智能驾驶激光雷达行业白皮书

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0 P! j! z; B8 P# J6 u第二部分：激光雷达行业市场趋势分析
2.1 汽车 ADAS 和自动驾驶是激光雷达主要应用
作为雷达和激光共同“孕育”的产物——激光雷达起源于 20 世纪 60 年代早期，首次应用是在气象学中，国家大气研究中心用它来测量云层。但走入公众视野，则是在 1971 年阿波罗执行 15 号任务期间宇航员采用一种激光雷达设备——激光高度计来绘制月球表面图。由此，激光雷达的精准度和用处得到了证明。
激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展出激光跟踪、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，同时，激光雷达应用领域也逐渐拓展。此前的几十年，激光雷达在军事领域广受欢迎，作为一种能够抵抗电子战、反辐射导弹、超低空突防和隐身的高灵敏雷达，可以探测和跟踪目标，获得目标方位、速度等信息，即使身价不菲，但仍不能阻挡不了各国军事部门矢志不渝地对其精益求精的追求。
5 L# F5 ?: |2 U' l" a激光雷达用于汽车的故事始于一项比赛。自 2004 年起，美国国防部高级研究计划局（DARPA）开始组织一项大型无人车挑战赛，旨在鼓励开发自动驾驶汽车，激光雷达及传感器融合技术成为赢得挑战赛的利器。
汽车制造商可能认为在高度自动驾驶时才会使用激光雷达，而在 SAE（美国汽车工程师学会） L3 级以下应用只需采用摄像头和毫米波雷达的组合。因此，激光雷达将主要被高端的高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶汽车采用，并且自动驾驶汽车被视为改变激光雷达产业的重要力量。
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) O* |; T% l$ b) K' B在本次调查中，80.64%的受调查者认为激光雷达的最主要应用领域是在汽车 ADAS 和自动驾驶。不过，激光雷达的新兴应用领域不局限于汽车。该技术越来越多地用于建筑和地理信息系统，也是自动导向车（AGV）的关键组成部分，可以帮助仓库实现自动化。因此，58.09%的受调查者认为地形测绘也是激光雷达主要的应用领域，50.25%的受调查者依然看好激光雷达在国防军事领域的应用前景，而 50.74%的受调查者认为 AGV 小车是激光雷达的主要应用领域。

2.2 自动驾驶市场将成为激光雷达产业爆发点共识已形成
# n# T8 I/ r5 e( R激光雷达的应用正在按计划实施，其它汽车制造商已宣布或计划将激光雷达技术整合到未来的汽车之中。据麦姆斯咨询报道，宝马（BMW）与 Innoviz 展开合作，计划在 2021 年将基于 MEMS 微镜的激光雷达集成于汽车，表明固态技术将逐渐取代机械扫描技术。在互联网企业方面，Waymo 并不孤单，因为百度（Baidu）、优步（Uber）、Lyft 等也加入了自动驾驶战局。
5 O' ~* _1 l& [随着上述企业的快速发展，预计到 2021 年，自动驾驶汽车的总量将达到44000 辆。与此同时，激光雷达市场也因此受益，Yole 在《汽车和工业应用的激光雷达-2019 版》中预计激光雷达市场将从 2018 年的 13 亿美元增长到 2024年的 60 亿美元。其中，汽车应用占据激光雷达市场的 70%份额。
在本次调查中，智能驾驶市场会成为激光雷达产业的爆发点也获得高度一致的共识，93.38%的受调查者同意此观点。而关于具体爆发时间点的调查中，大多数受调查者认为激光雷达市场爆发将出现在 2021~2030 年之间，其中认为2025~2030 年爆发的受调查者比例更高。

, E) u, o' r  n# ?/ }- K2.3 激光雷达行业投资状况分析
智能驾驶概念引入以来，激光雷达领域的投资热潮热度不减，一些成立不久的初创企业动辄就获得上千万的融资额度。据麦姆斯咨询介绍，从2016年以来，激光雷达行业的投资已经超过了 10 亿美元。
" c9 R0 u! H0 O; X在这样的背景下，一些对激光雷达行业投资泡沫过大的抨击不绝于耳。但本次调查中，54.66%的受调查者认为激光雷达行业的投资情况属于正常水平，也有近三成的受调查者认为存在投资过热的现象。
其中自动驾驶系统集成及解决方案商、整车厂分别有 39%和 24%的受调查者认为激光雷达行业存在投资力度不够的情况。可推测自动驾驶的激光雷达产品还未解决整车厂、自动驾驶系统集成及解决方案商的痛点，需要更多资金去支持激光雷达行业产品的技术研发。

2.4 亚太地区激光雷达市场被一致看好
68.87%的受调查者认为未来激光雷达市场主要集中于亚太地区，而只有8.09%的受调查者认为未来激光雷达市场主要集中于欧洲地区。但需要考虑该数据与受调查者集中于中国，及中国拥有全球第一的汽车销量有关。
1 n! t' d" ?  m' p不过，有数据显示欧洲才将会占据全球汽车激光雷达传感器最大的市场份额。
欧盟正在支持基于激光雷达的 ADAS 应用合法化，以提高车辆的安全性。自动驾驶汽车已经在该地区的几个国家进行测试，如德国和法国等。这将增加欧洲地区对基于激光雷达传感器的 ADAS 系统的应用，并将最终影响该地区在全球所占的市场份额。
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2.5 降低激光雷达价格是一致呼声
9 E; R. J) e; b( j$ x激光雷达的“高冷”来源于其昂贵的销售价格，机械式激光雷达常常高于一辆普通汽车的售价，因此广为业界所诟病。满足性能要求的同时，实现大规模量产，并降低成本，是汽车激光雷达厂商的目标。在本次调查中，51.72%的受调查者认为激光雷达的价格应在 500 美元以下才比较合理，34.80%的受调查者认为 500~1000 美元才算合理。
我们对来自受调查者所处的激光雷达产业链位置进行了细分。发现整车厂72%的受调查者和自动驾驶系统及解决方案商 65%的受调查者认为激光雷达需要降至 500 美元以下，说明目前整车厂、自动驾驶系统及解决方案商认为激光雷达售价高，需要降低激光雷达产品价格从而降低智能驾驶系统的整体成本。但在激光雷达厂商的受调查者中，认为价格在 500 美元以下和 500~1000 美元的人分别都占有 45.45%和 40.00%，可以看出激光雷达还有较多的技术难点，核心元器件成本较高，导致激光雷达厂商和核心元器件厂商更理性地判断为价格区间为 500~1000 美元。
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第三部分：激光雷达技术方案分析
3.1 激光雷达
1 F6 o* K& q* F9 h3.1.1 展望中长期，更看好 MEMS 激光雷达
通常情况下，“采用半导体‘微动’器件——MEMS 微镜（代替宏观机械式扫描器）在微观尺度上实现激光雷达发射端的光束操纵方式”称为“混合固态”。同时，把采用上述光束操纵方式的激光探测和测距系统称为混合固态激光雷达，也称为 MEMS 激光雷达。“混合固态”的概念源于 MEMS 微镜是一种硅基半导体元器件，属于固态电子元件；但是 MEMS 微镜并不“安分”，内部集成了“可动”的微型镜面；由此可见 MEMS 微镜兼具“固态”和“运动”两种属性，故称为“混合固态”。可以说，MEMS 微镜是传统机械式激光雷达的革新者，引领激光雷达的小型化和低成本化。
而光学相控阵（OPA，Optical PhaSED Array）激光雷达，其相控阵发射器由若干发射接收单元组成阵列，通过改变加载在不同单元的电压，进而改变不同单元发射光波特性（如光强、相位），实现对每个单元光波的独立控制，通过调节从每个相控单元辐射出的光波之间的相位关系，在设定方向上产生互相加强的干涉从而实现高强度光束，而其它方向上从各个单元射出的光波彼此相消，因此，辐射强度接近于零。组成相控阵的各相控单元在程序的控制下，可使一束或多束高强度光束的指向按设计的程序实现随机空域扫描。OPA 激光雷达动态扫描性能最佳、集成度高、信噪比高等优点。但是，如果要实现完美 OPA 阵列，需要天线密度高、阵列规模大的天线阵列，同时会带来硅波导串扰、加工难度高、成本高等一系列问题。
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