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一、什么是激光雷達？



各個車企都在強調激光雷達，那我們首先要弄懂，什么是激光雷達？



LIDAR——激光雷達，是一種傳感器，被譽為“機器人的眼睛”，是一種集激光、GPS定位和慣性測量裝置為一體的重要傳感器，簡單地說，就是一種通過發(fā)射激光并檢測返回所需時間的方法來測量距離，原理類似于雷達，只是使用激光代替無線電波。可以說，激光雷達是幫助汽車實現(xiàn)高階智能輔助駕駛功能的重要硬件配置之一。



二、激光雷達的工作原理是怎樣的？



接下來，我們講講激光雷達的工作原理是怎么樣的。



首先，我們需要明確，激光雷達并不是獨立運作的，一般是由激光發(fā)射器、接收器和慣性定位導航三個主要模塊組成。當激光雷達工作的時候，會對外發(fā)射激光，在遇到物體后，激光折射回來被CMOS傳感器接收，從而測得本體到障礙物的距離。從原理來看，只要需要知道光速、和從發(fā)射到CMOS感知的時間就可以測出障礙物的距離，再結合實時GPS、慣性導航信息與計算激光雷達發(fā)射出去角度，系統(tǒng)就可以得到前方物體的坐標方位和距離信息。



緊接著，一個激光雷達如果能在同一個空間內，按照設定好的角度發(fā)射多條激光，就能得到多條基于障礙物的反射信號。再配合時間范圍、激光的掃描角度、GPS 位置和 INS 信息，經過數(shù)據(jù)處理后，這些信息配合x，y，z坐標，就會成為具有距離信息、空間位置信息等的三維立體信號，再基于軟件算法組合起來，系統(tǒng)就可以得到線、面、體等各種相關參數(shù)，以此建立三維點云圖，繪制出環(huán)境地圖，就能變成汽車的“眼睛”。


三、激光雷達產業(yè)鏈



1)發(fā)射芯片：905nm EEL芯片歐司朗一家獨大局面難以改變，但VCSEL通過多結工藝補齊功率短板后，因為其低成本、低溫漂特性將逐步實現(xiàn)對EEL的替換，國產芯片長光華芯、縱慧芯光迎來發(fā)展機遇。



2)接收端：905nm路線由于要提升探測距離，預計SiPM和SPAD將成為大趨勢，1550nm將繼續(xù)使用APD，相關產品門檻較高，目前主要被索尼、濱松、安森美所壟斷，1550nm的芯思杰和905nm的南京芯視界、靈明光子有望率先突破。



3)校準端：半導體激光器由于諧振腔較小，光斑質量較差，為了達到激光雷達標準需要快慢軸準直進行光學校準，線光源方案還需要勻化，單激光雷達價值量上百元。



4)TEC：由于歐司朗解決了EEL的溫漂，VCSEL天然具有低溫漂特性，因此激光雷達不再需要TEC。



5)掃描端：轉鏡主要壁壘在時序控制，MEMS工藝有較高難度，希景科技最先實現(xiàn)量產。



四、國產替代下的星辰大海


激光雷達的國產化，不僅是為了實現(xiàn)國產替代，技術自主，以防西方國家卡脖子，還有一個重要因素是降低成本。



物美價廉是一個繞不開的話題，然而，激光雷達價格卻不低，在汽車上安裝單個激光雷達設備的成本約為10,000美元。



激光雷達，成本昂貴一直是其揮之不去的陰影，特別是更高級的激光雷達方案，最大的受制因素主要還是成本；激光雷達被業(yè)界認為是一種昂貴的技術，特斯拉直言不諱地批評激光雷達成本高昂。



激光雷達制造企業(yè)一直在尋求降低成本，隨著技術的發(fā)展，它們的理想逐漸成為現(xiàn)實。第二代智能可變焦激光雷達，不僅性能優(yōu)越，成本相對于第一代也下降了三分之二，而且體積較小。據(jù)業(yè)界預測，到 2025 年，國外先進激光雷達系統(tǒng)的平均價格可能會達到每個大約 700 美元。



激光雷達產業(yè)，目前的發(fā)展脈絡是，技術水平一天比一天成熟，國產化漸行漸近。激光雷達的國產化，經歷了這樣幾個階段，先是國外企業(yè)的天下，后來，國內企業(yè)起步，加碼，現(xiàn)在，主導權漸漸向國內企業(yè)靠攏。



近年來興起自動駕駛浪潮，使本土激光雷達廠商逐步入局，國產工業(yè)級激光雷達產品已漸成氣候，在國內智能電動車上，本土激光雷達公司已陸續(xù)登場。



據(jù)資料，目前國產雷達企業(yè)應該有二三十家，如速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、北科天繪、鐳神智能等，還有大疆、華為等電子硬件巨頭及傳統(tǒng)汽車零部件巨頭。


目前，禾賽、大疆、速騰聚創(chuàng)等中國廠商推出的激光雷達產品價格優(yōu)勢明顯，打破了美國等發(fā)達國家在該領域的領先地位。還有炬光科技、大族激光、光庫科技、洛微科技、禾賽科技、中際旭創(chuàng)、空維激光、巨星科技等企業(yè)也重視激光雷達產品創(chuàng)新研發(fā)，利用光模塊領域積累的技術、工藝和制造經驗推進激光雷達的創(chuàng)新。



目前可分為兩個流派，一類研發(fā)機械式激光雷達，另一類則直接鎖定固態(tài)激光雷達產品。在高速自動駕駛領域，禾賽市場占有率較高；而在低速自動駕駛領域，速騰聚創(chuàng)則是主要廠家。



如果從整個產業(yè)鏈的上下游來看，我國已培育了一批有實力的企業(yè)，形成基本完整的產業(yè)鏈。國產雷達企業(yè)經過多年的堅持投入和經驗積累，在各自的細分市場深度耕耘，呈現(xiàn)出百花齊放的市場格局。



量產，是成熟的一個重要指標，隨著進入量產，價格也在大幅下降，大疆在2020年8月就宣布實現(xiàn)了車用自動駕駛激光雷達量產供應，并且價格降到千元級別；而華為，2016年進行激光雷達的技術預研，2017年做原型驗證，2020年實現(xiàn)量產。



和進口雷達相比，國內企業(yè)在供貨及時性、功能定制化、服務配合度及渠道合理性等方面都有優(yōu)勢。



進口激光雷達采購成本較高，因此，國產激光雷達低成本化，是其占領市場的抓手，也是國產替代的重要動力，當然，成本下降空間、量產成熟度等諸多現(xiàn)實問題仍然擺在國內企業(yè)面前，依然需要面對很多挑戰(zhàn)。



激光雷達產業(yè)自誕生以來，呈現(xiàn)出了技術水平高的突出特點。激光雷達技術作為近年來高熱度的新興技術，其實有很大的技術壁壘。技術，不僅對于想入場的企業(yè)是挑戰(zhàn)，就是對于浸潤其中多年的企業(yè)，也是挑戰(zhàn)。



目前，對國產替代來說，由于激光雷達芯片，特別是信號處理所需的元器件主要依賴進口，這在一定程度上抬高了國內激光雷達的生產成本，不過，大家都知道，芯片是我國的卡脖子工程，正在全力以赴攻關中。



國產雷達企業(yè)，除了其本身的技術因素外，還需要培養(yǎng)綜合能力，包括技術研發(fā)體系、穩(wěn)定的供應鏈與量產能力，尤其是售后質保能力。



在《中國制造2025》的契機下，國內廠商近年來奮起直追，取得了許多突破性的進展。目前，國產化正處于機遇和挑戰(zhàn)格外分明的時期，是激光雷達進口替代打基礎階段。



四、落地應用才是硬道理



毫不夸張地說，激光雷達應用迎來上升期，主營業(yè)務主要來自四大市場，分別是工業(yè)自動化、智能基礎設施、機器人和汽車。



在自動駕駛領域勢頭很強，車載激光雷達市場將受益于高級別自動駕駛滲透，維持高速增長。諸多車企采用了激光雷達方案，邁出了通向L3級、L4級水平自動駕駛的第一步。



2022年正成為 L2向L3/L4跨越窗口期，激光雷達作為自動駕駛技術的核心關鍵傳感器，近年在相關領域扮演著愈來愈重要的角色，預計2023年起，車載激光雷達賽道將進入持續(xù)高速成長期。



證券研報顯示，2022年中國乘用車激光雷達安裝量將超8萬顆，預計我國乘用車領域激光雷達市場空間在2025年將達到261億元，到2030年將達到980億元。車載激光雷達進入需求爆發(fā)期，市場前景十分廣闊。


無人化是近年來的趨勢，而無人化離不開智慧的眼睛——導航系統(tǒng)。激光導航在技術和產品落地上都相對成熟，并且測距精準，在多數(shù)環(huán)境下都能穩(wěn)定運行，尤其在漆黑的夜里也能保持精準探知，是目前最穩(wěn)定，最主流的定位導航方式?？傊?，從應用上說，激光導航原理簡單，技術成熟。



無人化，已深入到建筑、采礦、排險、服務、農業(yè)、太空探測以及軍事應用等領域，激光雷達已成為該環(huán)境下常用的導航手段。



從2019年開始，越來越多的國產雷達在客戶的實際項目中應用起來，而不是只在車間進行樣機測試。2019年，對于國產激光雷達企業(yè)而言，是一個至關重要的分水嶺，市場應用逐漸進入到實際的項目案例中，拓展更為廣闊的應用場景和范圍，尋求多元化市場，成為企業(yè)共同的選擇。



激光雷達應用逐步廣泛，無人駕駛行業(yè)、服務機器人行業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、智能交通、智慧城市領域都有其應用，激光雷達與無人機配合，還可繪制海洋、冰蓋和森林的地圖。



無人化是智慧物流最重要特征，智慧物流的運輸和配送環(huán)節(jié)，將會大量應用無人化技術——移動物流機器人和無人快遞車，其主要核心元件就是激光雷達。



在智慧物流領域，激光雷達應用范圍也是與日俱增，不管是從搬運到倉儲還是到物流，激光雷達都能夠全面覆蓋，并推廣到智能港口，智能交通，智慧安防，智慧服務、城市智慧治理等領域。



在港口等物流場景，激光雷達能保證貨物抓取的準確性，降低人員操作難度。在交通方面，激光雷達可以助力高速收費站口檢測，保障通行車輛符合要求。在安防方面，激光雷達可以成為各種安全監(jiān)控設備的眼睛。



在工業(yè)制造領域，激光雷達價值在不斷凸顯，在生產線上，其能釋放物料監(jiān)視作用，保障自動化運行。



激光雷達（激光探測及測距）是一項光學遙感技術，正日益成為替代傳統(tǒng)測量技術（如攝影測量）的具有成本效益的新技術。近年來激光雷達與無人機常常以組合拳的姿態(tài)出現(xiàn)在各種應用領域，往往產生1＋1＞2的效應。



激光雷達其技術路線都在不斷完善之中，沒有一種通用的激光雷達架構能夠滿足所有不同應用的需求，許多不同的應用都有不同的外形體積、視場、距離分辨率、功耗以及成本要求。



激光雷達有其優(yōu)勢，但怎樣把優(yōu)勢以最大化發(fā)揮出來，需要技術的支持，智能可變焦激光雷達，可以構造出三維立體圖像，完美解決視線逆光、不規(guī)則物體的識別難等極端場景。隨著技術的發(fā)展，激光雷達將會在許多我們意想不到的應用領域施展手腳，給我們帶來更多別樣的驚喜。



在今天成本為王的年代，高價雷達從來不是主流市場的選擇，尤其在L3自動駕駛的應用上，國外雷達高成本依然是其落地最大障礙，國產雷達實現(xiàn)進口替代勢在必行。



激光雷達一直以來都是新興技術發(fā)展及應用的代表，技術成熟與否，關系到落地應用，量產推廣。技術成熟不只是可用，還要符合經濟成本、適應不同場景，以及足夠安全。



經過數(shù)年的技術積累，激光雷達新產品不斷落地，隨著技術的進步，其應用也日益廣闊。應用場景也在不斷增加，有些產品已遠銷歐美主要市場。



當然，激光雷達企業(yè)還面臨如下風險：需求量存在不確定性、采用者量產規(guī)?；枰^長的爬坡時間、作為供應商，激光雷達要產生實際收入還需要更長的時間。



在激光雷達領域已有多年積累的國內企業(yè)都將在各自的細分市場深度耕耘，但要想占領更多的市場份額，就要結合自身的技術積累，深挖核心技術，在研發(fā)，提高產品質量及穩(wěn)定性上下功夫。

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