2022年激光雷达行业深度研究报告.docx

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1、2022年激光雷达行业深度研究报告一、智能驾驶风起云涌，激光雷达乘风启航2022年将是L2向L3/L4跨越窗口期，智能汽车产业链迎来风口。受益政策驱动和产业链持续推动，汽车智能化发展如火如荼。根据我们的测算,2022年L2级智能车的渗透率迈入20-50%的快速发展期，L3级别的智能车有望实现小范围落地。2020年12月10日，奔驰L3级自动驾驶系统获得德国联邦交管局的上路许可，率先吹响了汽车智能化的冲锋号。此外，CES2022展会上，索尼高调官宣全面进军智能汽车；英伟达、高通、Mobileye持续升级自动驾驶平台，车企合作进一步深化；Mobileye宣布将与极氮合作于2024年发布全球首款L4

2、级汽车。随着针对汽车智能化的业务布局和产业投资加速推进，汽车智能化时代悄然而至，2022年将成为全球汽车智能化的元年。智能驾驶感知层先行，多种传感器互为补充。智能驾驶涉及感知、决策和执行三层：感知层负责对汽车的周围环境进行感知，并将收集到的信息传输至决策层进行分析、判断，然后由决策层下达操作指令至控制层，最后控制层操纵汽车实现拟人化的动作执行。感知层是汽车获取驾驶环境信息并做出有效决策的重要模块，由多类传感器组成，包括车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达以及惯性导航设备（GNSSandIMU）等。智能驾驶系统分为感知、决策和执行三层云计算存储芯片图像识别语音识别高精定位及地图自动驾驶褰

3、略控制执行层运动执行系统制动系统刹车系统转向系统操作系统诊断系统（OBD）辅助齿验系统（ADAS）人机交互不同传感器在感知精度、感知范围、抗环境干扰及成本等多方面各有优劣。1）摄像头：成本较低，可以通过算法实现大部分ADAS功能，探测距离在6-100米；缺点是易受环境干扰，在光照情况不佳（强光/逆光/夜晚/恶劣天气）的情况下作用受限，且摄像头获取的是2D图像信息，需要通过算法投影至3D空间实现测距功能，对算法的要求高。2）激光雷达：可绘制3D点状云图，具备高探测精度，可以精准地得到外部环境信息，探测距离在300米以内；缺点是成本高昂，目前单台价格在1000美元左右，且在大雾、雨雪等恶劣天气下效

4、果差。3）毫米波雷达：技术成熟、成本较低，且不受天气影响，可实现全天候工作，有效探测距离可达200米；缺点是角分辨率低、较难成像，无法对道路上的小体积障碍物及行人进行有效探测。4）超声波雷达：成本极低，但感知距离较近,有效探测距离通常小于5米，主要用于停车辅助。不同传感器的性能对比名款成本优势范阁功能摄像头35-50美元成本较低，可以通过算法实现各:功能6100米思劣条件下，率以测距，会导致失效。测龙时,时算法要求校高能实现大部分ADAS功能，测距功能对算法要求高微无雷达600-75000美元可以精准徉列外部环境信息300第以内成本高，大靠、雨雪天故果屋，无法旅仔外界图像网四环境3D建模受米波

5、南达300-500%无不殳天气多喻，海范,图广、就度高200木以内无法识别道场指示牌、行人等无法无成祝觉识别技高的功能超声波传感叁1异20美元成本低广域，高精度定位保持在10来以内探温距离短，应用局限大倒方超车提N、倒车提醺红外传感器600.2000美元夜现效果极色最远探测花围于以要过500米成本高，技术由国外垄断实现汽车的夜祝功能智能驾驶方案分为纯视觉方案和多传感器冗余融合方案。1）摄像头主导的纯视觉方案：完全模范“人眼+大脑”的信息感知和处理方式，以摄像头作为感知层的主导传感器，并辅以毫米波雷达进行距离探测,通过算法弥补摄像头感知精度的缺陷，典型代表是特斯拉。2）激光雷达主导的多传感器冗余

6、融合方案：以具备高精度探测能力的激光雷达作为主导传感器，通过和车载摄像头、毫米波雷达等其他传感器进行冗余融合，实现对周围环境的精准感知。在算力还无法完全弥补硬件感知缺陷的情况下,激光雷达在高级别自动驾驶中具备不可替代的优势。激光雷达是目前精度最高的传感器，精度达到毫米波雷达的10倍，且相比摄像头受到的环境干扰更小，可以精准地得到外界的环境信息并进行3D建模，在对信息精度具备苛刻要求的高级别自动驾驶中具备不可替代的优势。鉴于当前还无法通过自动驾驶算法完全弥补硬件在环境感知方面的缺陷，采用以激光雷达为主导的多传感器融合方案收集海量信息，是目前提高汽车感知精度和可信度的主流方案。2022年多款可支持

7、L3/L4级别的自动驾驶车型开启交付，推动激光雷达实现量产上车。2022年是L2向L3/L4跨越窗口期，包括奔驰S、宝马ix、蔚来ET7、小鹏G9、理想L9等多款搭载激光雷达的高级别智能车开启交付。高级别智能车落地加速激光雷达上车，CES2022多款激光雷达产品重磅亮相。1）禾赛科技：首次亮相已获全球数百万台定点的车规级半固态激光雷达AT128,将于22H2交付,并发布将于23Q1交付的全新近距超广角激光雷达QT128,可应用于L4级robotaxi和robotrucko2）法雷奥：推出第三代扫描激光雷达，由微转镜方案转为MEMS,可检测200米开外肉眼、摄像头和雷达所看不到的物体，预计202

8、4年投放市场。目前法雷奥激光雷达出货已达16万只。3）速腾聚创：第二代智能固态激光雷达RS-LiDAR-Ml完成车规级量产，获得比亚迪、广汽埃安、威马汽车、极氮等众多知名车企的定点订单,并推出全新款128线机械式激光雷达RS-RubyPluso4) Innovusion：推出图像级超远距激光雷达猎鹰(Falcon),探测距离最远可达500米，将首搭于蔚来ET7,于22Q1交付。5) Luminar：宣布与沃尔沃深度合作，其Iris激光雷达将搭载于沃尔沃一款纯电概念车上。随着智能驾驶级别提升加上成本下行，激光雷达有望成为L3及以上智能车的标配。目前激光雷达的单台成本约为1000美元，由于成本高昂

9、，激光雷达在L1/L2级别车型中属于选配，随着L2向L3、L4跃迁，激光雷达的探测优势开始凸显，L3/L4/L5分别需要1/2/4台激光雷达。同时，出货量增加形成规模效应，以及技术成熟后制造成本降低，激光雷达的价格将持续下行。据Livox预测，到2025年当整机厂的激光雷达出货量达到百万台/年时，成本有望下降到500美金以内。因此，随着成本持续下行推高性价比，激光雷达有望成为高级别智能汽车的标配传感器。激光雷达2021-2030年市场规模的CAGR达到79%,在所有感知层传感器中弹性最大。结合此前提到的ADAS渗透率、激光雷达单台成本以及不同级别智能车的激光雷达搭载方案，我们测算出激光雷达的市

10、场规模将从2021年的5亿元，增长至2030年的1042亿元，CAGR高达79%,成为汽车智能化感知层中弹性最大的赛道。二、多技术路线百花齐放，OPA+FMCW有望最终胜出激光雷达属于主动测量装貉，结合高精地图可以实现厘米级的定位精度。激光雷达是一种通过发射激光来测量物体与传感器之间精确距离的主动测量装貉，通过激光器和探测器组成的收发阵列，结合光束扫描，借助激光点阵获取周围物体的精确距离及轮廓信息，实现对周围环境的实时感知和避障功能。同时，激光雷达可以结合预先采集的高精地图，达到厘米级的定位精度，以实现自主导航。从结构上来看，激光雷达可以分为光发射系统、光接收系统、扫描系统和信息处理系统。在T

11、OF激光雷达核心模块示意图扫描模块发射根块接收模块扫描器小电机、微振位等扫描器驱动骅动扫描密实现偏转发射光学系统含透镜.反豺镜.述光片等接收光学系统含迨枕.反射铳.逋光片等激光器如EEL.VCSEL探测器如API）、Si PM、SPAD激光驱动驱动激光发射若发射激光休冲模拟前端通道选通及授拟信号放大模数转换模拟信号转换成数字信号主控模块时序控制、波用算法处理滋先雷达其他功能模块控制、生成点云收据控制及处理模块发展初期阶段，激光雷达多种技术路线百花齐放。2022年伴随L2向L3/L4跨越，激光雷达实现量产上车。但从渗透率来看，搭载激光雷达的L3及以上级别的智能车渗透率才刚起步，激光雷达仍处于发展

12、初期。出于对性能和成本的权衡考量，目前市场上的激光雷达方案百花齐放，多种技术路线并行。在分类上，可以按照激光器、探测器、扫描方式以及测距方式进行区分。2.1发射系统：EEL激光器占主导，未来可能转向VCSEL和光纤激光器按发射激光器分，目前主要采用EEL激光器,未来可能转向VCSEL和光纤激光器。半导体激光器主要包括EEL（边发射激光器）和VCSEL（垂直腔面激光器），主要发射激光波长为905nmoEEL激光器具备高发光功率密度，缺点是工艺复杂带来成本高企、产品易碎，因此半导体激光器逐渐转向可靠性和生产成本都大幅盖上的多结VCSEL激光器。光纤激光器以半导体激光器为主要泵浦源，通过玻璃光纤作为

13、增益介质，主要发射激光波长为1550nm,可以获得更高功率和质量的光束，但成本也更加高昂。按发射系统的光源波长分，905nm激光为当前主流方案，长期来看1550nm激光更占优。l)905nm激光：产业链成熟，且可以使用Si探测器，成本较低，因此成为目前的主流选择。但由于可见光波长约为390-780nm,905nm属于近红外激光，容易被人体视网膜吸收并造成视网膜损伤，因此905nm方案只能以低功率运行，基本200米已经是探测距离极限。2)1550nm激光：远离人眼可见光波长，大部分光在到达视网膜之前就会被眼球的透明部分吸收，同等功率下1550nm激光对人眼的安全性是905nm激光的10万倍以上，

14、安全功率上限是905nm的40倍，探测距离可以提升至250米甚至是300米以上。但1550nm无法被Si探测器探测，需要使用成本更高的Ge或者InGaAs探测器，且因为滤光片镀膜等技术难度更高，导致良率较低抬升整机成本。2.2扫描系统：混合固态为当前主流，未来看好纯固态按扫描系统分，激光雷达方案分为机械式、混合固态（半固态）和固态三种。1）机械式激光雷达：研发最早，技术最为成熟，特点是竖直方向排列多组激光束，通过360旋转进行全面扫描。扫描速度快，抗干扰能力强，因此最早应用于自动驾驶测试研发领域，但高频转动和复杂机械结构使机械式激光雷达使用寿命过短，易受损坏，难以符合车规，不适合量产上车。2）混合固态分为转镜、MEMS和棱镜三种a）转镜式：激光发射模块和接收模块不动，只有扫描镜在做机械旋转，可实现145的扫描。优势是容易通过车规认证，成本可控，可以量产。全球第一款通过车规认证的法雷SCALA转镜式激光雷达于2018年搭载于奥迪A8Ob）棱镜式：用两个楔形棱镜使激光发生偏转,通过非重复扫描，解决了机械式激光雷达的线式扫描导致漏检物体的问题。点云密度高，可探测距离远，可实现随着扫描时间增加，达到近100%的视场覆盖率。但机械结构更加复杂，零部