随着iPad和iPhone都使用上了激光雷达，对车载激光雷达的使用这一话题的讨论愈发火热，毕竟谁能拒绝拥有一辆会自己上路、还能安全驾驶的车呢？

有人可能会说，现在特斯拉等厂商已经有智能驾驶的汽车了，但是从目前所谓智能化的效果来看，还远远达不到应用激光雷达后无人驾驶汽车所达到的水平，所以也有人说，只有应用了激光雷达的车才是真正的无人驾驶汽车。

什么是激光雷达？

激光雷达（Light Detection And Ranging，LiDAR）是激光技术、电子技术与信号处理等技术相结合的产物。一个标准的激光雷达系统含有激励源、激光器、光学探测器、信号调理电路以及计算机控制与信息处理系统。

从激光雷达第一次用于无人驾驶汽车到现在，已经发展出不同形式的车载激光雷达，从机械结构上看，可以分为机械式、混合固态、纯固态三种类型。

常见的安装在无人驾驶车车顶上圆柱形的激光雷达是机械式激光雷达，其内部激光器可以360度旋转，对四周环境进行全面的扫描。目前具有高级辅助驾驶功能的量产车型，于车身上搭载了平面形激光雷达，多属于混合固态激光雷达。

激光雷达的工作原理就是激励源对激光器产生作用，随后激光器对着目标物发射激光光束，再由光电探测器接收反射信号，将接收到的信号经过信号调理电路后，发送到计算机控制与信息处理系统进行综合信息处理。

简单来说，就是先发激光再收激光，之后将得到的信号进行处理，最终能确定目标物体有多远、在哪里、有多高、跑多快、长啥样和材料的初步判断等等。某种意义上来说，激光雷达就像蝙蝠的声纳系统，有测量和扫描的功能。

在自动驾驶中，激光雷达会不断地发出、接收激光来获取周围环境信息，并将信息发送到计算机，再与其它传感器的信息整合，从而使系统做出正确的判断，包括刹车、避障、选择最优路线等等。

无人驾驶车运用的是什么技术？

市面上的具有高级辅助驾驶功能的智能汽车大多选择用毫米波雷达、超声波雷达与摄像头配合来实现对周围的事物感知识别。以特斯拉为例，特斯拉当前主要是以摄像头探测周边环境，配合搭载在车身周围的超声波雷达和毫米波雷达，眼观六路耳听八方。

特斯拉在车身布置了大量的摄像头和传感器，虽说“三个臭皮匠顶个诸葛亮”，但特斯拉无人驾驶车的事故还是时有发生，主要是因为特斯拉以视觉感知为主，事先对道路上的各种场景进行学习，对于没有学习过的特殊场景则不能识别，其它类型的雷达传感器也存在精度和场景适用性的问题。

如果使用激光雷达，系统可以更加精准地识别障碍物与收集信息，车内搭载的芯片基于丰富的信息能做出更准确的指令。

从国内外各个相关厂商的自动驾驶技术路线分析，Google和百度等IT企业以直接实现完全自主驾驶为目标；宝马、通用、福特、沃尔沃和特斯拉等车企希望通过递进方式实现辅助驾驶到全智能车过渡，他们对是否采用激光雷达方案持有不同态度。

激光雷达投入自动驾驶市场难

既然激光雷达有这么多好处，为什么无人驾驶汽车厂商不选择使用这种技术呢？最大的原因就是贵。

早些年除了特斯拉，几乎所有成熟的无人驾驶技术方案都采用了64位激光雷达，它的成本约人民币70万元，一个小雷达抵得上一辆车甚至几辆车。

对于大部分消费者来说，无人驾驶功能不应该占据车的大部分成本。一辆三十万的车，十万付给无人驾驶，听上去还可以接受；一辆一百万的车，七八十万是付给无人驾驶的，多少有点买椟还珠的意思。

近来，随着越来越多的厂商入局，激光雷达的价格在逐渐降低，但是近1000美元一台的价格与车身上的其它传感器比还是太贵。

况且车辆要达到较高级别的无人驾驶，需要不止一台激光雷达，以阿尔法S华为HI版为例，这款车型使用了3个激光雷达、13个摄像头、6个毫米波雷达和12个超声波雷达。

奥迪A8这种百万级车型也只达到了L3级别，即有条件的自动驾驶，并非完全不需要人为操控、完全成熟的自动驾驶。

激光雷达只有不断降低成本，才有大规模量产的可能。即使以后解决了成本的问题，厂商还得将软件适配激光雷达。

市场规模空间广阔，海外厂商暂占先发优势

激光雷达高速发展，全球市场规模预计 2025 年达到 135 亿美元，其中智能 驾驶市场规模约 46 亿美元。根据 Allied Market Research 预计，2026 年全球无 人驾驶技术市场规模将达到5567亿美元，2019-2026年期间CAGR达到39.47%。 据 Frost&Sullivan 预计，自动驾驶车辆增长、激光雷达在高级辅助驾驶中渗透率 增加、服务型机器人及智能交通建设等领域需求增长，激光雷达市场预计将高速 发展，预计 2025 年全球市场规模将达到 135.4 亿美元，2019-2025 年期间 CAGR 达到 64.5%。

高级辅助驾驶、无人驾驶将成为激光雷达主要应用领域。按激光雷达下游应 用市场分，主要有无人驾驶、高级辅助驾驶市场（ADAS）、服务型机器人市场、 智慧城市和测绘市场。据 Frost & Sullivan 预计，2019 年智慧城市及测绘作为激 光雷达的主要应用市场占比约 60%，预计高级辅助驾驶、无人驾驶将高速发展， 2025 年分别占激光雷达市场总规模的 34.64%、26.30%。

2025 年中国激光雷达市场规模将达到 43.1 亿美元，其中智能驾驶市场规模 约 12 亿美元，下游应用领域多点开花。据 Frost & Sullivan 预计，中国激光雷达 市场规模将于 2025 年达到 43.1 亿美元，2019-2025 年期间 CAGR 达到 63.1%， 无人驾驶及高级辅助驾驶为主要组成部分。国内百度、滴滴、小马智行、文远知行 等企业的无人驾驶出租车业务已经开始试运营，商业化推进后将进一步拉动激光 雷达需求增长，据麦肯锡预计，2030 年中国自动驾驶乘用车数量将达到 800 万 辆。

中国作为全球最大的新车销售市场，根据 2020 年 11 月发布的《智能网联汽 车技术路线图（2.0 版）》中规划，2030 年中国 L2、L3 级渗透率要超过 70%。 “新基建”受到国家政策大力支持，计划总投资额高达 34 万亿元，其中多地出台 重点项目投资“5G+车联网”的协同发展，且截至 2020 年，中国以约 800 个规划 或流程中的智慧城市试点项目占全球智慧城市总数将近一半，这部分应用也将对 激光雷达市场的增长产生较为稳定贡献。

随着 L3 级自动驾驶的不断落地，激光雷达也将在乘用车市场持续渗透。从 单价趋势看，激光雷达技术不断迭代进步、未来商用大规模量产可期，我们预计 激光雷达价格将由 2021 年的 1500 美元/颗下探至 2025 年的 400 美元/颗。从乘 用车市场激光雷达的需求看，我们预计全球的需求量将由 2021 年的 19 万颗提升 至 2025 年的 2704 万颗；国内的需求量预计由 2021 年的 10 万颗提升至 2025 年 的 1399 万颗。根据我们测算，2025 年全球及中国车载市场激光雷达市场规模分 别为 127 亿美元、65.8 亿美元左右，2021-2025 年 CAGR 分别为 147%、149%。

全球激光雷达竞争格局分散，海外厂商具有明显领先优势。法国 Tier 1 公司 Valeo（法雷奥）作为全球首个发布车规级激光雷达 Valeo SCALA 并实现量产的 厂商，目前全球 ADAS 领域激光雷达的销售主要仍由 SCALA 贡献。根据 Yole 的数据，Valeo 以 8 项专利数量取得市占率 28%居于全球首位，此外，中国速腾 聚创、大疆、图达通、华为、禾赛等国内头部玩家也均有所突破。从目前中国激光 雷达行业市场竞争情况看，禾赛科技占有 14%的市场份额，万集科技与道通科技 各 4%。

技术线路众多，半固态占主流地位

激光雷达按扫描方式分，主要有机械式、半固态式（包括 MEMS、棱镜、转镜等）、固态式（主要是 OPA、Flash 两种方案）三种路径。

机械式激光雷达体积大、成本高，主要用于 Robotaxi 等领域。机械式激光 雷达在竖直方向上布局了多组的激光线束，发射和接收模块需要 360 度旋转进行 激光线的发射和扫描，因此体积更大，价格也更加昂贵。机械式激光雷达价格普 遍较高。目前 Velodyne 的 64 线式产品价格约 8 万美元，16 线式产品价格为 4000 美元；禾赛科技的机械式激光雷达均价约 10 万元人民币。由于机械式激光雷达排 列了多组激光发射模组，可以做到 128 线/64 线/32 线/16 线/8 线 4 线多种线别的 激光雷达，线别越高通常性能高、价格更高；但机械式激光雷达的主要缺点是多 组激光发射模组导致的体积庞大难以满足车规级的严苛要求，且通过增加收发模 块的数量实现高线束，相应的元器件成本也更高，此外分立的收发组件设计导致 生产过程中需要进行人工光路对准，装配复杂、可量产性差。目前机械式激光雷达 主要应用于无人驾驶车辆上。目前机械式激光雷达海外市场的主要玩家有 Velydone、Ouster，国内玩家主要有禾赛科技、速腾聚创。

半固态激光雷达相比机械式激光雷达成本更低，且易过车规。半固态激光雷 达的激光器、探测器保持静止，不再进行机械旋转，并采用“微动”器件来替代机 械式的扫描器，旋转幅度只能做到 120°的水平扫描视野。从 2022 年即将量产的 配载激光雷达的车中，绝大多数搭载的激光雷达均为半固态式，单颗价格大部分 分也下探到 1000 美元以内。目前，半固态式激光雷达主要技术路线分为转镜式和 MEMS 微振镜式两种，其中转镜式半固态方案更加成熟。

MEMS 式激光雷达作为机械式激光雷达的革新形态出现，引领激光雷达体积 缩小、成本减少。MEMS 激光雷达通过 MEMS 微振镜来操纵激光束的偏转，可以 替代原来宏观的机械式旋转的部分，具有一定的半导体集成性，通过激光发射、 接收器的大幅度减少可以降低 MEMS 激光雷达的成本。并且，通过微振镜反射激 光形成较广的扫描角度和较大的扫描范围，可以形成更多点云，能够克服机械式 激光雷达在寿命和良品率的不足。

根据麦姆斯咨询估算，机械式激光雷达的每组 芯片成本约 200 美元，仅 16 组的芯片成本就高达 3200 美元。采用 MEMS 微振 镜设计方案的激光雷达将各种分立芯片集成设计到激光雷达控制芯片组，从而大 幅降低激光雷达的成本，如 Innoluce 曾发布一款 MEMS 激光雷达设计方案可以 将激光雷达的成本控制在 200 美元以内。MEMS 方案目前在激光雷达市场应用较 为广泛。全球范围内，MEMS 路径代表公司为 Luminar、Innoviz、速腾聚创。其中 Luminar 主要有 Iria 和 Hydra 两款产品，Ira 预计 2022 年量产；Innoviz 已经 与宝马达成合作；速腾聚创作为全球销量最大的机械式激光雷达企业之一，在 MEMS 激光雷达上也是最早布局研发并且领先的企业之一。

转镜式激光雷达最早通过车规，目前应用广泛。转镜式激光雷达保持收发模 块静止，通过电机带动转镜运动将光束反射至一定范围并实现扫描探测，技术层 面与机械式激光雷达类似。且与 MEMS 微振镜平动和扭转方式不同，转镜通过反 射镜面围绕圆心不断旋转，因此在功耗、散热等方面优势更为明显。法雷奥推出 的全球首款车规级激光雷达就采用了转镜形式。虽然转镜式激光雷达的可靠性比 机械式激光雷达高，但由于机械部件仍较多、体积上相对较大，在实际应用中由 于旋转产生的机械摩擦在长期之下还是会影响使用的精度，因此转镜式激光雷达 也将主要作为一种过渡方案。2017 年投产的转镜式的 Valeo SCALA 最早通过车 规级验证并实现大规模量产。

固态激光雷达通过半导体工艺把激光雷达一些核心部件集成在芯片上，体积 相对机械式更小。目前固态激光雷达主要有光学相控阵 OPA 和 Flash 两种。固态 激光雷达在结构上取消了机械旋转部件，因此相较于机械式激光雷达而言体积更 小。

OPA 激光雷达技术尚未成熟，商业化进程仍需一定时间。OPA（OpticalPhased Array，光学相控阵技术）取消了机械结构，将激光控制集成在一块 OPA 芯片，具有结构简单、体积小、扫描速度快的优点，耐久度上表现更加出色，光束 控制简单，可以动态控制扫描频率、分辨率和焦距调整，通过多线多维扫描可以 获得更高的数据采集率。但另一方面，采用 OPA 技术路线的企业需要自主研发芯 片，目前硅光方案耦合损耗较大，相位调制设计方案尚不成熟，仍处于早期研发 阶段。目前相对成熟的 OPA 方案为液晶相控阵方案，但也有响应速度过慢等缺点， 不适合车载使用。且由于 OPA 激光雷达要求阵列单元的尺寸不能大于半个波长， 所以每个器件尺寸只有约500nm，材料、工艺要求极高之下成本也一直处于高位， 目前较少专注于 OPA 激光雷达开发的厂商。Quanergy 为纯固态 OPA 方案的代 表厂商，其 S3 系列是业内首款基于 OPA 技术的激光雷达。

Flash 激光雷达是目前纯固态激光雷达的主流技术方案，数据获取快，但探 测精度、距离有所打折扣。Flash 激光雷达工作原理类似数字照相机，主要是利用 单个激光器通过光扩散器在短时间直接发射出一大片覆盖探测区域的激光，照射 到探测物体的反射光通过光学透镜反馈于高度灵敏的面阵光电传感器，通过记录 激光返回时间等信息可以计算被探测物体的深度、位置等信息，减少了扫描过程 中探测目标移动而带来的问题。Flash 激光雷达对抗震要求极高，同时由于探测距 离较短，需要采用大功率激光（有人眼安全隐患）或者高灵敏度探测器（成本较 高），需要对光源能量、发射方式进行创新。受限于探测精度和探测距离，目前 Flash 激光雷达主要应用于较低速的无人驾驶场景，如无人外卖车、无人物流车等。Flash 激光代表厂商有 LeddarTech、Sense Photonics、德国大陆、IBEO、北醒光子、 Xenomatix、Ouster 等。

技术路径众多，海内外厂商百家争鸣。从不同的技术路径布局看，目前机械 式激光雷达的玩家主要有 Velodyne、Ouster、禾赛、速腾等。混合固态激光雷达 的玩家主要有基于 MEMS 的速腾、Innoviz，基于转镜式的大疆 Livox、法雷奥、 Luminar 等。纯固态激光雷达玩家有 Quanergy、Ibeo 等。

趋势判断：MEMS 方案是目前中期的主流选择，纯固态式激光雷达随着商业 化落地有望成为未来的发展趋势。机械式激光雷达具有扫描速度快，接受视场小， 抗光干扰能力强，信噪比高等优势，缺点在于价格昂贵，光路调试、装配复杂、生 产周期漫长、行车环境下可靠性不高。机械式激光雷达价格高昂， MEMS 方案可 以大幅降低成本和体积。目前 MEMS 类半固态激光雷达是市场的最主流方案，相 对于纯固态方案更容易实现，搭载车型众多，仍将成为中期的主流选择。纯固态 式激光雷达具有扫描速度快、精度高、可控性好、体积小等特点，但纯固态激光雷 达技术并没有完全成熟，未来有望迎来商业落地并成为激光雷达的发展趋势。

文章来源：科普中国，未来智库