激光雷达外企优势犹在，国内企业奋起直追

与雷达的工作原理类似，激光雷达通过测量激光信号的时间差和相位差确定距离，其最大优势是能够利用多谱勒成像技术创建出目标清晰的3D图像。激光雷达通过发射和接收激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出到目标对象的相对距离。

■激光雷达测距原理

相比于可见光、红外线等传统被动成像技术，激光雷达技术颠覆了传统的二维投影成像模式，可采集目标表面深度信息，得到目标相对完整的空间信息，经数据处理重构目标三维表面，获得更能反映目标几何外形的三维图形，同时还能获取目标表面反射特性、运动速度等丰富的特征信息，为目标探测、识别、跟踪等数据处理提供充分的信息支持、降低算法难度。

■Velodyne HDL-64 激光雷达系统扫描点云图

机械式VS固态式，未来趋势如何？

根据结构，激光雷达分为机械式激光雷达、混合固态激光雷达和固态激光雷达。机械式激光雷达以一定的速度旋转，在水平方向采用机械360°旋转扫描，在垂直方向采用定向分布式扫描以搜集动态信息。

混合固态激光雷达微机电系统（MEMS）微镜把所有的机械部件集成到单个芯片上，利用半导体工艺生产，不需要机械式旋转电机，而是以电的方式来控制光束。

固态激光雷达分为OPA固态激光雷达和Flash固态激光雷达，其中OPA技术原理与相控阵雷达类似，它由元件阵列组成，通过控制每个元件发射光的相位和振幅控制光束，无需任何机械部件；Flash面阵式激光雷达不同于以上三种逐点扫描的模式，它利用激光器同时照亮整个场景对场景进行光覆盖，一次性实现全局成像。

■激光雷达结构分类

在自动驾驶“跨越式”的演变历程中，机械式雷达率先发展起来。经过不断迭代，目前机械式激光雷达的技术已经趋于成熟，同时高线束的机械式激光雷达能够获得更高的分辨率与测距距离，所以目前更容易获得高级自动驾驶商的青睐。但使用传统机械式激光雷达，也会面临高昂的装车成本问题，和产品低稳定性带来的安全风险和维护成本。

■机械式激光雷达结构示意图

未来固态激光雷达会代替现有的机械式激光雷达，因为固态激光雷达可以很好地解决机械式激光雷达面临的物料成本高和量产成本高的问题。固态激光雷达的优势在于，能够最大程度地减少例如电机、轴承等可动机械结构带来磨损，同时也消除光电器件因为机械旋转可能造成故障，整体散热及稳定性相比于机械式激光雷达有质的飞跃。

■MEMS 激光雷达结构示意图

在固态激光雷达技术演技路线层面，基于微机电系统方式的固态激光雷达将很有希望成为成熟方案，OPA与Flash则是明日之星。基于OPA的固态激光雷达，尽管有着扫描速度快、精度高、可控性好的优点，但其生产难度较高；而Flash雷达虽然稳定性和成本不错，但其探测距离较近。

■固态激光雷达解决机械激光雷达的问题

相比之下，通过微振镜的方式改变单个发射器的发射角度进行扫描，由此形成面阵扫描视野的微机电系统激光雷达，不仅在技术上更容易实现，价格也更加可控。

■四种激光雷达性能比较

海外厂商存在优势，国产势力逐步崛起

从产业链的角度来看，激光雷达所处环节积聚了大量价值，具有很强的产业附加值。激光雷达是下游导航、绘测等应用的核心部件，目前产能稀缺导致供不应求，呈现卖方市场，对下游有很强的定价权，因此该产业链主要附加值在于激光雷达部分，行业整体盈利空间较大。

■激光雷达产业链

激光雷达产业链中，海外厂商在上游和中游都存在显著优势，在技术和客户群等方面都领先国内厂商，但国内厂商近年来奋起直追，取得了许多突破性的进展。2020年2月，国家发改委牵头发布《智能汽车创新发展战略》，首次官方明确“新基建”七大板块，激光雷达作为终端传感器设备，在自动驾驶、车路协同等智能交通、智慧城市领域的作用不断凸显。

上游：核心元器件海外垄断明显，国产自研势力涌现

激光雷达产业的上游主要包含激光发射、激光接收、扫描系统和信息处理四大部分。四大部分中的大量光学和电子元器件构成了激光雷达的基础。其中，发射部分包含了激光器和发射光学系统，接收部分包含了接收光学系统和光电探测器，扫描部分除了传统旋转电机和扫描镜，核心是微机电系统微镜，信息处理部分包含放大器、数模转换器以及软件算法。上游的核心元器件厂商，无论是光学元器件和电子元器件，涉及精密仪器、芯片的加工和制造，目前基本被国外大的厂家所垄断。

■激光雷达产业链代表厂商

2017年及以前，国内厂商在上游核心元器件的技术尚未发展起来，与之相关的专利技术申请数量极少。截至2017年，全球一共申请了3万多项与汽车激光雷达有关的专利，其中与激光雷达产品本身直接相关的专利近7000项，这些专利由2000多名申请实体提交。

这些专利主要集中在边缘发射激光器、发光二极管LED、垂直腔面发射激光器、雪崩光电二极管和单光子雪崩二极管、Flash面阵式激光雷达和固态激光雷达五大领域；几乎所有的国际零部件厂商、主机厂、初创企业都在大量囤积激光雷达的相关专利，巩固自身优势。

■激光雷达上游主要厂商

但近年来国内厂商也通过自研在上游核心元器件领域取得了突破性进展，在扫描系统、激光器和光源接收器等领域涌现出一批中国创业型企业。此外，中国市场上的激光雷达芯片，特别是信号处理所需的元器件主要依赖进口，这在一定程度上抬高了激光雷达的生产成本，因此多家国内的芯片企业都在争取通过各自的优势技术，填补上国内市场在此领域的空白。

■国内企业激光雷达上游研发进展

中游：Velodyne一马当先，国内市场百花齐放

激光雷达行业竞争日益激烈，Velodyne、Quanergy、Ibeo等是国外激光雷达公司技术成熟。国内以速腾聚创、禾赛科技、北科天绘、镭神智能等国产企业也先后崛起。

作为未来自动驾驶核心传感器的代表，激光雷达核心技术主要掌握在上述三家企业手中。美国Velodyne公司成立于1983年，其机械式激光雷达起步较早，技术领先，同时与谷歌、通用汽车、福特、Uber等全球自动驾驶领军企业建立了合作关系，占据了车载激光雷达大部分的市场份额。

■激光雷达公司一览

Quanergy成立于2012年，2014年推出了第一款产品M8-1，并在奔驰、现代等公司的实验车型上得到应用，M8之后Quanergy相继发布的产品都开始走固态路线，采用了OPA光学相控阵技术，规模量产后将大幅降低传感器价格。Ibeo成立于1998年，是全球第一个拥有车规级激光雷达的企业，于2017年推出了全固态激光雷达A-Sample样机。

从产品布局上来看，机械激光雷达市场是Velodyne的绝对优势，其在此领域拥有广泛的产品布局，此外Velodyne也在前装固态激光雷达市场蓄势待发。机械激光雷达方面，Velodyne 主要有64线、32线、16线3类产品在售，官方定价分别为8万美元（约合52.3万人民币）、4万美元（约合26万人民币）和8千美元（约合5.23万人民币）。

从2017年开始，Velodyne就在Vela-系列产品上开始加大投入，希望通过 Vella软件和低成本固态激光雷达的组合打进高级自动驾驶系统市场。作为全球激光雷达第一股，Velodyne在上市后将手握数亿美金现金，这些现金将继续支持其投入更大规模的新产品新技术研发及大规模量产。

高研发投入意味着激光雷达是一门技术壁垒较高的生意，早期技术布局和后期大量资本的融入能进一步助力Velodyne在此领域的优势。站在新十年的开端，大量的资本储备和固态激光雷达将为Velodyne开辟全新的战场奠定基础。Velodyne的盈利情况和现金流情况有望从 2022年开始扭亏为盈，三费支出比率也料将随着出货量不断增加而摊薄。

■国内激光雷达公司概况 

近年来兴起自动驾驶浪潮后，国内也同步出现了一批激光雷达公司，速腾聚创、禾赛科技、北科天绘、镭神智能等国产企业先后崛起，国内市场竞争激烈，呈现出百花齐放的市场格局。国内玩家早期分为两个流派，一类研发机械式激光雷达与Velodyne等老牌玩家抢市场，另一类则直接锁定固态激光雷达产品，目标是在2020年之后登上前装市场。 

禾赛科技和速腾聚创是选择与Velodyne相同发展路径的代表厂商，产品以机械旋转雷达为主，但都在逐步向前装固态领域覆盖，这两家公司在满足车规级要求同时主打性价比，核心策略是以价格优势抢占Velodyne市场份额。

机械式激光雷达产品的价格目前仍然较高，但相比之下同样线束的国产机械式激光雷达能够比Velodyne的价格便宜三分之一至二分之一。在最顶级的64线和128线产品线上，Velodyne 此前的64线激光雷售价为50-60万元人民币，而禾赛的64线产品仅为20多万元人民币；在16线雷达市场，Velodyne的产品需要数万元人民币，而速腾聚创的同类产品只需2-3 万人民币。

比较禾赛科技和速腾聚创这两家公司，其产品定位也存在较大差别。在高速自动驾驶领域（相对低速无人车来说），禾赛市场占有率较高，百度、文远知行、AutoX、元戎启行等公司都在使用。而在低速自动驾驶领域，速腾聚创则是主要玩家，新石器、京东、菜鸟物流、高仙机器人等公司都主要使用速腾的16线激光雷达产品，同时其16线、32线产品也被图森未来、嬴彻科技、AutoX等部分高速自动驾驶公司采用。

另一方面，随着2020年起将逐步量产L3级自动驾驶乘用车，市场对车规级固态激光雷达的需求将迎来一个小的高潮，大疆、华为等消费电子硬件巨头相继拿出了自己的激光雷达新品，直接加入了前装量产装车的战局。

产业前景：市场增长潜力巨大

CES（2020）展出激光雷达产品梳理显示，大部分激光雷达供应商新推出的激光雷达价格都降至1000美元以下，平均每车装载5个激光雷达，单车预计5000美元以下，而机械雷达和固态雷达将采取不同的方式降低自身产品成本。

在机械雷达方面，饮冰科技通过采取通道芯片集成技术来降低成本。该公司事先在芯片层面把多个通道进行了集成，不再需要进行单独调试和校准，缩小了多线激光雷达的体积、降低了光调成本，这使得饮冰的32线激光雷达大概与同行的16线雷达同价。

■全球激光雷达销售数量预测（单位：百万个）

在固态激光雷达层面，行业着重在芯片侧发力以此来减小成本，相关芯片厂商正在固态激光雷达的三条技术路线上（MEMS、OPA、Flash）各施所长，以此来解决相关技术难题。未来随着自动驾驶技术的进一步普及，激光雷达市场规模将会进一步扩大，而单车价值量下降将会进一步有利于激光雷达的量产使用，预计2030年全球激光雷达市场规模将超百亿。咨询机构Yole预计，激光雷达应用是目前汽车行业增长最快的行业之一。

从出货量看，Yole 预计2020年全球激光雷达出货量约34万个，2025年全球激光雷达出货量约470万个，2030 年全球激光雷达出货量约2390万个。从销售额来看，Yole预计2020年全球激光雷达销售额约12.95亿美元，2025年全球激光雷达销售额约61.9亿美元，2030年全球激光雷达销售额约139.32亿美元。

■全球激光雷达销售额预测（单位：百万美元）

除了关注价格和车规外，激光雷达真正要进入量产车，智能化和软件感知算法将是更大的挑战。对于自动驾驶环境感知，传感器硬件通常只完成了数据收集的工作，要真正获取交通参与者方位、类别、速度、姿态等信息，必须经过感知算法的实时计算分析。感知算法的优劣直接决定对交通参与者的检出率、感知准确度和感知距离。

如果感知算法性能不足，即使雷达硬件线数再高，也无法获得优质的感知结果，所以说感知算法是激光雷达感知系统的“第二个核心”。感知系统的刚需揭示了一个被掩盖在激光雷达硬件光环下的核心需求，相比信息“收集器”，自动驾驶需要更聪明的信息“收集+理解者”。

 ■ADAS激光雷达销售额细分预测（百万美元）

一个典型的行业案例是速腾聚创在智能版的MEMS固态激光雷达RS-LiDAR-M1 Smart中嵌入 AI感知算法与专用计算芯片组，可以同时输出三维点云数据与障碍物检测、识别、跟踪，路面交通标示等路况信息，充分保证决策层在冗余的信息基础上完成正确的驾驶决策，帮助车辆实现Level3-Level5高级自动驾驶与ASIL-D高级安全性。

总的来说，自动驾驶激光雷达市场规模有望超百亿美元，预计行业整体将会向“低成本化”、 “量产化”“固态化”“智能化”发展，同时国产势力近年来逐步崛起，未来市场发展值得期待。