2022 电子行业深度报告：激光雷达千亿蓝海商用元年投资价值凸显.docx

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1、内容目录.自动驾驶推高激光雷达关注度，量产元年迎拐点61.1. 多传感器融合为L3级及以上自动驾驶感知层方案的未来开展趋势6激光雷达应用领域不断迭代拓宽，自动驾驶市场关注度走高81.2. 众多车企已实现L3级自动驾驶车辆的量产，全球自动驾驶加速渗透9.激光雷达市场规模空间广阔，格局分散下海外厂商暂占先发优势102 .主流传感器产品众多，激光雷达综合性能优越13激光雷达作为L3级自动驾驶的核心配件综合性能优越132.1. 激光雷达技术路径众多，厂商竞争百花齐放14.扫描方式：半固态占主流地位，长期看好固态的商用落地142.1.1. 测距方法：ToF大规模商用，关注FMCW高潜测距技术18激光发射

2、：看好EEL向VCSEL开展，建议关注PCSEL开展态势212.1.2. 激光探测：从 PD/APD 向 SPAD/SiPM 进发23信息处理方式：主流方案为FPGA,看好SoC的长期开展253 .单价下探利好需求释放，上游国产品牌迎接开展机遇26技术革新+行业需求增多，激光雷达单价不断下探有望迎来行业拐点263.1. 海外龙头垄断上游芯片市场，收发及光学元件领域国产品牌崛起28.产业链上中游百家争鸣，小荷才露尖尖角313.2. 炬光科技：领航国内高功率半导体激光器，激光雷达翻开下游成长空间31禾赛科技：主营机械式激光雷达，向车规级半固态激光雷达迈进323.3. 速腾聚创：智能激光雷达系统科技

3、龙头，量产车规级MEMS激光雷达迎接业绩释放333.4. 长光华芯：半导体激光芯片龙头，纵横开展加速幅员扩张34.投资建议364 .风险提示37资料来源：中汽协，乘联会，EVTank,智研咨询，汽车之家，Roland Berger,前瞻产业研究院,202020212022E2023E2024E2025E相关假设新能源乘用车L3渗透率3%5%7%9%10%新能源乘用车L4&L5渗透率1%2%3%燃油乘用车L3渗透率4%6%8%9%燃油乘用车L4&L5渗透率0.5%1.0%2.5%L3单车激光雷达搭载数量（个）1122.53L4&L5单车激光雷达搭载数量（个）444激光雷达ASP （美元）2000

4、15001200900600400激光雷达市场规模全球市场全球乘用车销量（万辆）536063686623682169587097全球乘用车销量YoY19%4%3%2%2%全球新能源乘用车销量（万辆）286650795102312521561全球新能源乘用车销量YoY127%22%29%22%25%全球新能源乘用车渗透率5%10%12%15%18%22%全球燃油乘用车销量（万辆）507457185828579857055536全球新能源乘用车市场激光雷达需求量（万颗）1940184357656全球燃油乘用车市场激光雷达需求量（万颗）23381213692048全球乘用车整体激光雷达需求量（万颗）

5、1927399617262704全球来用车激光雷达市场规模（亿美元）2.932. 789.6103.6108.2全球车载激光雷达市场规模（亿美元）3.438.5105.5121.9127. 2全球车载激光雷达市场规模YoY1020%174%16%4%20212025年全球车载激光雷达市场规模CAGR147%中国市场中国乘用车销量（万辆）201821482470281631823564中国乘用车销量YoY6%15%14%13%12%中国新能源乘用车销量（万辆）12532249478911461604中国新能源乘用车销量YoY159%53%60%45%40%中国新能源乘用车渗透率6%15%20%2

6、8%36%45%中国燃油乘用车销量（万辆）189318261976202820371960中国新能源乘用车市场激光雷达需求量（万颗）1025142327674中国燃油乘用车市场激光雷达需求量（万颗）079284489725中国乘用车整体激光雷达需求量（万颗）101044268151399中国乘用车激光雷达市场规模（亿美元）1.512.538. 348.956.0中国车载激光雷达市场规模（亿美元）1.714.645.157.665.8中国车载激光雷达市场规模YoY759%208%28%14%2021 -2025年中国车载激光雷达市场规模CAGR149%德邦研究所测算全球激光雷达竞争格局分散，海外

7、厂商具有明显领先优势。法国Tieri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%。图12 :全球激光雷达市场竞争格局（按专利数量）图13 : 2020年中国激光雷达市场份额华为，3% Innovusion,3%Ibeo, 4%华为，3% I

8、nnovusion,3%Ibeo, 4%Cepton, 7%Velodyne, 3%Innoviz, 4%其他,7%Continental, 7%Denso, 7%Robosense, 10%Luminar, Livox, 7%7%禾赛科技,资料来源：Yole,德邦研究所资料来源：Yole,德邦研究所资料来源：Frost&Sullivan,德邦研究所3.主流传感器产品众多，激光雷达综合性能优越3.1. 激光雷达作为L3级自动驾驶的核心配件综合性能优越各个传感器均有其优劣势，适用于不同的应用场景，激光雷达作为L3级自 动驾驶的核心配件综合性能优越。主流的自动驾驶环境监测传感器主要包括摄像 头、毫

9、米波雷达、超声波雷达与激光雷达。激光雷达的通过建立三维点云图，可以 实时进行环境感知，探测精度也更优越。同属于光学传感器的摄像头和激光雷达 在大雨雪雾等极端天气受影响大，但在清晰的环境下，激光雷达在白天和黑夜中 等距离(150米左右)的探测精度要超过毫米波雷达。表1 :主流传感器基本参数及优劣势比照参数摄像头超声波雷达毫米波雷达激光雷达原理1)图像处理，将图片转换为二维 数据；2)模式识别，通过图像匹配进行 识别，如车辆、行人、车道线、 交通标志等；3)利用物体的运动模式，或双目 定位，估算目标物体与本车的相 对距离和相对速度释放超声波，当遇到障碍物 时，超声波反射，从而获取 障碍物的具体距离

10、把无线电波(雷达波)发出去，然 后接收回波，利用障碍物反射波的 时间差确定障碍物距离，利用反射 波的频率偏移确定相对速度通过发射信号和反射信号的比照， 构建出点云图，从而实现诸如目标 距离、方位、速度、姿态、形状等 信息的探测和识别波长可见光：390-770nm 红外光：1mm-760nm40KHz： 8.5mm58KHz： 5.9mm频率范围10GHz200GHz(24GHz (125mm)、77GHz(39mm)为民用主流)，波长110mm；905nm、1550nm探测距离跟像素有关，0-150m跟功率/频率有关，0-3m跟频率有关系，0-250m跟波长/功率有关，0-300m探测精度是唯

11、一能够清楚分辨和识别道路 目标的传感器，在复杂的运动路 况环境下都都能保证采集到稳定 的数据在0.1-3米之间时精度较高79GHz-81GHz频段毫米波雷达的精度可以到达5cm精度高，能做车道线检测。激光直 线传播、方向性好、光束非常窄， 弥散性非常低，因此激光雷达的精 度很高数据类型图像位置、速度位置、速度位置、速度、形状本钱(美元/件)高清摄像头60-15010-2024GHz： 50-10077GHz： 120-1501000-20000应用场景车道偏离预警、前向碰撞预警、 交通标志识别、车道保持辅助、 行人碰撞预警、全景泊车、驾驶 员疲劳预警自动泊车或者倒车辅助盲点监测，车道偏离预警，

12、车道保 持，自适应巡航，自动紧急刹车， 前向碰撞预警自动驾驶L3优势(1)性能强大，能准确识别各类 目标信息(2)配合高性能信号处理硬件， 能实现对目标的实时监测(1)雷达结构简单模块小巧 且易于实现(2)超声波雷达数据处理算 法清晰易于系统开发(1)抗干扰能力强，毫米波穿透 雾、烟、灰尘的能力强，受雨，雪 天气影响小(2)毫米波雷达不仅可以测距，还 能测速、测角，甚至能根据目标信(1)波长短，测量精度高多线束的探测，可以实现对场景 的三维成像息估计目标大小尺寸等(3)毫米波雷达模块小巧，易于安装，可以安装多个毫米波雷达传感器元件以便于道路覆盖探测(1)受视角影响较大，无法做到(1)抗干扰能力

13、低，易受自然光或热劣势全方位检测(2)受天气影响较大，极端环境条件下无法工作(3)对硬件性能要求过高，由于要实时处理消量图片信息，因此需要配合高性能计算硬件，整体(1)超声波雷达的作用距离近，其作用范围几厘米到几米之间(2)超声波雷达测量精度低，无法探测细小目标(1)精确度是硬伤，多重波段并存 的行车环境中探测能力大大减弱， 且无法感知行人、道路指示等(2)信号处理算法也较为复杂车载系统本钱上升辐射影响，在雨雪雾等天气的作用下，激光雷达使用受限(2)激光发射、被测目标外表粗糙等因素都对测量精度有影响(3)结构复杂，本钱高昂。除激光器本身，还必须添加精密伺服机构，实现对探测空域机械扫描资料来源：

14、电子工程，与非网，车云、高工智能汽车，OFweek,德邦研究所从目前多融合传感器派系厂商的车企技术规划来看，激光雷达 毫米波雷达、 超声波雷达等多传感器、多路线融合使用的方案占据主流。衡量自动驾驶传感器 性能的十个特征：近地探测、探测距离、分辨率、夜间工作能力、日间工作能力， 雪/雾/雨工作能力、色彩比照度、探测速度、传感器大小、传感器本钱。特斯拉的 传感器采用视觉为主，超声波雷达为辅的解决方案：一辆Model 3上，共有8个 摄像头，1个毫米波雷达，12个超声波雷达，多种传感器组合特征值变现较高。 从近两年主流新势力车企、自主品牌、外资/合资车企规划交付车型的传感器搭载 方案看，激光雷达作为

15、实现L3级及以上自动驾驶的核心配置必不可少，多传感 器、多路线融合的方案可以助力自动驾驶实现性能的多维提升。图14 ：各车企搭载激光雷达的车型及详情激光雷达供应商激光雷达供应商车企InnovusionInnoviz大疆Li vox速腾聚创速腾聚创/速腾聚创速腾聚创速腾聚创禾赛科技禾赛科技禾赛科技蔚来 宝马 小鹏 小鹏 威马广汽埃安 上汽 LucidM为为为EOEO4华华华B BLuminar法雷奥法雷奥大陆/大陆/大陆VelodyneAevaAeva想合度吒城安汽城城汽驰田田理高集哪长长北长长上奔本丰丰田丰田 福特 群众 群众ET5Falcon半固态-振镜+转镜111125宝马iXInnovi

16、zOne半固态-MEMS110125P5 (550P、600P车型)浩界HAP半固态-棱镜213125G9RS-LiDAR-Ml半固态-MEMS2/M7RS-LiDAR-Ml半固态-MEMS37/Ai on LX PlusRS-LiDAR-Ml半固态-MEMS312126智己L7RS-LiDAR-Ml半固态-MEMS广312512AirRS-LiDAR-Ml半固态-MEMS114125理想L9AT 128半固态-转镜112125HiPHi ZAT 128半固态-转镜17/5/AT128半固态-转镜/哪吒S96线半固态-转镜318125机甲龙96线半固态-转镜411125阿维塔Ell96线半固态

17、-转镜313126极狐阿尔法S全新HI版96线半固态-转镜313126WEY摩卡ibeoNEXT固态-Flash37125WEY摩卡ibeoNEXT固态-Flash37125飞凡R7Iris半固态-振镜+转镜1/2 (4D)新款S级Scala 2半固态-转镜1/Legend Hybrid EXScala 2半固杰-转镜52125雷克萨斯新款LSIIFL110固态-Flash3/新款MiraiHFL110固态-Flash3/“赛那 SIENNA Autono-MaaS/固态411/5OtosanVelarray H800共振镜/奥迪c-tronAeriesFMCW测距16/5群众ID BUZZA

18、eriesFMCW测距614/车型激光雷达产品激光雷达光束操纵方式激光雷达摄像头超声波雷达毫米波雷达资料来源：盖世汽车，汽车之家，太平泮汽车，前瞻产业研究院，传感器专家网，高工智能汽车，集微咨询，各车企官网，德邦研究所3.2. 激光雷达技术路径众多，厂商竞争百花齐放,扫描方式：半固态占主流地位，长期看好固态的商用落地按扫描方式分，主要有机械式、半固态式(包括MEMS、棱镜、转镜等卜固态式（主要是OPA、Flash两种方案）三种路径。机械式激光雷达体积大、本钱高，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

19、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，相应的元器件本钱也更高，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

20、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。图15：机械式激光雷达结构图图16 ：机械式激光雷达搭载效果图资料来源：Cruise官网，德邦研究所资料来源：汽车之家，德邦研究所半固态激光雷达相比机械式激光雷达本钱更低，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，单颗价格大局部 分也下探到1000美元以内。目前，半固态式激光雷达主要

21、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、本钱减少。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局部，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激光雷达的本钱。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缺乏。根据麦姆斯咨询估算，机械式激光雷达的每组 芯片本钱约200美元，仅16组的芯片本钱就高达3200美元。采用MEMS微振 镜设计方案的

22、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 幅降低激光雷达的本钱，如Innoluce曾发布一款MEMS激光雷达设计方案可以 将激光雷达的本钱控制在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。图18 : Innoluce采用MEMS微振镜式激光雷达设计方案图17 :

23、MEMS半固态激光雷达工作原理Function generatorprocessing board PC资料来源：EDN China,德邦研究所Transmission channelLaserLaser driverMEMS driver ASICMEMS mirrorLIDAR controller chip(ADC. GHz samp4ing. TDC. signal process(, data mumcabon.Transimpedance amplifiersAPD sensor arrayReceiver channel资料来源：Innoluce官网，EDN China,德邦研究

24、所图20 ：二维转镜激光雷达示意图图19：转镜式激光雷达资料来源：汽车之心，德邦研究所负责横向激光扫描负责纵向激光扫描资料来源：电动生活，德邦研究所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

25、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

26、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、工艺要求极高之下本钱也一直处于高位， 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。图

27、22 :光学相控阵原理图21 : OPA固态激光雷达资料来源：汽车之家，德邦研究所资料来源：Quanergy官网，汽车之家，德邦研究所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应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

28、激光（有人眼平安隐患）或者高灵敏度探测器（本钱较 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、旧EO、北醒光子、 Xenomatix. Ouster 等。图23 : Flash固态激光雷达图24 : Flash固态激光雷达工作原理detection and measurementsdetection and measurements3Dflash固态激光雷达资料来源：LeddarTech,德邦研究所

29、资料来源：LeddarTech,德邦研究所资料来源：汽车之家，德邦研究所技术路径众多，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开展趋势。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

30、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 以大幅降低本钱和体积。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开展趋势。表2 :各路径激光雷达特点总结扫描方式细分扫描方式细分原理优点缺点代表厂商是否过军规机械式竖直方向上布局了多组激光线束，发射线别丰富，目前已有4-64线体积大、本钱高、稳定性和接收模块需360旋转进行发射和扫多种价格层次；技术成熟性能差、可

31、量产性差且难以满高，可实现360。扫描海夕卜：Velydone、Ouster；禾赛科技、 聚创、大疆Livox足车规级的严苛要求否，仅限 于自动驾 驶研发测试通过MEMS微振镜来操纵激光束的偏 转，替代原来机械式旋转的局部；激光 MEMS 发射、接收器的大幅度减少；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PLD发射激光，变成平行光后经旋转 半固态式 棱镜的棱镜改变光路，使激光从某角度发射出去，打到物体上反射后从原光路返回,被APD接收具有半导体集成性，元器件大幅减少使体积缩小、本钱降低；寿命和良品率较机械式有所提升；易过车规降低了对焦与标定复杂度，生固态式只能

32、做到120的水平扫描视野结构复杂、体积难控制,产效率得以大幅提升、本钱较轴承与衬套磨损风险较大机械式大幅下降且符合车规；存在雷达启动短时间内可靠性更高、探测距离远;分辨率过低的问题保持收发模块静止，通过电机带动转镜 转镜运动将光束反射至一定范围并实现扫描探测，技术层面与机械式类似OPA取消了机械结构，将激光控制集成在一块OPA （光学相控阵技术）芯片Flash目前纯固态激光雷达的主流技术方案；原理类似数字照相机，主要是利用单个激光器在短时间发射出覆盖探测区域的激光，照射到探测物的反射光通过光学透镜反应于光电传感器，通过记录激光返回时间计算被探测物体的深度、位置等信息海外：Luminar、Inn

33、oviz；国内:速腾聚创、镭神智能国内：大疆Livox机械部件较多、体积上相海外：Innovusion、最早通过车规，目前应用广对较大，机械摩擦长期仍法雷奥;泛；可靠性比机械式高会影响使用精度，更多视 国内：禾赛科技、结构简单、体积小、扫描速度快；光束控制简单，可以动态SriKattlSW获得更高的数据采集率核心部件集成在芯片上，体积小；减少扫描过程中探测目标移动带来的问题作为一种过渡方案企业需要自主研发芯片,华为技术尚未成熟，仍处于早海外：Innovusion、黑髓健居蕤耀应速度过慢等缺点，不适合车载使用对抗震要求极高；同时由于探测距离较短，需要采用有人眼平安隐患的大功 率激光或本钱较高的高

34、灵 敏度探测器，需对光源能量、发射方式进行创新法雷奥；否，尚未国内：禾赛科技、 成熟 华为海外：德国大陆、IBEO；国内：北醒光子、北科天绘否，尚未成熟资料来源：电子工程，电动生活，德邦研究所3.2.1, 测距方法：ToF大规模商用，关注FMCW高潜测距技术按测距方法的主要分类有：飞行时间（Time of Flight ToF ）测距法、基 于相干探测FMCW测距法、三角测距法。三角测距法的原理是通过激光雷达发射器发射激光，经过物体Object反射 回来后被图像传感器CMOS （图中Imager）捕捉。通过焦点0作一条辅助线 平行于入射光线，交Imager于X。通过相似三角形相关原理，有q/f

35、=s/x,且 入射角B，有sinB=q/d,两方程联立可计算得探测距离d=sf/xsinB。三角测距雷达在本钱上低于TOF雷达，但使用过程中远距离的测量精度受 限。因三角测距法方案成熟，可以通过批量生产将本钱降到很低的水平，近距离 的三角测距雷达本钱已经在百元级别，相比之下进口 TOF雷达的售价动辄在万元 以上。三角测距雷达在实际使用时并不稳定，在工业领域的应用中会受到很大限 制。根据三角测距公式，随着距离d的增加，8角度下的三角函数精度减弱，因 此三角测距法对于远距离测量精度较差。图25 ：三角测距法原理资料来源：EEPW,德邦研究所图26 ：三角测距激光雷达资料来源：EAI科技官网，德邦研

36、究所TOF （ Time of flight）原理能够克服三角测距发的测量距离限制，并且提高 了精度。TOF测距原理的核心是利用光速测距，首先激光发射器对探测物体发射 激光脉冲，计时器记录发射时间；脉冲经物体反射后由接收器接受，计时器记录 接受时间，通过时间差乘以光速即得到距离的两倍。TOF测距法原理简单，但是实际应用中需要克服一些难点。1 ）计时问题：由 于ToF利用光速测距，光速非常快所以测量时间非常短，对计时器的精确度要求 非常高。2）脉冲问题：a）发射器端，需要发射高质量的脉冲激光，对于出射光 脉宽要求在几纳秒左右，对上升沿的要求越快越好；b）接收器端，需要尽可能保 持信号不失真。在进

37、行回波信号处理时，要尽量保证信号不失真；即使信号没有 失真，对于同一距离的不同物体测距时前沿也会有所变动，从而得到不同的回波 信号，如下列图的黑白纸，时间测量系统必须测出下列图同一距离下的黑白纸的前沿 是同一时刻的，因此需要特殊的处理。图27 : TOF测距法直观图图28 :同距离不同物体回波信号不同白纸的回波信号白纸的回波信号黑纸的回波信号资料来源：EEPW,德邦研究所资料来源：EEPW,德邦研究所FMCW测距法比TOF抗干扰能力更强，但技术门槛、价格高，目前尚未量 产。FMCW属于相干测量方式，主要通过发送和接收连续激光束，把回光和本 地 光做干涉，并利用混频探测技术来测量发送和接收的频率

38、差异，再通过频率差换 算出目标物的距离。FMCW测速能力及灵敏度较强 且抗干扰能力强可oF使用时间来测量距离， 容易受环境光干扰；而FMCW使用频率来测量距离，具有探测距离远，抗干扰能 力高，功耗低等特点。据高工智能产业研究院，FMCW的灵敏度超ToF十倍，功 耗比TOF低1000倍。FMCW技术门槛高，探测距离远带来的高损耗，对系统集 成、信号处理要求很高，因此价格也比TOF雷达更高，目前尚未量产。图29 ： FMCW激光雷达结构及实物图图30 ： FMCW激光雷达原理图TransceiverStar PhaseGrating Emission AreaflSampled Grating D

39、BK laserFront Mjmir （而n Phaw Bear Mirror Receiver circui资料来源：汽车之心，德邦研究所资料来源：期刊光电技术应用2019年第1期，德邦研究所表3 ： TOF与FMCW测距法比照技术性能FMCWTOF探测体制相干探测直接探测抗干扰能力极强差有效探测所需光子数101000工作距离（人眼平安受限）超过车载指标需求不满足车载指标需求人眼平安等级高低精确速度信息有无固态扫描兼容性完全兼容不适用毫米波雷达兼容性兼容不兼容技术复杂度硅光集成制造工艺技术复杂度硅光集成制造工艺复杂 适用简单 适用资料来源：Ofweek,德邦研究所TOF的应用那么更为广泛，

40、目前是激光雷达厂商的主流测距方案。三角测距雷 达远距离测量精度受影响，使用场景受限，目前主要应用于室内短距离测距，最 典型的场景为扫地机器人。而在探测范围较大场景（比方商场、机场或者车站）， 以及室外场景，由于易受环境光干扰，且裸露在外转动的方案使其在防尘防水方 面非常脆弱，在一些特殊场景的应用如AVG小车工作的车间经常会有很多灰尘， 三角雷达的电机非常容易损坏。相比之下，TOF雷达采用半固态设计，防护效果 更优秀，工作寿命也更长。ToF是目前市场车载中长距激光雷达的主流方案， FMCW理论优势明显，预计未来随着FMCW激光雷达整机和上游产业链不断成 熟，FMCW激光雷达将和ToF激光雷达在市

41、场上并存。表4：主要测距方法的特点测距方法主要特点ToF法传感器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离。ToF技术开展成熟，响应速度快、探测精度高。发射波为高频连续波，其频率随时间按照三角波规律变化。可通过发出恒定的激光光流，并FMCW法定期改变光的调频，到达对物体位置与速度的精准测量。FMCW激光雷达具备10100倍的高灵敏度，长距离探测、低功耗、抗干扰、同时获取即时速度。_发射器发射激光，经物体反射回来后被图像传感器CMOS捕捉，并通过相似三角形相关原理三角测距法计算得探测距离。三角测距激光雷达具备设计方案成熟、批量生产本钱低

42、的优势，但因实际使用过程中并不稳定，在工业领域的应用受到很大限制，更适合在消费级产品上使用。 资料来源：维科网，传感器专家网，德邦研究所图31 ：主要激光雷达厂商技术路径企业技术路径扫描方式探测方式应用场曷机被式济,合国态固态MEMSFlashOPAToFFMGW无人驾驶消费机器人AGV移动终端无人机速膈聚创JJVJJJ未赛科技9VJJ镭种智能VVVf NVJVJVVJ北科天绘VVVJJ北解光子VJJJJJJ力策科技VJVJVJ光勺科技VJ国科光芯VVVVVV涔微科技VJVJJJ探维科技VVVVV大疆VVJV华为9 7JJJ资料来源：前瞻产业，德邦研究所3.2.2, 激光发射：看好EEL向VC

43、SEL开展，建议关注PCSEL开展态势激光器是发射激光的装置，主要有边缘发射激光器EEL、垂直腔面发射激光 器VCSEL、光子晶体结构外表发射激光器PCSEL三种主流方向。技术不断迭代下VCSEL发光功率有望升高 看好多结VCSEL的开展潜力。EEL的光斑为椭圆形，特点是发光功率密度高，但因为发光面在半导体晶圆的侧 面，使用过程中需要经过切割、翻转、镀膜、再切割的工艺步骤，并且对人工装调 技术要求高，每一颗激光器都需要使用分立的光学器件进行光束发散角的压缩和图表目录图1： SAE自动驾驶分级6图2：智能驾驶的感知决策执行层架构7图3：特斯拉Model 3部署的汽车传感器位置图8图4：特斯拉Model 3自动驾驶传感器配置8