好、具備自研能力、響應速度更快的車企具備競爭優勢。推薦吉利汽車、長城汽車、上汽集團、廣汽集團、長安汽車，建議關注特斯拉、蔚來汽車、小鵬汽車、理想汽車等。 

2）激光雷達供應商：激光雷達被認為是?L3 級及以上自動駕駛的必備傳感器，將深度受益汽車行業自動駕駛發展趨勢。建議關注禾賽科技、速騰聚創、鐳神智能、華為、Livox 等。 

3）激光雷達產業鏈上游供應商：激光雷達行業的上游產業鏈主要包括激光器和探測器、FPGA 芯片、模擬芯片供應商，以及光學部件生產和加工商等。建議關注炬光科技、安森美半導體等。