技术优势：激光雷达是自动驾驶传感的核心器件：
　　激光雷达（LiDAR）作为自动驾驶感知层面的重要一环，相较摄像头、毫米波雷达等其他传感器具有“精准、快速、高效作业”的巨大优势，已成为自动驾驶的主传感器之一，是实现L3级别以上自动驾驶最重要的传感设备。相较纯视觉路线，多传感器融合方案具有更低技术壁垒和更好成像质量，成为自动驾驶与高阶辅助驾驶的主流路径。目前国内车规级激光雷达标准逐步趋于完善，伴随半固态式、固态式等技术不断革新，看好其未来作为自动驾驶核心配置的发展潜力。
　　发展趋势：短期内追求过车规及量产，长期追求卓越性能：
　　激光雷达路径从扫描方式可以分为机械式、半固态式和固态式。从短期看，产品是否符合车规级要求，能否稳定量产是下游车企普遍关注的问题，机械式较难通过车规级认证，半固态MEMS/转镜/棱镜方案具有最优的性价比而占据主流地位，已经应用于小鹏P5、北汽极狐阿尔法S等多款车型中。中长期来看，市场追求极致探测性能以实现更高级别的智能驾驶。OPA、Flash等方案技术优势明显，前景广阔。2022年开始，蔚来ET7、小鹏G9、沃尔沃XC90等使用激光雷达的车型将逐步交付。但受限于高阶自动驾驶渗透率提升不及预期，激光雷达上车进程2022年表现一般。后续，随着资本市场不断投资为激光雷达厂商积攒动能，激光雷达技术日趋成熟、价格逐步下探，下游应用实现多点开花，激光雷达产业发展有望提速。
　　关注标的：国产LiDAR+上游零部件厂商：
　　激光雷达产业链可以分为上游（光学和电子元器件）、中游（集成激光雷达）、下游（不同应用场景）。上游为激光发射、激光接收、扫描系统和信息处理四大部分，包含大量的光学和电子元器件。中游为集成的激光雷达产品，下游包括无人驾驶/智能驾驶、服务机器人、无人机、高精度地图等众多场景。国内整机厂商龙头包括禾赛科技、图达通、速腾聚创、万集科技、奥比中光、欧菲光等，伴随国产替代浪潮近年来市场占比不断提高；上游零部件厂商如炬光科技、舜宇光学、蓝特光学、永新光学、昀冢科技、富信科技、茂莱光学等主要面向激光器及光学模组，市场积淀深厚、技术优势突出；长光华芯、仕佳光子、光迅科技等聚焦国内激光芯片或布局下一代技术。伴随激光雷达整机逐步进入量产与交付阶段，上游标的有望坐收行业红利，关注其持续受益机会。
　　风险提示：产业化进程不及预期、技术研发进展不及预期等。

研究报告全文：2023年03月10日行业深度分析电子证券研究报告激光雷达报告开启百亿级市场蓝海为自动驾驶画龙点睛投资评级领先大市-A维持评级技术优势激光雷达是自动驾驶传感的核心器件激光雷达LiDAR作为自动驾驶感知层面的重要一环相较摄像首选股票目标价元评级头毫米波雷达等其他传感器具有精准快速高效作业的巨大优势已成为自动驾驶的主传感器之一是实现L3级别以上自动驾驶最重要的传感设备相较纯视觉路线多传感器融合方行业表现案具有更低技术壁垒和更好成像质量成为自动驾驶与高阶辅助驾驶的主流路径目前国内车规级激光雷达标准逐步趋于完善电子沪深300伴随半固态式固态式等技术不断革新看好其未来作为自动驾3323驶核心配置的发展潜力133-7发展趋势短期内追求过车规及量产长期追求卓越性能-17-27激光雷达路径从扫描方式可以分为机械式半固态式和固态式2022-032022-072022-112023-03从短期看产品是否符合车规级要求能否稳定量产是下游车企资料来源Wind资讯普遍关注的问题机械式较难通过车规级认证半固态MEMS转升幅1M3M12M镜棱镜方案具有最优的性价比而占据主流地位已经应用于小鹏相对收益-1030-74绝对收益-3635-123P5北汽极狐阿尔法S等多款车型中中长期来看市场追求极致探测性能以实现更高级别的智能驾驶OPAFlash等方案技术马良分析师优势明显前景广阔2022年开始蔚来ET7小鹏G9沃尔沃SAC执业证书编号S1450518060001maliang2essencecomcnXC90等使用激光雷达的车型将逐步交付但受限于高阶自动驾驶渗透率提升不及预期激光雷达上车进程2022年表现一般后相关报告续随着资本市场不断投资为激光雷达厂商积攒动能激光雷达LED显示下游需求复苏半2023-03-05技术日趋成熟价格逐步下探下游应用实现多点开花激光雷导体助力数字中国规划发展达产业发展有望提速英伟达宣布加码AI云服务2023-02-26生成式AI应用有望加速铺开关注标的国产LiDAR上游零部件厂商美国充电桩新政对华影响有2023-02-19激光雷达产业链可以分为上游光学和电子元器件中游集限强需求支撑国内产业链成激光雷达下游不同应用场景上游为激光发射激光快速发展接收扫描系统和信息处理四大部分包含大量的光学和电子元ChatGPT开启AIGC商用时2023-02-12器件中游为集成的激光雷达产品下游包括无人驾驶智能驾驶代算力需求打开AI芯片成服务机器人无人机高精度地图等众多场景国内整机厂商龙长空间头包括禾赛科技图达通速腾聚创万集科技奥比中光欧国产替代持续推进公共领2023-02-05菲光等伴随国产替代浪潮近年来市场占比不断提高上游零部域全面电动化试点带动充电件厂商如炬光科技舜宇光学蓝特光学永新光学昀冢科技桩发展富信科技茂莱光学等主要面向激光器及光学模组市场积淀深厚技术优势突出长光华芯仕佳光子光迅科技等聚焦国内本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页1行业深度分析电子激光芯片或布局下一代技术伴随激光雷达整机逐步进入量产与交付阶段上游标的有望坐收行业红利关注其持续受益机会风险提示产业化进程不及预期技术研发进展不及预期等本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页2行业深度分析电子内容目录1从发展历程看激光雷达711回首发展脉络激光雷达缘何兴起7111生根发芽吸引国内外势力逐鹿蓝海7112开花结果固态化路线掀起技术迭代浪潮812细究技术趋势为什么智能驾驶离不开激光雷达9121主流传感方式原理不尽相同在车载领域各有优劣9122纯视觉路线关山难越多传感器融合是大势所趋1213挖掘市场刚需车规级对激光雷达有哪些要求132从工作原理看激光雷达1421测距原理dTOF是主流FMCW尚在预研1422基本模块四大单元相辅相成固态化集成化是未来趋势15221发射单元905nm成熟工艺1550nm未来可期15222接收单元EEL配合APDVCSEL配合SPADSiPM使用18223扫描单元机械式半固态较为成熟纯固态式前路可期192231机械式FOV360全覆盖技术相对成熟202232MEMS单振镜实现小型化未来主流方向之一212233转镜棱镜技术结构简单相对低功耗寿命长可靠性高222234OPA产品小型化无需机械扫描242235FLASH类照相机模式机遇与挑战并存25224信息处理单元集成化方向发展SoC替代FPGA是行业趋势253从产业进程看激光雷达2631下游需求市场规模达百亿美元中国是最大市场之一26311智能驾驶市场ADASADS双轮驱动激光雷达为智能驾驶画龙点睛27312其他应用场景车联网机器人多应用场景探索释放市场更多增量2932产业链梳理304重点整机厂商群雄逐鹿百花齐放3241Velodyne全球激光雷达领军者3442Luminar深度布局1550nm激光雷达3643禾赛科技全球先进的激光雷达制造商3844图达通全球图像级激光雷达领导者4145速腾聚创全球领先的智能激光雷达系统提供商425受益标的LiDAR上游零部件厂商4551炬光科技4552长华光芯4553万集科技4654仕佳光子4755舜宇光学4856永新光学4857蓝特光学4958福特科4959联创电子50510海创光电51511光库科技52本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页3行业深度分析电子512腾景科技53513奥比中光53图表目录图1首款搭载激光雷达的三菱第三代Debonair汽车错误未定义书签图2装载HDL-64E的Voyage自动驾驶车辆错误未定义书签图3国内首款车载激光雷达产品R-Angle错误未定义书签图4谷歌Waymo发布的自研激光雷达错误未定义书签图5Scala4线混合固态激光雷达拆解图错误未定义书签图6Quanergy的OPA激光雷达产品错误未定义书签图7华为基于激光雷达的智能驾驶测试图错误未定义书签图8广汽AIONLX搭载的速腾M1雷达错误未定义书签图9不同类型传感器在汽车上的应用场景错误未定义书签图10各类型传感器性能雷达图错误未定义书签图11北汽极狐阿尔法S的辅助驾驶配置错误未定义书签图12主流传感方式的优劣对比错误未定义书签图13激光雷达车规级测试内容一览错误未定义书签图14dTOF工作原理错误未定义书签图15FMCW工作原理错误未定义书签图16TOF激光雷达核心模块示意图错误未定义书签图17FMCW系统架构错误未定义书签图18激光雷达依据发射端的分类16图19硅和铟镓砷对波长的响应情况16图20EEL与VCSEL两种激光发射器的原理图17图21相对于LED和EELVCSEL的光束质量更高17图22AX02Pro固体激光雷达峰值功率和线宽17图23LS21G混合固态激光雷达1550nm资料17图24欧司朗四通道EEL激光器左与炬光科技8通道905nm激光雷达光源模块右18图25禾赛科技基于VCSEl的QT128-128线超广角近距激光雷达18图26炬光科技固体激光器产品激光照射视场能量分布数据18图27镭神智能LS21G混合固态激光雷达18图28Si雪崩光电二极管APD19图29单光子雪崩二极管SPAD的工作原理和数字化脉冲输出工作模式19图30索尼推出车用SPAD传感器可以直接集成TDC输出图像19图31SiPM光电倍增管19图32机械式雷达结构图21图33截至2021年8月29日机械式激光雷达仍为市场主流21图34机械式激光雷达体积随线数直线上升21图35机械式激光雷达体放置在车顶影响美观21图36MEMS激光雷达测距原理22图37MEMS激光雷达内部收发模组结构22图38MEMS激光雷达不断增加振镜尺寸22图39MEMS实测点云在叠加边缘出现重叠22图40Scala转镜式激光雷达结构示意图23本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页4行业深度分析电子图41装备于AudiA8的Scala转镜式激光雷达23图42禾赛科技AT-128转镜激光雷达实测点云23图43Scala棱镜式激光雷达结构示意图24图4401s02s内livox雷达Tele-15的点云分布图24图45棱镜式雷达视场覆盖率高于机械旋转式雷达24图46棱镜雷达在ROI区域感兴趣区域的实测点云24图47光学相控阵调节方向原理25图48QuanergyOPA激光雷达结构图25图49FLASH的FOV与探测精度和距离难以兼得25图50FLASH激光雷达工作原理25图51激光雷达信息处理单元的组成和比较26图522022年激光雷达市场细分占比预测26图53全球激光雷达市场规模预测2017-2025E26图542016-2021中国人口老龄化趋势27图55中国激光雷达市场规模预测2017-2025E27图56全球激光雷达在高阶辅助驾驶ADAS领域的市场规模及预测27图57全球激光雷达在自动驾驶ADS领域的市场规模及预测28图58L2L3及L4级别自动驾驶所需传感器数量28图59L2L3及L4级别自动驾驶所需算力级别28图602020-2026全球激光雷达及各细分领域市场增速预测29图61全球激光雷达在车联网领域的市场规模及预测错误未定义书签图62疫情背景下的京东无人配送机器人29图63全球激光雷达在服务型机器人的市场规模及预测29图64激光雷达产业链30图65激光雷达成本分布30图66全球激光雷达厂商分布33图67Velodyne发展历程34图68Velodyne激光雷达出货量预测36图69Luminar发展历程36图70Luminar软硬化一体的解决方案37图71Luminar与众多相关公司建立合作关系38图72禾赛科技发展历程38图73车规级混合固态激光雷达AT128产品图例41图74禾赛科技自动驾驶生态伙伴部分展示41图75图达通发展历程41图76图达通与均胜电子携手向蔚来提供激光雷达42图77速腾聚创发展历程43图78国内首条车规级固态激光雷达产线44图79速腾聚创部分合作伙伴展示44图80炬光科技汽车应用主要产品45图81万集科技新发布的128线车规级激光雷达47图82舜宇光学激光雷达镜头48图83舜宇光学激光雷达视窗48图84永新光学激光雷达镜头49本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页5行业深度分析电子图85蓝特光学车载镜头产品49图86水晶光电车载镜头产品错误未定义书签图87联创电子车载镜头产品矩阵50图88海创电子迷你15um脉冲激光器52图89光库科技激光雷达产品52图90腾景科技激光雷达相关产品模压玻璃非球面透镜53图91奥比中光行业首款户外强光深度相机D-Light产品亮点53表1主流传感方式的优劣对比错误未定义书签表2主流造车新势力感知系统对比多传感器融合激光雷达上车是普遍趋势错误未定义书签表3IEC60825-1对激光产品的安全性分级错误未定义书签表4激光雷达上车要求标准严苛错误未定义书签表5不同波长激光器的优劣势对比16表6机械式与固态式特点对比错误未定义书签表7激光雷达依据发射端的分类错误未定义书签表8激光雷达产业链一览表错误未定义书签表92021年激光雷达上车信息汇总错误未定义书签表10Velodyne激光雷达产品矩阵错误未定义书签表11Velodyne软件方案概览错误未定义书签表12Luminar产品参数错误未定义书签表13禾赛科技激光雷达产品矩阵错误未定义书签表14禾赛科技激光雷达整机及核心部件相关技术错误未定义书签表15图达通产品参数错误未定义书签表16速腾聚创激光雷达产品参数错误未定义书签表17速腾聚创感知方案概览错误未定义书签表18速腾聚创激光雷达产品参数错误未定义书签表19福特科车载镜头有关产品错误未定义书签表20长华光芯VCSEL-TOF产品介绍错误未定义书签本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页6行业深度分析电子1从发展历程看激光雷达激光雷达LightDetectionAndRanging简称LiDAR即光探测与测量是一种集激光全球定位系统GPS和IMUInertialMeasurementUnit惯性测量装置三种技术于一身的系统用于获得数据并生成精确的DEM数字高程模型这三种技术的结合可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑测距精度可达厘米级激光雷达最大的优势就是精准和快速高效作业从1960年人类首次制造出激光到1992年三菱首次应用激光雷达于汽车测距再到2007年Velodyne生产出首台商用3D动态扫描激光雷达如今激光雷达的发展呈现出加速化多技术路径并举的特点是汽车感知架构的关键部件2018年4月科技日报推出了亟待攻克的核心技术系列专栏列举了35项对于中国而言卡脖子的核心技术包含光刻机芯片重型燃气轮机等其中激光雷达位列第十项11回首发展脉络激光雷达缘何兴起111生根发芽吸引国内外势力逐鹿蓝海激光雷达的最早车规级应用源于1992年三菱公司在其旗舰产品第三代Debonair上搭载了可以用于探测跟车距离的激光雷达可以显示跟车距离并在距离过近时发出预警但是当时恶劣天气可靠性更高技术更为成熟的毫米波雷达更适应这一功能很快便取而代之发展成如今的ACC自适应巡航功能21世纪后美国陷入阿富汗和伊拉克两场战争无人驾驶车辆被视为减少美军伤亡的方法之一2004年到2007年间由DARPA美国国防部高级研究计划局发起了三届无人驾驶挑战赛DARPAGrandChallenge首届比赛中7支队伍均未完赛但Velodyne公司的大卫霍尔却从此意识到了激光雷达的巨大潜力以及当时单线式固定视距激光雷达的局限性比赛结束后霍尔发明了一台机械转动式64线激光雷达形状如同车顶飞碟一改之前激光雷达仅扫描单一固定视线的思路第二届比赛中开始有队伍在车辆顶端装载激光雷达但由于车体机械故障未能完成比赛至第三届比赛时霍尔的激光雷达开始大放光彩几乎被所有完赛的队伍所采用这就是日后Velodyne的主打产品之一机械旋转式激光雷达HDL-64E的原型图1首款搭载激光雷达的三菱第三代Debonair汽车图2装载HDL-64E的Voyage自动驾驶车辆资料来源太平洋汽车安信证券研究中心资料来源Voyage安信证券研究中心第三届DAPRA结束后的几年里霍尔不断改进产品在2009年开始正式售卖日后闻名天下的机械旋转式激光雷达鼻祖HDL-64E与原型机相比体积显著减小同年谷歌创始人拉本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页7行业深度分析电子里佩奇邀请了代表斯坦福拿下冠军的塞巴斯蒂安特龙教授SebastianThrun最终形成谷歌旗下的自动驾驶公司Waymo2012年17岁的天才少年罗素从斯坦福大学退学创立了激光雷达的另一个巨头Luminar同年主打固态激光雷达的Quanergy在美国加州成立此后陆续诞生了AeyeInnovizInnovusion等上百家激光雷达公司Waymo在2016年发布了自研的激光雷达博世在2017年收购了美国Tetravue入局激光雷达蔡司也在2018年投资了激光雷达企业BridgerPhotonics中国公司中百度于2013年开始布局自动驾驶此后陆续出现Driveai小马智行禾多科技文远知行等一批公司构成了中国自动驾驶半壁江山这些公司是激光雷达起步阶段最主要的客户群2014年禾赛科技砝石科技速腾聚创在国内成立2016年在测绘激光雷达领域默默耕耘了11年的北科天绘发布了国内首款激光雷达产品万集科技镭神智能北醒光子等数十家激光雷达企业如今已经成为全球车载激光类额达领域中不容忽视的一股力量图3国内首款车载激光雷达产品R-Angle图4谷歌Waymo发布的自研激光雷达资料来源北科天绘官网安信证券研究中心资料来源太平洋汽车安信证券研究中心112开花结果固态化路线掀起技术迭代浪潮为满足安全性稳定性和寿命的保障激光雷达使用的软硬件都需要过车规认证而机械旋转式激光雷达并不适用其一是动辄上万美元的高昂单价使诸多车企难以承受其二也是更难解决的问题其内部使用了大量机械运动部件在体积和寿命上有缺陷几乎不可能通过车规认证固态和混合固态半固态激光雷达成为了被看好的方向其思路是改造激光雷达中的激光器通过寻找其他工程实现方式减少激光器中的旋转部件从而提升产品的稳定性寿命并减小量产成本其中固态雷达被认为是更优方案但目前难以实现2014年成立于硅谷的Quanergy曾令固态OPA光学相控阵固态激光雷达主流技术之一技术受到广泛关注但其并没有可靠的车轨级产品问世核心参数探测距离在2016年时是300m2017年却变成了模糊不清的很远市场对OPA的热情逐渐冷却Quanergy的市场占比也不及从前另一固态雷达解决方案FLASH目前发展也尚未成熟探测距离和分辨率难以兼顾需要多年研究才能走向市场规模化在现有技术和工艺水平下混合固态更能满足量产车型对雷达稳定性和寿命的要求2018年德国大众旗下的奥迪A8成为首个搭载激光雷达的量产车型它使用了由法国Tier1汽车行业一级供应商法雷奥推出的全球第一个完成车规量产认证的激光雷达Scala其使用的本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页8行业深度分析电子就是4线混合固态激光雷达路径但由于其线束太少成像的可靠性和准度都大打折扣被判断并不是激光雷达尝鲜者的中国车企后来居上成为了全球最积极搭载激光雷达的客群自2020年起全球范围有21款车型宣布将搭载激光雷达中国公司推出了其中的14款这些车企选择的都是混合固态激光雷达张立辰激光雷达十年上车路图5Scala4线混合固态激光雷达拆解图图6Quanergy的OPA激光雷达产品资料来源汽车电子设计安信证券研究中心资料来源Quanergy官网安信证券研究中心目前应用最广泛的混合固态方案是MEMS微机电系统首个MEMS混合固态激光雷达是以色列公司Innoviz在2017年发布的InnovizOne速腾紧跟其后在同年推出了与InnovizOne相似的M1另一个被看好的混合固态路线是单轴转镜即Scala使用的方案华为在2020年12月正式发布单轴转镜的96线激光雷达并同步宣布了合作车型为北汽极狐阿尔法S其准度和可靠性都大大超过奥迪搭载的4线激光雷达禾赛在2021年第四季度推出了参数高于华为的128线激光雷达AT128目前已拿下理想集度吉利旗下路特斯高合等品牌的定点指成为某品牌的指定供应商图7华为基于激光雷达的智能驾驶测试图图8广汽AIONLX搭载的速腾M1雷达资料来源太平洋汽车安信证券研究中心资料来源半导体行业观察安信证券研究中心由大疆孵化的览沃Livox另辟蹊径它没有选择被外国厂商探索验证的路线而是自己原创了棱镜旋转扫描方案在2020年CES上览沃发布了Horizon地平线和Tele-15两款产品地平线单价低至800美元同年底览沃宣布获得小鹏P5订单成为最早拿下量产订单的中国激光雷达公司该车型已于2021年交付12细究技术趋势为什么智能驾驶离不开激光雷达121主流传感方式原理不尽相同在车载领域各有优劣本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页9行业深度分析电子汽车感知系统以摄像头毫米波雷达超声波雷达激光雷达GNSS全球定位系统等为主传感器作为实现汽车智能化的感知端设备随着自动驾驶技术的快速发展其重要性愈发凸显汽车环境监测类传感器主要包括超声波传感器毫米波雷达激光雷达摄像头等监测类传感器分布于车身内外通过获取外界环境信息将模拟信号转化为电信号后传递至汽车的中央处单元中从而帮助智能驾驶决策行为此外基于GNSS高精度地图和车路协同技术快速发展进一步提升了智能驾驶的安全性可靠性图9不同类型传感器在汽车上的应用场景资料来源普华永道安信证券研究中心摄像头感知功能强大是ADS自动驾驶与ADAS高阶智能辅助驾驶的必备终端其可以对路面所有事物进行成像也是唯一一个可以分辨出具体颜色和图形的感知硬件特斯拉使用的就是单纯基于摄像头的纯视觉路线但摄像头严重依赖数据训练具有很高的行业壁垒在一些特殊场景中也容易造成判断失误例如特斯拉汽车将白色的货车识别成了白云或天空而造成相撞摄像头的探测距离受到像素的限制而高像素摄像头需要大算力芯片支持无形中增加了成本此外摄像头受恶劣天气影响很大无法保证全天候条件下的稳定工作激光雷达综合性能优势明显成像质量好信息获取全通过发射信号和反射信号的对比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除了传统的障碍物检测以外激光雷达还可以应用于车道线检测优点在于测距远精度高获取信息丰富抗源干扰能力强主要缺点是在一些极端天气条件下可能会有一定影响目前价格相对较昂贵毫米波雷达性能稳定穿透性强性价比高受青睐其波长在110mm之间可以轻易地穿透塑料等材质因为穿透力较强所以受到雨雪等天气的影响较小毫米波雷达可以同时探测目标物体的距离和速度其价格和体积也相对适中易于在车辆进行安装缺点在于毫米波雷达分辨率有限很难探测障碍物的具体形状当需要探测行人这种反射界面较小的物体的时候毫米波雷达容易出现误报对于垂直方向甚至不做区分超声波雷达价格便宜体积较小技术发展较为成熟但其依赖于声波传播速度远低于光速不适用于高速运动的汽车其本身探测距离较短而且只能探测到一定范围内有无障碍物及障碍物的距离无法判断障碍物的形状及具体的位置目前超声波雷达主要用于停车等低速场景本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页10行业深度分析电子图10各类型传感器性能雷达图图11北汽极狐阿尔法S的辅助驾驶配置资料来源前瞻产业研究院安信证券研究中心资料来源电驹网安信证券研究中心C-V2X即车路协同是基于蜂窝网络的车联网技术允许车辆通过通信信道彼此共享信息其需要路面以及其他车辆也配有相同设备十分依赖基础设施建设目前C-V2X基础设备仍在建设网络覆盖度低尚不能广泛应用于自动驾驶场景中高精度地图可以为自动驾驶提供自变量和目标函数的功能其精度可以精确到每个车道的具体导向甚至弯道的曲率坡度的斜率等毫米级信息但地图测绘涉及国家安全国内管理严格中国高精度地图测绘需要甲级资质仅有百度高德华为四维图新等十余家公司具备目前覆盖的道路也非常有限表1主流传感方式的优劣对比摄像头超声波雷达毫米波雷达激光雷达C-V2X高精度地图相机成像机器学收发超声波信号收发毫米波信号并基于蜂窝网络的车指相对于普通地图而言收发激光信号并测距原理习算法进行图像识并测距根据景测距根据景深构联网技术实现车服务于自动驾驶系统的专根据景深构建实时画面别深构建实时画面建实时画面辆间的信息交互题地图从根源上杜穿透性好测距远范围大绝了恶劣环准确全面地表征抗恶劣天气精度分辨率高对所有物体境的影响道路特征兼具测距和信息量大可探均可成像价格便宜增强对环境更高的实时性可测速功能测目标距离方优势唯一一个可以分辨体积较小的感知能力以提前规划自动驾价格和体积位速度姿出具体颜色和图形技术成熟降低车载传驶路线相对适中态形状等信息的感知硬件感器成本车联网对突发情况预警易于在车辆进行安环境光影响小能使多车信息融合减小传感器的误判风险装可用于车道线检测决策严重依赖数响应慢基础建设缺据训练很不适用于分辨率有地图测绘涉及国家乏网络覆高的行业壁高速运动限很难探安全管理严格盖度低垒的汽车测具体形从业者少价格相对较贵需要周边车劣势受恶劣天气探测距离状覆盖道路有限应极端天气时效果不稳定辆有同样设影响大短对非金属识用场景稀少备需要大算力无法判断障碍物别效率低车机存储和算力的需求增投资周期长成本芯片支持的形状及具体位对行人识别效率低大回报慢特殊场景容易误判置探测100m10m150m100m--距离本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页11行业深度分析电子探测一般分辨高较高10mm极高1mm-高可达毫米级精度率较低响应一般慢1s左快1ms快10ms--时间100ms右温度不受温度影适应一般一般好好不受温度影响响性环境恶劣天气适恶劣天气恶劣天气适恶劣天气适应性不受环境影适应应性差适应性差应性强差不受环境影响响性穿透力差穿透力强穿透力强穿透力强成熟技术成熟技术成熟技术较成熟技术发展快速尚不成熟尚不成熟度整体一般低较高高高高成本车道偏离预警碰撞预满足城市自动驾ACC自适应巡应用警交通标驶需要实时建车路协同的车路协同的智能驾倒车雷达航自动紧场景志识别驾立周边环境三维智能驾驶驶急刹车驶员注意力模型检测资料来源前瞻产业研究院CSDN太平洋汽车安信证券研究中心122纯视觉路线关山难越多传感器融合是大势所趋量产车自动驾驶领域纯视觉路线龙头特斯拉构建行业壁垒特斯拉基于摄像头毫米波雷达的纯视觉路线具有全球领先的研发能力和最丰富的用户数据积累自动驾驶的算法核心是卷积神经网络和深度学习需要通过海量的数据训练尤其是对于摄像头获取图像的识别和处理因此测试里程收集的数据量成为决定公司实力最重要的因素之一根据特斯拉2022年各季度生产和交付报告显示2022年累计交付车辆高达131万辆新能源汽车销量稳居世界第一其中上海超级工厂交付71万辆占全球交付量一半以上积累了远超竞争对手的数据量依靠纯视觉路线竞争者难以挑战其地位多传感器融合路线弯道超车是自动驾驶发展的创新之路不同类型的传感器各有优劣因而单一的传感器难以满足复杂的自动驾驶各类应用场景多传感器信息融合MSF利用计算机技术对多传感器或多源的信息和数据进行多层次多空间的组合处理不同传感器优势互补在不同使用场景中发挥各自功能从而有效地提高系统的冗余度和容错性最终帮助做出有效判断和决策图12不同类型传感器在汽车上的应用场景资料来源盖世汽车安信证券研究中心本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页12行业深度分析电子表2主流造车新势力感知系统对比多传感器融合激光雷达上车是普遍趋势蔚来小鹏理想NIOPilotNADXpilot25Xpilot30Xpilot352020款理想One2021One感知系款理想统配置理想X01激光雷-1--2--1达毫米波55355155雷达超声波1212121212121212雷达资料来源面包板社区公司官网汽车电子与软件安信证券研究中心13挖掘市场刚需车规级对激光雷达有哪些要求车规级激光雷达产品国际标准趋于完备国内标准加速修订中车载激光雷达是一种主动传感器对于车规级自动驾驶产品首先考虑就是所发射的激光是否安全避免对周围的人员产生危害目前国际标准包括IEC60825-1国际激光产品安全标准IATF16949质量管理体系ANSIZ1361美国国家标准协会安全指南文件等其中IEC60825-1是全球接受度最高的文件针对国内激光雷达尚没有统一行业标准厂商之间的所采用的标准也不尽相同例如速腾聚创的整机测试要满足IATF16949质量管理体系IEC60825激光产品安全要求能经受住-40至105工作温度并符合PPAP生产件批准程序以及客户的DVPV试验电子电器试验等要求引自汽车之家2021年10月12日全国汽车标准化技术委员会电子与电磁兼容分技术委员会组织召开了车载激光雷达性能要求及试验方法标准起草组成立会其中GBT车载激光雷达性能要求及试验方法由禾赛和百度联合牵头负责QCT机械旋转型车载激光雷达由禾赛和万集联合牵头负责QCTMEMS型车载激光雷达由速腾和万集联合牵头负责QCT转镜型车载激光雷达由华为和禾赛联合牵头负责表3IEC60825-1对激光产品的安全性分级等级要求在所有条件下都是人眼安全-人眼安全是用于180nm至1mm波长光谱的应用的术语1类激光器的发射功率为039MW或更第1类低1M级主要是人眼安全除非与光学仪器如放大镜一起使用1类和1M级被认为是在不可见激光器的范围内第2类暴露时间超过几分之一秒后对人眼不安全这种激光是肉眼可见的2M级模拟到1M2M与光学仪器一起使用时不安全第3类分为3R级和3B级发出相当大的辐射水平3R是低风险的3B是高风险的辐射这种激光等级对人眼和皮肤有害第4类最高允许辐射处理时需要使用特殊的个人防护装备资料来源商通检测CE认证安信证券研究中心在安全方面目前车规级激光雷达产品基本全部符合I类标准即在任何条件下都是人眼安全的发射功率为039MW或更低目前使用的主流激光雷达波段为905nm下一代替换为1550nm后将会进一步降低对人眼的潜在伤害性在探测距离方面主流车企一般要求远距激光雷达至少达到100m10在目标物体反射率10时最远探测距离100m最远探测距离达到200m左右在120-150m达到最佳效果未来激光雷达的发展方向是做到200m以上绝对测距精度在5cm以内水平和垂直角度分辨率最高达到01在寿命和可靠性方面总工作时长一般需要达到13000小时及以上目前主流的机械式激本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页13行业深度分析电子光雷达均无法达到这一寿命要求激光雷达要求至少在-10C-60C之间具有可靠的工作性能就高温而言激光雷达一般要满足高温下正常运行至少2100小时此外车规级认证需要通过电气特性机械特性物理化学特性和电磁兼容性特性四大模块共计数十项检测包括耐碎石性能试验自由跌落试验温度梯度试验耐久性激活试验和高压冲洗试验等表4激光雷达上车要求标准类别要求安全激光器的发射功率为039MW或更低在任何条件下都对人眼无害探测距离测距要求一般在150米-200米左右对应反射率一般在10未来激光雷达的发展方向是做到200m以上精度和分辨绝对测距精度在5cm以内水平和垂直角度分辨率最高达到01率工作寿命总工作时长一般需要达到13000小时及以上温度适应性至少在-10C-60C之间具有可靠的工作性能高温下正常运行至少2100小时资料来源未来智库CSDN芭蕉百科网安信证券研究中心图13激光雷达车规级测试内容一览资料来源镭神智能安信证券研究中心2从工作原理看激光雷达21测距原理dTOF是主流FMCW尚在预研激光雷达按测距原理分类可以分为飞行时间法TOF和连续调频波法FMCW飞行时间法TOF中主流采用的是直接飞行时间法dTOF其工作原理是测量发射激光后其与反射波波脉冲信号之间的时间间隔即测量激光脉冲来回的往返时间T即可得到目标距离SCT2其中C为光在空气中的传播速度由于激光脉冲持续时间极短瞬时功率较高耗时较短因此能够探测到更远距离的目标的同时也能保持较高测量频率同时其计时精度不会因距离改变而发生改变是目前激光雷达厂商采用的主流方案此外还有一种iTOF间接式测量法使用发射正弦波方波与接收正弦波方波之间相位差来反推时间连续调频波法FMCW的测距原理为发射调频连续激光通过回波信号的延时获得差拍信号频率对应出飞行时间通过距离公式反推目标物距离并通过多普勒频率公式测算目标物速度其不会受到太阳光等干扰抗干扰能力更强激光峰值发射功率能够稳定在较低水平本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页14行业深度分析电子100mW可以获得每个像素的径向速度通过FMCW技术激光雷达的视距可以扩展至1000米或者2000米大大提高激光雷达的测距范围但FMCW的激光雷达对激光器的要求非常高同时其的信号解算又相当复杂在技术上目前仍具有挑战另外其作为测距方式与成熟的机械式扫描方式并不完全匹配整体难以通过车规级认证无形之中增加了设计和制造的难度造成成本较高预计在2024年左右可以实现量产图14dTOF工作原理图15FMCW工作原理资料来源飞芯科技安信证券研究中心资料来源汽车之心安信证券研究中心图16TOF激光雷达核心模块示意图图17FMCW系统架构资料来源飞芯科技安信证券研究中心资料来源汽车之心安信证券研究中心22基本模块四大单元相辅相成固态化集成化是未来趋势221发射单元905nm成熟工艺1550nm未来可期LiDAR的激光器可以分为以光纤激光器为代表的1550nm远波红外SWIR激光器和以半导体激光器为代表的905nm近红外NIR激光器其中近红外激光器依据发光原理的不同又可分为边发射激光器EEL垂直腔面发射激光器VCSEL和固体激光器本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页15行业深度分析电子图1激光雷达依据发射端的分类资料来源太平洋汽车网九章智驾安信证券研究中心905nm器件较为成熟1550nm是未来发展方向传统的905nm可以使用廉价的硅基CMOS作为接收端其光噪声和控制信号比较平稳但是905nm测距受限在150米以内由于出于安全角度要选用一级的能量只能实现150m近红外波段仅适用于乘用车商用车至少需要300米探测距离就需要用到1550nm的光源远波红外激光在空气中的衰減性更弱进入人的视网膜之后无法聚焦不会伤害眼睛晶体可以在保证安全基础上人为增加能量增大探测距离但是远波红外光源必须使用较为昂贵的铟镓砷InGaAs作为接收端其具有生产工艺难激光器价格高的缺陷此外探测距离远意味着功率大这也对芯片散热能力以及封装提出了更高要求图2硅和铟镓砷对波长的响应情况表1不同波长激光器的优劣势对比近红外905nm远波红外1550nm接收端材料硅基Si铟镓砷InGaAs发射端器件半导体激光器光纤激光器天气适应性受雨雪粉尘日光干扰较受天气因素干扰小大气穿透率较强大大气散射穿透率一般功率受安全因素影响功率较小增大功率情况下可以提高探测距离和探测精度和距离受限准度安全905nm容易造成视网膜灼伤1550nm大部分被晶状体吸收对人眼危受车规级因素制约较大害小安全性高成本技术成熟成本较低光纤激光器单价为数万元需要外部电源和控制端且接收材料成本同样昂贵资料来源MarchHamamatsuInGaAsselectionguide安信证券研究中心资料来源亮道智能安信证券研究中心对905nm工艺而言VCSEL替代EEL是方向固体激光器尚不成熟目前成熟的近红外工艺905nm等主要的激光发射器为边发射激光器EEL和垂直腔面发射激光器VCSEL其中边发射激光器最常用的是InGaAsGaAs脉冲激光二极管其芯片结构由单通道发展到4通道甚至6通道或8通道具有高的峰值功率和高光电转换效率由单通道结构约75W提高到多通道结构400W甚至近千瓦但其缺点是由于其发射口长宽尺寸不同发出的光斑为椭圆形需要额外的光束整形光学元件其光谱发散也更宽VCSEL相对EEL其谐振腔相对较短以便于阵列化集成化芯片化光斑更接近圆形免去EEL的椭圆光斑整形温度敏感性低在较宽的温度范围内保持稳定在未来定制化后可以进一步压缩量产成本但是其峰值功率低于EEL需要配合更加灵敏的接收器件本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页16行业深度分析电子图3EEL与VCSEL两种激光发射器的原理图图4相对于LED和EELVCSEL的光束质量更高资料来源搜狐网安信证券研究中心资料来源麦姆斯咨询安信证券研究中心固体激光器是闪光式车载激光雷达Flash技术路线的激光光源方案用于FlashLiDAR的固体激光光源固体激光器需要很昂贵的激活介质各种复杂的晶体在设计和工艺上具有很大的挑战首先需要形成大角度视场如125x25均匀照射视场这需要将固体激光MW级点光源通过特殊的光场匀化技术进行匀化在三维空间形成均匀照射大视场其次需要让固体激光器满足车规级高低温震动寿命等可靠性要求目前市场公开报道能够提供车规级固体激光光源的是炬光科技的AL01和AX02Pro系列光源图5AX02Pro固体激光雷达峰值功率和线宽图6LS21G混合固态激光雷达1550nm资料资料来源炬光科技官网安信证券研究中心资料来源镭神智能官网安信证券研究中心光纤激光器与半导体激光器不同的地方主要在谐振腔半导体激光器使用不同介质的分界面作为反射面从而形成谐振腔而光纤激光器直接使用光纤作为谐振腔大气穿透能力强人眼安全性高峰值功率可达上百甚至上千瓦单色性好是激光光源的显著特点但是激光雷达在光源及探测器成本体积温度稳定性以及供应链成熟度上还有明显的不足其更新频率约在10赫兹但是汽车高速行驶状态至少要达到25赫兹影响成像的实时性本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页17行业深度分析电子图7欧司朗四通道EEL激光器左与炬光科技8通道图8禾赛科技基于VCSEl的QT128-128线超广角近距905nm激光雷达光源模块右激光雷达资料来源光电汇OESHOW安信证券研究中心资料来源禾赛科技官网安信证券研究中心图9炬光科技固体激光器产品激光照射视场能量分图10镭神智能LS21G混合固态激光雷达布数据资料来源光电汇OESHOW安信证券研究中心资料来源镭神智能官网安信证券研究中心222接收单元EEL配合APDVCSEL配合SPADSiPM使用激光雷达按照接收端可以分为雪崩光电二极管APD单光子雪崩二极管SPAD和光电倍增管其中单光子雪崩二极管SPAD和雪崩光电二极管APD属于同族的光电探测器主要是利用光生载流子在高电场区内的雪崩效应而获得光电增益从而产生较大大约100倍的输出电流一般来说在不超过反向击穿电压时反向电压越高增益就越大光电倍增管SiPM是多个SPAD的集成器件SPAD相对雪崩二极管PAD灵敏度和工作效率更高APD和SPAD工作机制的差异主要在于不同电场下的载流子行为不同APD工作在击穿电压附近击穿电压表现出有限的增益SPAD工作在击穿电压以上表现出无限的增益理论增益为可以实现单光子触发因此SPAD具有比APD更高的灵敏度激光强度更高的EEL可以配合APD使用而VCSEL可以搭配更灵敏的SPAD基于SPAD可以检测到单个光子因此可以做成光子计数器集成了TDC的SPAD不需要再进行点云处理直接可以输出深度图像与非网本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页18行业深度分析电子图11Si雪崩光电二极管APD图12单光子雪崩二极管SPAD的工作原理和数字化脉冲输出工作模式资料来源滨松中国安信证券研究中心资料来源CSDN安信证券研究中心APD相较SPAD受噪声影响较小性能更加稳定1如果背景光噪声较强SPAD会由于频繁的误触发而处于一种疲劳的状态点云噪点会明显增多2高温会进一步影响SPAD的噪声水平在原有的暗计数后脉冲效应串扰等不利因素的基础上加剧性能的恶化因此在夜晚等没有太强背景光的场景下高性能SPAD的表现优于APD但在太阳光强烈极端温度的环境下现有SPAD的综合表现却是显著低于APD的集成后的SiPM可以有效应对强光但工艺尚不成熟光电倍增管SiPM是多个SPAD的集成为一个像素能够产生强度效果可以获得更高的动态范围以应对强光场景但像素单元较大较难做集成化会导致芯片面积增大工艺难度增加等问题图13索尼推出车用SPAD传感器可以直接集成TDC图14SiPM光电倍增管输出图像资料来源佐思汽车研究安信证券研究中心资料来源滨松中国安信证券研究中心223扫描单元机械式半固态较为成熟纯固态式前路可期扫描单元按照技术架构可以分为整体旋转的机械式激光雷达收发模块静止的半固态激光雷达以及固态式激光雷达其中半固态激光雷达具有微机电系统MEMS转镜和棱镜三种方案固态激光雷达包括光学相控阵OPA和闪光激光雷达FLASH本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页19行业深度分析电子表6机械式与固态式特点对比技术架构主要特点机械旋转式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视场范围内保持一激光雷达致半固态式激半固态方案的特点是收发单元与扫描部件解耦收发单元如激光器探测器不再进行机械运动具体包括微振镜方光雷达案转镜方案等适用于实现部分视场角如前向的探测体积相较于机械旋转式雷达更紧凑固态式方案的特点是不再包含任何机械运动部件具体包括相控阵OpticalPhasedArrayOPA方案Flash方固态式激光案电子扫描方案等适用于实现部分视场角如前向的探测因为不含机械扫描器件其体积相较于其他架构最为雷达紧凑资料来源禾赛科技公开发行股票说明书安信证券研究中心表7激光雷达依据发射端的分类机械式转镜式棱镜式MEMSOPAFLASH分类机械式混合固态混合固态混合固态固态固态体积大较小较小小最小小量产成本压缩空间小较高较高中低低成熟度高较高较高中低低短1000-3000小10000至12000使用寿命高高高高时小时以上较小需要多台较小只能扫较小只能扫描前探测范围360FOV120FOV120FOV拼接描前方方最高可等效可等效144线较高可等效300线精度较高最高128线但点云不均匀160线一径科高较低Luminar边缘稀疏技ML-30sIrisVelodyne法雷Innoviz一径Quanergy力IbeoOuster法厂家奥速腾聚创禾法雷奥LivoxLivox科技速腾聚创策科技雷奥赛科技等奥迪A8极狐极狐阿尔法S应用车型尚无车规级产品小鹏P5暂无长城WEY摩卡阿尔法S-HI版蔚来ET7资料来源禾赛科技公开发行股票说明书安信证券研究中心2231机械式FOV360全覆盖技术相对成熟机械式激光雷达上车最早至今市场份额占据最多机械激光雷达是指其发射系统和接收系统存在宏观意义上的转动也就是通过不断旋转发射头将速度更快发射更准的激光从线变成面并在竖直方向上排布多束激光形成多个面达到动态扫描并动态接收信息的目的在工作时竖直排列的激光发射器呈不同角度向外发射实现垂直角度的覆盖同时在高速旋转的马达壳体带动下实现水平角度360度的全覆盖目前国内外主流厂商包括Velodyne镭神智能速腾聚创等本报告版权属于安信证券股份有限公司各项声明请参见报告尾页20