激光雷达（LiDAR）是AI人工智能时代最具想象力的传感器，LiDAR主动探测，不受外界环境光影响，实时感知环境信息，获得精确可靠三维数据，赋予机器人超越人类视觉的能力。

随着人工智能时代的来临，激光雷达被广泛应用于自动驾驶、机器人、安防监控、无人机、工业机器人、地图测绘、物联网、智慧城市等高新科技领域。

根据沙利文的统计及预测，受无人驾驶车队规模扩张、激光雷达在高级辅助驾驶中渗透率增加、以及服务型机器人及智能交通建设等领域需求的推动，激光雷达整体市场预计将呈现高速发展态势，至 2025 年全球市场规模为 135.4 亿美元，较 2019 年可实现 64.63%的年均复合增长率。

资料来源：沙利文研究

2020~2021年，这两年激光雷达产业进入了划时代的时期。随着激光雷达技术的落地成熟，激光雷达产品逐步被应用到自动驾驶中，激光雷达的量产上车几乎已经成为未来的确定项，国内北汽极狐、小鹏、蔚来、上汽R汽车先后宣布将在即将量产的车型上搭载激光雷达，国外福特、宝马、奔驰、本田、沃尔沃等整车厂也早早通过战略投资、技术合作等方式布局车载激光雷达，下游应用市场火热。

资本市场也反映出了对这一趋势的热情，美股六大激光雷达公司Velodyne、Luminar、Ouster、Aeva、Innoviz、AEye通过SPAC（Special Purpose Acquisition Company，即特殊目的收购公司）方式上市，国内激光雷达公司禾赛科技、速腾聚创、图达通、镭神智能等完成不同程度的融资进程，同样备受资本关注。

激光雷达的“高光时刻”正在到来。

激光雷达产业链构成

激光雷达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，这四大部分中大量的光学和电子元器件，构成了激光雷达的基础。中游可分为车用激光雷达和物流运输激光雷达两大类。

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。从出货量来看，Yole预计2030年全球激光雷达出货量约2390万个，市场前景广阔。其下游应用广泛，主要可以分为无人驾驶行业、ADAS行业、服务机器人行业、车联网行业等。

图来源：汽车人参考

激光雷达的工作原理

激光雷达由发射系统、接收系统 、信息处理三部分组成。激光雷达的工作原理是利用可见和近红外光波（多为950 nm波段附近的红外光）发射、反射和接收来探测物体。

激光光源作为激光雷达的核心部件之一，激光光源的选择需综合考虑实际应用环境、激光雷达技术方案、性能需求以及成本需求，需要多种类型的激光光源来适应不同的道路环境。

目前业内主流采用905 nm和1550 nm两种波长，905 nm波长适用的光电探测器比1550 nm的更便宜，但1550 nm对人眼安全阈值功率更高。其中，最常用的是InGaAs/GaAs应变量子阱脉冲激光二极管(PLD, Pulsed laser diode)，波长以905 nm最为流行。905 nm方案一般采用边缘发光（EEL）技术或垂直腔面发射激光器（VCSEL）技术。

激光雷达几种主流技术路线

下面我们将从激光雷达几大主要类别，简述激光雷达的技术路线及产业化格局，带大家一起看看炙手可热的 LiDAR“炸子鸡们”走向何方。

激光雷达分类表（光电汇制）

1、测距原理

从测距方法的原理来分，目前主要有飞行时间法（TOF）、连续波型（FMCW）与三角测距法。

1）TOF

TOF通过脉冲方式发射的光子遇到反射物反射回来的时间计算与物体之间的距离，FMCW通过连续方式发射激光来达到同样的效果，业内主流的激光雷达企业技术原理的布局方向集中在飞行时间法上。ToF激光雷达可以提供非常高的激光发射频率，与其它激光雷达系统相比，效率提高2~4倍。我们常见的产品多为脉冲ToF型，在硬件上由四部分构成，分别是：激光发射、扫描器、反射光接收、数据处理。

2）FMCW

FMCW的激光雷达又分相位调变和频率调变两种，其中频率调变即FMCW比较常见。FMCW 激光雷达发射调频连续激光，通过回波信号与参考光进行相干拍频得到频率差，从而间接获得飞行时间反推目标物距离，同时也能够根据多普勒频移信息直接测量目标物的速度，其技术发展方向为利用硅基光电子技术实现激光雷达系统的芯片化。

目前已有的以TOF为技术路线的激光雷达公司数量众多当属主流，但FMCW也以其优势备受期待，甚至被认为是下一代激光雷达技术。从国外企业来看，目前以FMCW为技术路线，或将FMCW技术应用到车载激光雷达领域的企业包括Insight、Aeva、Blackmore（被Aurora收购）、SiLC等，国内苏州挚感光子不久前也已完成了A轮融资，禾赛科技也在其招股书中表示公司也打算涉略FMCW 激光雷达芯片化解决方案。

3）三角法

三角法，入射光和反射光构成一个三角形，对光斑位移的计算运用了几何三角定理，故该测量法称为激光三角测距法，适合短距离测量，多用于单线二维激光雷达。思岚科技的RPLIDAR A3三角测距激光雷达已能达到25米的测距范围，突破了曾经业内曾认为三角测距雷达因为自身原理难以突破20米以上的实用化测距。

2、扫描方式

根据光束操作的扫描方式分，包括机械式激光雷达、固态激光雷达（MEMS、OPA、Flash）。按照目前产业发展情况来看，MEMS和Flash技术更受激光雷达厂商的青睐，有望逐步取代机械式激光雷达。

机械式激光雷达通过电机带动收发阵列进行整体旋转，实现对空间水平360°视场范围的扫描。测距能力在水平360°视场范围内保持一致。最早布局机械式激光雷达的是Velodyne公司，就是借此获得先发优势的。

由于传统机械式激光雷达在整车厂前装量产环节难以满足车规，固态激光雷达技术路线开始被重视，布局了新技术路线的企业开始得到整车厂的青睐，如国外的Luminar，国内的速腾聚创、禾赛科技、图达通以及览沃科技均得到了主机厂的前装定点项目。

Robosense供图

1）MEMS

固态激光雷达技术中，第二代激光雷达的核心光束操纵元件为MEMS微振镜，大大减少了激光雷达的尺寸， 减少激光器和探测器数量，极大地降低成本，具有高性能、稳定可靠、易于生产制造等优点，兼顾车规量产与高性能的需求。但同时存在激光功率较低、有效距离较短、摆动角度相对较窄等技术难点。

近期，车规级MEMS激光雷达解决方案提供商一径科技完成了亿元B轮融资，而且更早布局MEMS激光雷达的速腾聚创已经获得包括北美车企在内的多家车企定点订单。MEMS的成熟，逐渐成为目前市场的主流。

2）FLASH

Flash激光雷达具有低时延、高分辨率显著特点，特别适合于高速行驶路况下中远距离的激光雷达探测，是目前唯一的非扫描式激光雷达，能够达到最高等级的车规要求，被视为最终的主流技术路线。但功率密度太低，导致其有效距离一般难以超过50米，分辨率也比较低。

Flash 激光雷达的激光发射端是 VCSEL 阵列，其功率密度远不如传统的激光二极管，致使产品性能太差，一旦突破这个瓶颈，Flash 激光雷达即可横扫市场。目前市场公开报道能够提供车规级固体激光光源的是西安炬光科技的AL01系列光源，可实现1064 nm/1.5 mJ/3 ns/单脉冲能量输出，重复频率30-50H。

3）OPA

OPA激光雷达无需任何机械部件就可可以实现对光束的操纵，具有扫描速度快、精度高、可控性好、抗振性能好、体积小、量产一致性高、本更低等优点，一度被业界看好。但易形成旁瓣效应，光信号覆盖有限、环境光干扰、测距较短，且加工难度较高。最近专注固态 OPA 技术的国外激光雷达公司Quanergy 与中信资本收购公司（NYSE:CCAC）达成最终业务合并协议，合并完成后， Quanergy将成为上市公司。在此之前也曾不断地修正产品的量产时间和最远测距范围。

FMCW 激光雷达需要昂贵的飞秒级激光发生器，成本太高，目前技术成熟度不高，但随着激光雷达朝固态发展，FMCW或将异军突起。

3、探测器

按照探测器来分，有雪崩光电二极管APD、单光子雪崩二极管SPAD、硅光电培增管 SiPM以及单点/线阵/面阵。

APD为典型的光电转换模块，技术较为成熟。SPAD阵列效率比传统APD高，可实现低激光功率下的远距离探测能力。目前，SiPM和SPAD正成为新兴的激光雷达探测器。SiPM和 SPAD可探测距离超过200 m、5%的低反射率目标，在明亮的阳光下也能工作，分辨率极佳，且尽可能小的光圈和固态设计实现紧凑的系统集成到汽车中，并极具成本优势。

4、线束

根据雷达线束，可分为单线激光雷达和多线激光雷达。

多线激光雷达是由多个发射器和接收器组成，通过电机的旋转，获得多条线束，线数越多物体表面轮廓越完善，所以处理的数据量越大，硬件要求更高。一般多线激光雷达设计为2的指数级，可分为4线、8线、16线、32线、64线和128线之分，不同的线束采集到的信息不同，对应的工作场景也不同。

从技术路线上看，多线激光雷达主要有MEMS、flash面阵、OPA等不同流派，且不同技术路线的产品在可靠性、量产难度、成本、成熟度、工艺难度上均不同。自动驾驶广泛使用的激光雷达产品属于车载多线成像激光雷达。

相较于多线激光雷达，单线激光雷达出现更早，技术也相对成熟，是服务机器人中不可或缺的重要传感器，相较于图像和超声波测距，具有良好的指向性和高度聚焦性，是目前最可靠、稳定的定位技术。单线激光雷达在角频率及灵敏度上反应更快捷，其扫描速度快、分辨率强、可靠性高。所以，在测试周围障碍物的距离和精度上都更加精准。

RoboSense(速腾聚创)MEMS固态激光雷达实时高精度三维点云图

目前，激光雷达产业的竞争还远未达到终局，技术路线的演进会不断改变产业的格局。当下第一批即将搭载在主流量产车型上市的激光雷达基本是905 nm/1550 nm激光器+MEMS/双轴转镜+InGaAs APD+ASIC技术路线。未来， Flash、OPA等全固态技术路线也在逐渐成熟，其产品也在迈向量产，又将推动自动驾驶商业化运营大规模普及。

RoboSense供图：激光雷达室内建图，高精度三维模型

关键词:激光雷达 技术路线 产业格局

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来 源：光电汇OESHOW

编辑：仪器仪表WXF

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