當前 L2 級自動駕駛感知係統主要由超聲波雷達、毫米波雷達、攝像頭等車載傳(chuan) 感器組成。特斯拉環繞車身共配有8個(ge) 攝像頭，視野範圍達360度，對周圍環境的監測距離最遠可達250米。

12個(ge) 新版超聲波傳(chuan) 感器作為(wei) 整套視覺係統的補充，可探測到柔軟或堅硬的物體(ti) ，傳(chuan) 感距離和精確度接近上一代係統的兩(liang) 倍。增強版前置雷達通過發射冗餘(yu) 波長的雷達波，能夠穿越雨、霧、灰塵，甚至前車的下方空間進行探測，為(wei) 視覺係統提供更豐(feng) 富的數據。 

激光雷達被認為(wei) 是 L3 級及以上自動駕駛必備傳(chuan) 感器。激光雷達兼具測距遠、角度分辨率優(you) 、受環境光照影響小的特點，且無需深度學習(xi) 算法，可直接獲得物體(ti) 的距離和方位信息。

這些相較於(yu) 其他傳(chuan) 感器的優(you) 勢，可顯著提升自動駕駛係統的可靠性，因而被大多數整車廠、Tier 1認為(wei) 是L3級及以上自動駕駛（功能開啟時責任方為(wei) 汽車係統）必備的傳(chuan) 感器。 

1.2 全球L3 級量產(chan) 車快速開發中，國內(nei) 激光雷達加速上車 

全球範圍內(nei) L3 級輔助駕駛量產(chan) 車項目當前處於(yu) 快速開發之中。BMW預計在2021年推出具有L3級自動駕駛功能的BMW Vision iNEXT；Mercedes-Benz首款L3級自動駕駛係統將於(yu) 2021年在新款S級車型上推出；

Volvo預計在2022年推出配備激光雷達的自動駕駛量產(chan) 車型，實現沒有人工幹預情況下的高速行駛；Honda計劃於(yu) 2021年在其Legend車型上提供L3級自動駕駛係統。 

隨著成本不斷下探且達到車規級要求，激光雷達有望實現高速增長。考慮全球高級輔助駕駛項目的發展進度，2020 年及 2021 年 ADAS 領域激光雷達的銷售主要仍由SCALA貢獻。隨著激光雷達成本下探至數百美元區間且達到車規級要求，未來越來越多高級輔助駕駛量產(chan) 項目將實現 SOP；

根據Yole的研究報告，至2025 年全球乘用車新車市場L3級自動駕駛的滲透率將達約6%，即每年將近600萬(wan) 輛新車將搭載激光雷達。激光雷達在高級輔助駕駛領域的市場規模將在未來5年裏保持高速增長，按照沙利文預計，2025年激光雷達市場規模預計將達到46.1億(yi) 美元，2019年至2025年複合增長率達83.7%。 

蔚來ET7搭載Innovusion 超遠距高精度激光雷達。蔚來ET7搭載33個(ge) 高性能感知硬件，定義(yi) 量產(chan) 車自動駕駛感知係統全新標準，包含11個(ge) 800萬(wan) 像素高清攝像頭、5個(ge) 毫米波雷達、12個(ge) 超聲波雷達、1個(ge) 激光雷達、2個(ge) 高精度定位單元、1個(ge) 車路協同感知和1個(ge) ADMS增強主駕感知。

其中，激光雷達為(wei) 蔚來與(yu) Innovusion合作開發，最遠探測距離達500m，水平視角120°，最高分辨率0.06°×0.06°，采用1550nm安全激光，避開了人眼敏感的900nm波長，兼顧性能和他人安全。  

小鵬汽車將搭載Livox激光雷達。小鵬汽車宣布與(yu) 大疆孵化的Livox覽沃科技達成合作，將在2021 年推出的全新量產(chan) 車型上使用其生產(chan) 的小鵬定製版車規級激光雷達， Livox也正式成為(wei) 小鵬汽車在激光雷達領域的首家合作夥(huo) 伴。

在本次合作中，Livox 覽沃科技基於(yu) 浩界 Horiz車規級激光雷達平台為(wei) 小鵬汽車進行了一係列定製化開發，最終提供的車規級量產(chan) 版本在量程、FOV、點雲(yun) 密度等多個(ge) 核心指標上都做到了業(ye) 內(nei) 領先水平。 

長城將搭載ibeoNEXT激光雷達，欲實現中國首個(ge) 配置激光雷達的自動駕駛。咖啡智駕搭載的全球首款能夠真正量產(chan) 的車規級高性能固態激光雷達，角分辨率達0.05°*0.07°，性能高出普通無人駕駛車型所采用的機械激光雷達5倍，配合毫米波雷達、攝像頭、超聲波雷達等配置帶來全方位360°雙倍無死角覆蓋。 

2.1 激光雷達結構拆分 

激光雷達係統可拆分成激光發射、掃描係統、激光接收和信息處理四個(ge) 部分。 

2.2 激光發射係統：波長影響激光功率，激光器是核心 

基本原理：激勵源周期性地驅動激光器，發射激光脈衝(chong) ，激光調製器通過光束控製器控製發射激光的方向和線數，最後通過發射光學係統，將激光發射至目標物體(ti) 。 

激光波長：激光最關(guan) 鍵指標在於(yu) 波長，一般會(hui) 考量四個(ge) 因素：人眼安全、與(yu) 大氣相互作用、可選用的激光器以及可選用的光電探測器。目前業(ye) 內(nei) 主流采用 905nm 和1550nm 兩(liang) 種波長，905nm 波長適用的光電探測器比1550nm 的更便宜，但1550nm對人眼安全性更高。針對於(yu) 與(yu) 大氣相互作用，1550nm吸水率比905nm更強，但905nm的光損失更少。 

激光器：當前階段重要有EEL激光器、VCSEL激光器和光纖激光器等。 

EEL激光器：EEL作為(wei) 探測光源具有高發光功率密度的優(you) 勢，但EEL激光器因為(wei) 其發光麵位於(yu) 半導體(ti) 晶圓的側(ce) 麵，使用過程中需要進行切割、翻轉、鍍膜、再切割的工藝步驟，往往隻能通過單顆一一貼裝的方式和電路板整合，而且每顆激光器需要使用分立的光學器件進行光束發散角的壓縮和獨立手工裝調，極大地依賴產(chan) 線工人的手工裝調技術，生產(chan) 成本高且一致性難以保障。

VCSEL激光器：垂直腔麵發射激光器（VCSEL）其發光麵與(yu) 半導體(ti) 晶圓平行，具有麵上發光的特性，其所形成的激光器陣列易於(yu) 與(yu) 平麵化的電路芯片鍵合，在精度層麵由半導體(ti) 加工設備保障，無需再進行每個(ge) 激光器的單獨裝調，且易於(yu) 和麵上工藝的矽材料微型透鏡進行整合，提升光束質量。

傳(chuan) 統的VCSEL激光器存在發光密度功率低的缺陷，導致隻在對測距要求近的應用領域有相應的激光雷達產(chan) 品（通常<50m）。近年來國內(nei) 外多家VCSEL激光器公司紛紛開發了多層結VCSEL激光器，將其發光功率密度提升了5~10倍，這為(wei) 應用VCSEL開發長距激光雷達提供了可能。

光纖激光器：以摻有激活粒子的光纖為(wei) 激光介質的激光器，通常以半導體(ti) 激光器作為(wei) 能量泵浦源（以半導體(ti) 激光器發出的光，泵浦光纖增益介質產(chan) 生光）。

2.3 激光掃描係統：MEMS漸成主力，Flash/OPA純固態方案值得期待 

2.3.1 機械式激光雷達 

機械式激光雷達通過電機帶動收發陣列進行整體(ti) 旋轉，實現對空間水平360°視場範圍的掃描。測距能力在水平360°視場範圍內(nei) 保持一致。 

傳(chuan) 統機械式激光雷達難以滿足車規級要求。傳(chuan) 統機械式激光雷達，通過電機帶動整個(ge) 激光頭做圓周運動，其掃描方式通常呈360度線式掃描。這種方式帶來的直接後果是無論掃描時間多長，線與(yu) 線之間總會(hui) 有間隙，存在漏檢物體(ti) 的可能性。

而更為(wei) 糟糕的是，占整個(ge) 雷達70%質量的重要部件，包括激光發射、接收等精密的電子器件，都在不停地一邊運動，一邊工作，這種機械運動以及旋轉部件動平衡上的誤差帶來的磨損、振動等，大大降低了雷達的穩定性和可靠性。

而且多線激光雷達這種轉動的工作模式，若采用滑環設計會(hui) 容易失效，而無線供電的方式則不夠穩定，很難滿足車規級別的應用場景。 

Livox推出棱鏡式激光雷達，采用非重複掃描技術。為(wei) 避免上千個(ge) 電子部件同時旋轉，Livox將所有的發射和接收部件移到穩定的後端，在前端隻用兩(liang) 三個(ge) 棱鏡做高速純光學掃描，在技術上為(wei) 穩定性提供了可能。此外，Livox的點雲(yun) 特性覆蓋率隨時間不斷增加，並且無需進行重複掃描。 

2.3.2 MEMS 激光雷達 

MEMS激光雷達通過矽基芯片上微振鏡以一定諧波頻率的振蕩，來反射激光器的光線，從(cong) 而以超高的掃描速度形成高密度的點雲(yun) 圖。由此改變單個(ge) 發射器的發射角度進行掃描，形成較廣的掃描角度和較大的掃描範圍。 

優(you) 點：其核心光束操縱元件為(wei) MEMS微振鏡，大大減少了激光雷達的尺寸，減少激光器和探測器數量，極大地降低成本，具有高性能、穩定可靠、易於(yu) 生產(chan) 製造等優(you) 點，兼顧車規量產(chan) 與(yu) 高性能的需求。

缺點：MEMS激光雷達並沒有完全消除機械，隻是將掃描單元變成了MEMS微振鏡，仍然存在微振鏡的振動，所以它並不能算純固態激光雷達，而是混合固態雷達（也稱類固態/半固態雷達）。

其光路較複雜，微振鏡結構會(hui) 影響整個(ge) 激光雷達的壽命，激光功率較低，信噪比較低、有效距離較短，並且激光掃描範圍受微振鏡麵積限製，視野相對較窄。

2.3.3 Flash 激光雷達 

Flash激光雷達，指一次閃光（激光脈衝(chong) ）成像的激光雷達，在發射端采用麵光源，短時間發射出一大片覆蓋探測區域的麵陣激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環境周圍圖像的繪製，它也是目前唯一的非掃描式激光雷達，能夠達到最高等級的車規要求。 

這種激光雷達的缺點很明顯，功率密度太低，導致其有效距離一般難以超過50米，分辨率也比較低。要改善其性能，需要使用功率更大的激光器，或更先進的激光發射陣列，讓發光單元按一定模式導通點亮，以取得掃描器的效果。 

2.3.4 OPA 激光雷達 

OPA激光雷達是運用相幹原理，采用多個(ge) 光源組成陣列，通過調節發射陣列中每個(ge) 發射單元的相位差來改變激光的出射角度，通過控製各光源發射的時間差，可以合成角度靈活、精密可控的主光束，實現對不同方向的掃描。 

優(you) 點：這種固態激光雷達有著掃描速度快，精度高，可控性好，抗振性能好，體(ti) 積小，量產(chan) 一致性高，成本更低等優(you) 點。

缺點：OPA激光雷達仍有易形成旁瓣效應，光信號覆蓋有限、環境光幹擾、測距較短等問題，而且加工難度較高。

2.4 激光接收係統：光電探測器是關(guan) 鍵 

探測器指利用光電效應將光信號轉化為(wei) 電信號，實現對光信號進行探測的裝置。目前激光雷達領域常用的探測器主要包括APD、SPAD和SiPM等。 

APD 是一種具有高速度、高靈敏度的光電二極管，當加有一定的反向偏壓後，它就能夠對光電流進行雪崩放大。而 APD 的反向偏壓被設定為(wei) 高於(yu) 擊穿電壓時，內(nei) 部電場更強，光電流則會(hui) 獲得 105～106 的增益，這種工作模式就叫 APD 的“蓋革模式”。

在蓋革模式下，光生載流子通過倍增就會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 大的光脈衝(chong) ，而通過對這個(ge) 脈衝(chong) 的檢測，就可以檢測到單光子。將蓋革模式下的 APD 上連接一個(ge) 淬滅電阻作為(wei) 1 個(ge) 像素，就構成了 SiPM 的基本單元，而它輸出的總和也構成了 SiPM 的輸出，後則可根據該輸出進行光子計數或者信號強度的測量。 

2.5 信息處理係統：車載激光雷達的三類應用算法 

現有車載激光雷達應用算法都具有不同程度的局限性。首先，算法可靠性和實時性相互製約，二者難以同時滿足；其次，算法多為(wei) 針對某一特定場景開發， 難以保證可移植性和穩定性。 

場景的複雜性和多樣性使得算法的研究異彩紛呈，呈現出多層次、多角度的多元組合態勢。車載激光雷達應用算法可分為(wei) 三類：點雲(yun) 分割算法、目標跟蹤與(yu) 識別算法、即時定位與(yu) 地圖構建算法（simultaneous localization and mapping，SLAM）。

各類算法的合理選擇使用將解決(jue) 不同場景下的智能駕駛問題，其中點雲(yun) 分割算法是目標跟蹤與(yu) 識別的基礎，目標跟蹤與(yu) 識別將實現對汽車周圍障礙物運動狀態和幾何特征的判斷，SLAM將實現汽車的精確定位與(yu) 可通行路徑規劃。 

信噪比，英文名稱叫做SNR或S/N（SIGNAL-NOISE RATIO)，又稱為(wei) 訊噪比。是指一個(ge) 電子設備或者電子係統中信號與(yu) 噪聲的比例。 

信噪比的計量單位是dB。對於(yu) 一張圖像來說，計算信噪比可以按照 20lg(信號/噪聲) 這個(ge) 公式來計算，從(cong) 公式可以看出信噪比應該越高越好。信噪比高，反應在畫質上就是畫麵幹淨無噪點；信噪比低會(hui) 使圖像粗糙噪聲多，畫麵發灰不通透，對比度不夠。 

信噪比是激光雷達係統中非常重要的設計指標，對探測距離、測距精度都產(chan) 生重大影響。根據傳(chuan) 感器技術官方微信公眾(zhong) 號的介紹，激光雷達係統的信噪比 SNR 計算方程如下： 

因此，根據上述公式，要提高激光雷達的信噪比，最簡單有效的方法是：1）提高接收信號光功率；2）提高探測器的量子效率；3）采用相幹探測方法。

3.1 提高接收信號光功率：1550nm波長+光纖激光器+InGaAs接收器 

1550nm波長激光雷達加大信號光功率不會(hui) 對人眼造成傷(shang) 害。目前市場上大部分的激光雷達都采用了近紅外波段的905nm半導體(ti) 激光器發射激光脈衝(chong) ，然後記錄反射光來創建汽車周圍環境的點雲(yun) 圖。

但是，人眼內(nei) 部對於(yu) 905nm波長的光相當於(yu) 是“透明的”，因此采用905nm波長的激光雷達可以直射脆弱的視網膜。但是人眼對於(yu) 1550nm波長的光則是不透明的，因而該波長的光無法投射到視網膜上，從(cong) 而可以采用更高功率的激光雷達而不會(hui) 對人眼造成傷(shang) 害。 

Luminar利用1550nm激光器獲得了40倍於(yu) 905nm激光器的激光脈衝(chong) 強度。超強的功率使其激光雷達的探測範圍擴大了10倍，分辨率提高了50倍。 

1550nm 波長激光雷達需要采用光纖激光器，搭配InGaAs接收器。矽基傳(chuan) 感器對1550nm波長的激光沒有響應，但室溫下的銦镓砷（InGaAs）傳(chuan) 感器可以。 

Luminar在2018年收購了美國芯片設計商Black Forest Engineering，後者一直專(zhuan) 注於(yu) 研究高性能 InGaAs 接收器，可用於(yu) 探測 Luminar 激光雷達係統所特有的 1550nm波長激光。 

3.2 提高探測器的量子效率：SPAD和SiPM探測器 

SiPM 和 SPAD 正成為(wei) 新興(xing) 的激光雷達探測器。SiPM 和 SPAD 可探測距離超過200m、5%的低反射率目標，在明亮的陽光下也能工作，分辨率極佳，且盡可能小的光圈和固態設計實現緊湊的係統集成到汽車中，並極具成本優(you) 勢。

3.3 采用相幹探測方法：FMCW調頻連續波 

FMCW 激光雷達發射調頻連續激光，通過回波信號與(yu) 參考光進行相幹拍頻得到頻率差，從(cong) 而間接獲得飛行時間反推目標物距離，同時也能夠根據多普勒頻移信息直接測量目標物的速度，其技術發展方向為(wei) 利用矽基光電子技術實現激光雷達係統的芯片化。 

FMCW 激光雷達的高靈敏性體(ti) 現在它的單光子探測和抗幹擾能力。FMCW在係統內(nei) 預留了一部分激光作為(wei) 參考激光，用於(yu) 與(yu) 目標的回波激光進行混頻，通過混頻就可實現對目標回波激光的放大，但對自身發出的光信號不存在放大作用。

從(cong) 相幹激光雷達的探測信噪比可以看出，當參考激光功率足夠大，FMCW激光雷達就消除了熱噪聲、暗電流以及太陽背景光或其他光源的噪聲影響，使得FMCW激光雷達具備不受背景光幹擾的單光子探測能力。 

內(nei) 置的參考激光另外一個(ge) 優(you) 點是使得FMCW激光雷達噪聲比較穩定，其內(nei) 部可控製的噪聲使得FMCW激光雷達虛警概率約等於(yu) 0，即每個(ge) 點都是真實的目標點，無假目標點。 

FMCW激光雷達可使用基於(yu) 矽光技術的鍺矽探測器，成本更低。目前FMCW激光雷達中的接收模塊主要還是利用分立的平衡光探測器（Balance Photo Detector，BPD）陣列進行相幹探測。

使用基於(yu) 矽光技術的鍺矽探測器能夠實現單片集成BPD陣列，在保證接收模塊器件一致性的同時，可以和係統中其他矽基器件進行單片集成，顯著降低係統的尺寸和成本。 

4.1 國內(nei) 國外齊開花，技術路線各有千秋 

行業(ye) 內(nei) 主要的激光雷達公司包括美國的Velodyne、Luminar、Aeva、Ouster，以色列的Innoviz，德國的Ibeo，以及國內(nei) 的速騰聚創。 

從(cong) 技術選擇路徑和目標市場來看，Luminar、Aeva、Innoviz、Ibeo主要麵向無人駕駛和量產(chan) 乘用車ADAS市場，開發相應的（半）固態激光雷達，其技術特點各有不同。

Luminar選用1550nm 光源和探測器而非市場主流的905nm光源和探測器，Aeva選擇FMCW而非市場主流的飛行時間法，Innoviz通過采MEMS二維微振鏡來實現激光掃描和接收，通過減少激光器和探測器數量來降低成本，Ibeo則選用VCSEL和SPAD麵陣的純固態激光雷達方案。 

4.2 華為(wei) 大疆入場，加速激光雷達降本趨勢 

基於(yu) 場景分析，華為(wei) 設計、開發了96線中長距激光雷達產(chan) 品，可以實現城區行人車輛檢測覆蓋，並兼具高速車輛檢測能力，更符合中國複雜路況下的場景。  

大視野120°×25°，應對城區、高速等場景的人、車測距訴求。

全視野中，水平、垂直線束均勻分布，不存在拚接、抖動等情況，形成穩定的點雲(yun) 對後端感知算法非常友好。

小體(ti) 積，適合前裝量產(chan) 車型需求。

Livox 覽沃科技與(yu) 全球知名智能汽車品牌小鵬汽車正式達成合作。Livox 將為(wei) 小鵬汽車從(cong) 2021 年開始量產(chan) 的全新車型提供車規級激光雷達技術。在本次合作中，Livox基於(yu) 浩界車載激光雷達平台為(wei) 小鵬汽車進行一係列定製化開發，最終量產(chan) 供貨版本將實現行業(ye) 領先的性能指標。

其中，浩界車規版（Horiz）的探測距離將由公開測試版（Horizon）的90米提升至150米（針對10%反射率目標物），助力小鵬XPILOT自動駕駛輔助係統更加遊刃有餘(yu) 地應對高速公路、城區道路等場景下遠處障礙物的超前檢測。

Livox 團隊自2016 年成立以來，始終聚焦於(yu) 可大規模量產(chan) 的高性價(jia) 比激光雷達技術方案的研發與(yu) 產(chan) 品化，致力於(yu) 打破激光雷達行業(ye) “價(jia) 格高”、“難量產(chan) ”、“可靠性低” 三大瓶頸。

Livox團隊經過4年潛心研發，在智能硬件製造、全球供應鏈管理等方麵已建立起強大優(you) 勢，並於(yu) 2020年推出了一係列車載激光雷達新產(chan) 品，為(wei) 激光雷達行業(ye) 的量產(chan) 化打開了新局麵。Livox 具備了行業(ye) 領先的製造能力，在實踐中積累了激光雷達精密製造麵向規模化量產(chan) 項目的寶貴經驗，為(wei) 車規級前裝市場的崛起鋪平道路。 

覓道Mid-40是Livox研發的高性價(jia) 比激光雷達，可探測遠至260米的物體(ti) 。獨特的非重複采樣策略，助其精確探測視場中每個(ge) 細節。而這一切都蘊含於(yu) 小巧的機身中，可輕鬆嵌入各種平台。Mid-40現已實現大規模量產(chan) ，可立即供貨，助力移動機器人、園區物流、車路協同、測繪、安防等領域從(cong) 小批量測試走向大規模應用。 

我們(men) 認為(wei) ，以特斯拉為(wei) 代表的造車新勢力在駕駛上給消費者帶來了更“智能化”的體(ti) 驗，也將引領汽車行業(ye) L3 級及以上自動駕駛的加速落地，而激光雷達被認為(wei) 是L3級及以上自動駕駛的必備傳(chuan) 感器，將深度受益汽車行業(ye) 自動駕駛發展趨勢。

當前階段激光雷達多技術共同發展，MEMS 激光雷達漸成主力，OPA 和Flash 純固態方案未來可期，隨著激光雷達過車規和降本問題逐漸得到解決(jue) ，激光雷達上車搭載有望加速。 

1）整車：L3 級及以上自動駕駛極大豐(feng) 富了用戶的駕駛體(ti) 驗，自動駕駛選裝、軟硬件?FOTA 給整車企業(ye) 帶來新的利潤增長空間，自動駕駛領域布局卡位良好、具備自研能力、響應速度更快的車企具備競爭(zheng) 優(you) 勢。推薦吉利汽車、長城汽車、上汽集團、廣汽集團、長安汽車，建議關(guan) 注特斯拉、蔚來汽車、小鵬汽車、理想汽車等。 

2）激光雷達供應商：激光雷達被認為(wei) 是?L3 級及以上自動駕駛的必備傳(chuan) 感器，將深度受益汽車行業(ye) 自動駕駛發展趨勢。建議關(guan) 注禾賽科技、速騰聚創、鐳神智能、華為(wei) 、Livox 等。 

3）激光雷達產(chan) 業(ye) 鏈上遊供應商：激光雷達行業(ye) 的上遊產(chan) 業(ye) 鏈主要包括激光器和探測器、FPGA 芯片、模擬芯片供應商，以及光學部件生產(chan) 和加工商等。建議關(guan) 注炬光科技、安森美半導體(ti) 等。