【研報】計算機行業智能網聯專題系列一：激光雷達自動駕駛之眼-210124（45頁）.pdf

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1、1 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 乘自動駕駛發展東風，激光雷達走進大眾視野：乘自動駕駛發展東風，激光雷達走進大眾視野：激光雷達是自動駕駛與機 器人產業的重要傳感器類型之一， 2005年，Velodyne 首次將 64 線激光雷達應 用于 DARPA 挑戰賽，2007 年 Velodyne 生產出首臺商用 3D 動態掃描激光雷 達，成為該行業的重要時刻。相比毫米波雷達、攝像頭、超聲雷達等方案， 激光雷達在可靠度、探測距離、夜間表現等方面較為均衡，具備一定優勢， 車企通常采用多類傳感器融合方案。激光雷達激

2、光雷達按照技術路徑細分可分為機械按照技術路徑細分可分為機械 式、混合固態（式、混合固態（MMEMSEMS） 、固態式（） 、固態式（O OPAPA、FlashFlash）三種類別。）三種類別。其中機械式發展 較早，技術成熟度高；固態式在性能、成本上要優于機械式，但技術上還有 待突破。當前對于激光雷達的評判標準集中在車規級、可量產、低成本三個 方面，在車規級方面，鐳神智能 CH32 混合固態激光雷達，在國內率先通過混合固態激光雷達，在國內率先通過 車規級認證車規級認證，在可量產與低成本方面，固態式激光雷達體積小、整體量產成固態式激光雷達體積小、整體量產成 本和量產難度較低，容易在技術成熟后產生可

3、大規模應用的市場價格。本和量產難度較低，容易在技術成熟后產生可大規模應用的市場價格。盡管 固態式在整體性能上優于機械式，但距離技術上的完全成熟還需要一段的時 間， 因此短期內激光雷達市場上仍舊是機械式與固態式激光雷達并存的局面。 激光雷達市場發展迅速，整體復合增速達激光雷達市場發展迅速，整體復合增速達 64.5%64.5%：激光雷達市場廣闊，根 據沙利文預測，激光雷達整體市場規模預計至激光雷達整體市場規模預計至 20252025年將達到年將達到135.4135.4 億美元，億美元， 較較 20192019 年可實現年可實現 64.5%64.5%的年均復合增長率；細分市場中汽車領域市場最為廣的年

4、均復合增長率；細分市場中汽車領域市場最為廣 闊，據闊，據 VelodyneVelodyne 預測，預測，20222022 年汽車領域激光雷達市場規模將達年汽車領域激光雷達市場規模將達 7 72 2 億美元，億美元， 占比約占比約 60%60%，LuminarLuminar 則給出了則給出了 2 2030030年達到千億美元量級的預測年達到千億美元量級的預測；在智慧城 市概念發展的推動下，車聯網領域市場發展迅速，至 2025 年，全球激光雷達全球激光雷達 在該領域的市場規模將超過在該領域的市場規模將超過 4545 億美元，億美元，20192019 年至年至 20252025 年復合增長率為年復合

5、增長率為 48.48%48.48%。L3 級標準下的 ADAS 高級輔助駕駛市場與L4、L5 級標準下的無人 駕駛市場都對激光雷達技術產品擁有著較高的需求，L5 級自動駕駛標準下， 激光雷達的配臵數量不應少于4 個，激光雷達行業將迎來廣闊的發展空間。 國內產業鏈崛起，國內產業鏈崛起， 美股迎來激光雷達企業上市潮，禾賽科技美股迎來激光雷達企業上市潮，禾賽科技擬擬登陸科創登陸科創板板： 產業鏈方面，上游主要包括激光發射接收模塊、掃描器、信息處理芯片等 部分，下游包括各類測繪和導航需求，如自動駕駛等。國外公司分布全面， 整機領域有 Velodyne、Luminar、Valeo、Ouster 等龍頭，

6、光學元件領域有意法 半導體、亞洲光學等，光源領域有 Thorlabs、飛利浦光學等，探測器領域有 SensL、飛利浦等公司，IC 領域則有賽靈思、Qorvo 等公司。國內公司在整機 領域公司較多，例如禾賽科技、北醒、北科天繪、鐳神智能等，近年來上游 也得到了發展，芯視界微電子、靈明光子等公司紛紛得到巨頭投資。數?；?合信號龍頭公司艾為電子、激光器三優光電、精密光學元件福特科等新三板 公司涉及激光雷達產業鏈相關環節。業內公司方面，Velodyne 作為激光雷 達行業龍頭，于 2020 年 9 月完成 NASDAQ 上市，預計 2020財年營收 0.94億 美元，市值 40 億美元左右；Lumin

7、ar 于 2020 年 12 月完成 NASDAQ 上市， 預 計 2020 財年營收 0.15 億美元，市值 100 億美元左右；禾賽科技于 2021 年 1 月 7 日科創板受理，有望成為國內首家上市的激光雷達企業。在營收規模方 面，禾賽科技 2019 年營收增長率達到 162.3%，達到 3.48 億元，2020 前三季 度達到 2.53 億元。在毛利率方面，禾賽科技的毛利率 2017-2019均高于 70%， Luminar 由于其產品仍處于研發期，2019 年毛利率為負。 風險提示：風險提示：技術成熟度技術成熟度不及預期不及預期，行業競爭加劇的風險。，行業競爭加劇的風險。 Tabl

8、e_Ti t l e 2021 年年 01 月月 24 日日 激光雷達：自動駕駛之眼激光雷達：自動駕駛之眼智能網聯專題系列一智能網聯專題系列一 Tabl e_BaseI nf o 新三板新三板主題報告主題報告 證券研究報告 相關報告相關報告 西部最大民辦高中教育集團 赴美上市，輕資產擴張形成 “一校多點”辦學格局 2021-01-19 IPO 觀察：IPO 審核新增 15 家過會，新三板貢獻 7 家 2021-01-19 全市場科技產業策略報告第 九十四期 2021-01-18 從港股 2020 退市情況看注 冊制推進和轉板 2021-01-17 從 2020 美股 IPO 啟示 尋精 選層投

9、資多路徑思考 2021-01-14 2 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 內容目錄內容目錄 1. 寫在前面：激光雷達行業迎來上市潮，行業將呈現快速擴張新格局？寫在前面：激光雷達行業迎來上市潮，行業將呈現快速擴張新格局？. 5 2. 思考一：刨根問底，激光雷達將迎來自動駕駛汽車發展新機遇？思考一：刨根問底，激光雷達將迎來自動駕駛汽車發展新機遇？. 6 2.1. 先看歷史：誕生于 1960 年，2000 年后逐步應用于無人駕駛領域 . 6 2.2. 剖析概念：激光雷達由激光發射、接收、信息處理、掃描

10、四大基礎系統構成 . 7 2.3. 再看分類：機械式與固態式是汽車領域激光雷達的主要類別. 10 2.3.1. 測距方法分類：ToF 法更為成熟，FMCW 具有更高的抗干擾性 . 12 2.3.2. 技術架構分類：機械式技術趨近成熟，固態式預計將成為未來主流 . 13 2.3.2.1. 機械式激光雷達：可實現水平 360 全覆蓋，體積較大價格較貴 . 14 2.3.2.2. MEMS 混合固態激光雷達：半機械式構造，可實現激光雷達的小型化 . 15 2.3.2.3. Flash 激光雷達：采用類照相機工作模式，具有 256256 像素點探測器 . 15 2.3.2.4. OPA 固態激光雷達：

11、產品小型化，無需機械掃描 . 16 2.3.2.5. 淺顯之見：機械式已進入量產階段，固態式通過車規認證 . 17 2.4. 分析優勢：激光雷達探測精度高、探測范圍最高可達 360 . 21 3. 思考二：需求視角，行業規模將迎來快速擴張期？思考二：需求視角，行業規模將迎來快速擴張期？. 25 3.1. 行業規模與發展趨勢：激光雷達行業迎來無人駕駛行業發展新機遇 . 25 3.1.1. 汽車激光雷達市場：2025 年汽車領域激光雷達市場規模預計將超 80 億美元 . 27 3.1.1.1. L4/L5 級無人駕駛市場：2025 年市場規模預計達到 35 億美元. 27 3.1.1.2. L3

12、級高級輔助駕駛市場：2025 市場規模預計將達到 46.1 億美元. 28 3.1.2. 服務型機器人市場：2025 年激光雷達在機器人領域市場預計達到 7 億美元 . 29 3.1.3. 車聯網市場：全球激光雷達在車聯網市場規模將超過45 億美元 . 29 3.2. 行業技術壁壘：行業技術壁壘較高，需要應對產品的快速迭代 . 30 3.3. 行業政策：政策不斷利好，激光雷達市場迎來快速發展. 31 4. 思考三：供給視角，激光雷達行業各個玩家的競爭格局如何？思考三：供給視角，激光雷達行業各個玩家的競爭格局如何？ . 33 4.1. 產業鏈：國內產業鏈中游突出上游崛起，固態化趨勢推動成本降低和

13、實用化 . 33 4.2. 概況對比：Velodyne 是全球行業龍頭，禾賽科技在國內市場處于領先地位 . 36 4.2.1. Velodyne：激光雷達行業龍頭，2020 財年預計營收 0.94 億美元 . 37 4.2.2. Luminar：專注于高速公路無人駕駛技術，固態式車載激光雷達技術領先者 . 39 4.2.3. 禾賽科技：擬于科創板上市，國內激光雷達行業領軍者 . 41 4.2.4. 關鍵業務指標對比：Velodyne 市場營收總額最高，禾賽科技毛利率領先 . 44 圖表目錄圖表目錄 圖 1：激光雷達發展歷程. 6 圖 2：激光雷達技術方案發展趨勢. 7 圖 3：Velodyne

14、 激光雷達產品 . 7 圖 4：激光雷達應用場景. 8 圖 5：激光雷達工作原理. 8 圖 6：激光雷達組成結構. 9 圖 7：激光雷達四個維度. 9 圖 8：華為 96 線程激光雷達 . 10 圖 9：不同類型激光雷達傳感器搭載平臺及適用尺度.11 圖 10：激光雷達技術架構分類.11 圖 11：ToF 工作原理 . 12 圖 12：ToF 激光雷達核心模塊示意圖 . 12 rQoQtMrMrRmRoQzQqNnMqQaQ9RbRtRpPsQnMfQmMrQlOpNtO6MmMyRvPtQyRwMtQnP 3 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。

15、 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 圖 13：FMCW 工作原理 . 13 圖 14：FMCW 架構組成 . 13 圖 15：機械式雷達結構圖. 14 圖 16：機械式雷達工作原理 . 15 圖 17：MEMS 工作原理 . 15 圖 18：Flash 激光雷達工作原理 . 16 圖 19：Flash 激光雷達小型化歷程. 16 圖 20：OPA 激光雷達工作原理. 17 圖 21：激光雷達實際應用性 . 18 圖 22：鐳神智能車規級激光雷達 . 19 圖 23：激光雷達技術流派及代表性公司. 20 圖 24：各類激光雷達占比. 20 圖 25：部分激光雷達產品對比（2017

16、-2018 年） . 21 圖 26：四維圖新自動駕駛車上主要傳感器 . 22 圖 27：不同自動駕駛標準對激光雷達數量要求 . 22 圖 28：各類型傳感器性能雷達圖 . 23 圖 29：自動駕駛技術應用路徑. 23 圖 30：不同類型雷達波長與頻率對比 . 24 圖 31：2022 年激光雷達市場細分占比 . 25 圖 32：激光雷達市場規模預測（十億美元）. 25 圖 33：激光雷達細分市場規模預測. 26 圖 34：全球激光雷達市場規模（億美元） . 26 圖 35：中國激光雷達市場規模（億美元） . 27 圖 36：激光雷達在無人駕駛產業的應用. 27 圖 37：激光雷達在無人駕駛領

17、域市場規模（億美元）. 28 圖 38：激光雷達在高級輔助駕駛領域市場規模（億美元）. 28 圖 39：激光雷達在機器人產業的應用 . 29 圖 40：激光雷達在服務型機器人領域市場規模（億美元）. 29 圖 41：激光雷達在車聯網領域應用. 30 圖 42：激光雷達在車聯網領域市場規模（億美元） . 30 圖 43：行業主要壁壘. 31 圖 44：激光雷達產業鏈 . 33 圖 45：激光雷達產業鏈公司 . 33 圖 46：激光雷達產業鏈及代表公司. 34 圖 47：2017 年至 2020 年投融資事件數量 . 35 圖 48：2017 至 2021 年 1 月融資輪次分布 . 35 圖 4

18、9：Velodyne 發展歷程 . 38 圖 50：Velodyne 產品種類與應用場景 . 38 圖 51：Velodyne 產品的性能對比 . 38 圖 52：Velodyne 雷達出貨量預測 . 39 圖 53：Luminar 發展歷程 . 39 圖 54：Luminar 營收規模與預測（百萬美元）. 40 圖 55：Luminar 產品性能對比 . 40 圖 56：Luminar 主要產品 Iris. 40 圖 57：Luminar 合作客戶 . 41 4 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁

19、。 圖 58：禾賽科技合作客戶. 41 圖 59：禾賽科技產品演變. 43 圖 60：禾賽科技主營業務收入變化（萬元，%） . 43 圖 61：2019 年禾賽科技各產品收入占比 . 44 圖 62：營業收入（億元）. 45 圖 63：凈利潤（萬元） . 45 圖 64：毛利率 . 45 表 1：自動化駕駛分級標準 . 5 表 2：顯性參數指標. 10 表 3：激光雷達不同的分類方式 .11 表 4：ToF 與 FMCW 特點對比. 12 表 5：機械式與固態式特點對比 . 14 表 6：激光雷達技術方案. 17 表 7：性能參數. 18 表 8：激光雷達實際應用性比較 . 18 表 9：技術

20、特點與量產時間 . 19 表 10：各類型傳感器指標對比. 23 表 11：各類型傳感器應用性能對比 . 24 表 12：非汽車領域激光雷達需求預測 . 26 表 13：行業政策. 31 表 14：2017 年至今激光雷達公司最新融資情況 . 35 表 15：新三板激光雷達產業鏈公司. 36 表 16：行業內主要的激光雷達公司. 37 表 17：不同細分市場禾賽科技代表產品. 42 表 18：禾賽科技無人駕駛領域代表產品. 42 表 19：禾賽科技 ADAS 領域代表產品 . 43 表 20：已上市與即將上市公司市值規模對比（市值基于 2021 年 1 月 7 日美股收盤價）. 44 表 21

21、：Aeva、Innoviz、Ouster 已公布預期營收和估值情況 . 45 5 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 1. 寫在前面：激光雷達迎來上市潮，行業將呈現快速擴張新格局？寫在前面：激光雷達迎來上市潮，行業將呈現快速擴張新格局？ 激光雷達行業龍頭 Velodyne 和 Luminar 于 2020 年完成在 NASDAQ 上市， Aeva 將于 2021 年第一季度完成 NYSE 上市，Innoviz 將于 2021 年第一季度完成 NASDAQ 上市，Ouster 計劃 2021 年上半

22、年完成 NYSE 上市，隨著這樣一波密集的上市潮的到來，資本力量正加速 入局激光雷達行業市場，這必將重塑當前激光雷達行業的發展格局。與此同時，國內市場激 光雷達企業的發展也進入了加速階段，國內機械式激光雷達龍頭禾賽科技于 2021 年 1 月 7 申請科創板上市，或成為國內首家上市的激光雷達公司，鐳神智能的混合固態激光雷達產品 正式通過國家車規級認證， 成為國內首個、 全球第二個獲得正式認證報告的車規級激光雷達。 （來源：禾賽科技招股書、鐳神科技公司官網） 激光雷達是自動駕駛技術實現的關鍵技術設備，國家在自動駕駛領域頒布的規范化扶持政策， 也助力國內激光雷達市場進一步擴張。國家在最新頒布的汽車

23、駕駛自動化分級編制說明 中指出，駕駛自動化技術是國際公認的未來發展方向和關注焦點之一。制定國家標準的意義 不僅在于汽車產品與技術的升級，更有可能帶來汽車及相關產業全業態和價值鏈體系的重塑。 中、美、歐、日等都將駕駛自動化技術作為交通領域的重點發展方向，并從國家層面進行戰 略布局。 因此， 國家政策、 行業發展也亟需形成統一的規范性分級， 促進行業的進一步發展。 表表 1：自動化駕駛分級標準：自動化駕駛分級標準 分級分級 名稱名稱 車輛橫向和縱向運車輛橫向和縱向運 動控制動控制 目標和事件探測與響應目標和事件探測與響應 動態駕駛任務接管動態駕駛任務接管 設計運行條件設計運行條件 0 級級 應急輔

24、助 駕駛員 駕駛員及系統 駕駛員 有限制 1 級級 部分駕駛輔助 駕駛員和系統 駕駛員及系統 駕駛員 有限制 2 級級 組合駕駛輔助 系統 駕駛員及系統 駕駛員 有限制 3 級級 有條件自動駕駛 系統 系統 動態駕駛任務接管用戶 （接管后成為駕駛員） 有限制 4 級級 高度自動駕駛 系統 系統 系統 有限制 5 級級 完全自動駕駛 系統 系統 系統 無限制 資料來源：工信部，安信證券研究中心 在自動化駕駛的 5 級標準中， L3 級標準下的 ADAS 高級輔助駕駛市場與 L4、 L5 級標準下的 無人駕駛市場都對激光雷達技術產品擁有著較高的需求，隨著中國自動駕駛領域的政策和規 范的不斷成熟，激

25、光雷達行業將迎來廣闊的發展空間。 根據 Velodyne 預測，2022 年激光雷達市場規模將達到 119 億美元，其中約 72 億美元來自 汽車領域的應用，占比約 60%。在自動汽車領域中，機械式和固態式激光雷達的技術發展方 向之爭也將在未來深刻的影響著激光雷達市場的發展走向。因此，本文希望從激光雷達的發因此，本文希望從激光雷達的發 展歷程入手，對激光雷達市場當前的發展現狀與發展脈絡進行梳理，并對當前機械式與固態展歷程入手，對激光雷達市場當前的發展現狀與發展脈絡進行梳理，并對當前機械式與固態 式激光雷達并存的市場格局的發展走向進式激光雷達并存的市場格局的發展走向進行分析行分析，最后對，最后對

26、產業鏈產業鏈上下游環節的公司進行詳細上下游環節的公司進行詳細 梳理梳理。 6 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 2. 思考一：思考一：刨根問底，刨根問底，激光雷達將迎來激光雷達將迎來自動自動駕駛汽車發展新機遇？駕駛汽車發展新機遇？ 2.1. 先看歷史：先看歷史：誕生于誕生于 1960 年，年，2000年后逐步應用于無人駕駛領域年后逐步應用于無人駕駛領域 激光雷達的發展歷史已有數十年。從 1960 年激光器誕生后不久，激光便被應用于各種測量 場景，科技界迅速將激光應用在測距儀和激光雷達當中，早在

27、1971 年，激光雷達便跟隨阿 波羅 15 號進行了月面測繪。但一直以來，受制于各類激光設備的技術難度，激光雷達成本 較高，商業化場景較少。但這一局面在 21 世紀得以改變，包括 DARPA、Velodyne 等政界、 軍界、商界重要成員合力推動激光雷達發展，2005 年，Velodyne 首次將 64 線激光雷達應 用于 DARPA 挑戰賽，2007 年 Velodyne 生產出首臺商用 3D 動態掃描激光雷達，成為該行 業的重要時刻。此后，Ibeo、Valeo、Luminar 等公司相繼推出各自的激光雷達產品，技術上 各有優勢，機械式產品逐漸轉變為固態產品，產品成本逐漸降低，到 2020

28、年，Velodyne 的 新款固態激光雷達售價已達到 100 美元（公司官網） ，可以說正式進入實用區間。 國內激光雷達產業發展也相當迅速，從人工智能與自動駕駛產業快速發展后，我國涌現出北 科天繪、速騰聚創、鐳神智能、禾賽科技、Innovusion 等一大批優秀公司，產品性能也不斷 提升，從 16 線到 128 線乃至 300 線產品都有，探測距離也達到 500m 量級。 綜合來看，激光雷達產業一直朝向遠距離、大范圍、高分辨率、低成本的方向發展，如今的 商用激光雷達已經遠超早期產品。 圖圖 1：激光雷達發展歷程激光雷達發展歷程 資料來源：各家公司官網，安信證券研究中心制圖 無人駕駛領域將成為未

29、來激光雷達最主要的應用市場，在此基礎上，當前的機械式激光雷達 技術較為成熟，具有一定的應用可行性，但固態式激光雷達將憑借成本低、小型化、更容易 量產等特點在未來市場中占據優勢。 7 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 圖圖 2：激光雷達技術方案發展趨勢激光雷達技術方案發展趨勢 資料來源：麥姆斯咨詢，安信證券研究中心 2.2. 剖析概念：剖析概念：激光雷達由激光發射、接收、信息處理、掃描四大基礎系統構成激光雷達由激光發射、接收、信息處理、掃描四大基礎系統構成 激光雷達（Light Detection

30、 And Ranging，簡稱LiDAR）即光探測與測量，是一種集激光、 全球定位系統（GPS）和 IMU（Inertial Measurement Unit，慣性測量裝臵）三種技術于一 身的系統，用于獲得數據并生成精確的 DEM（數字高程模型） 。這三種技術的結合，可以高 度準確地定位激光束打在物體上的光斑，測距精度可達厘米級，激光雷達最大的優勢就是 精準和快速、高效作業。 圖圖 3：Velodyne 激光雷達產品激光雷達產品 資料來源：Velodyne官網，安信證券研究中心 激光雷達當前被廣泛用于無人駕駛汽車和機器人領域，被譽為廣義機器人的“眼睛”，是一種 通過發射激光來測量物體與傳感器之

31、間精確距離的主動測量裝臵。激光雷達通過激光器和探 測器組成的收發陣列，結合光束掃描，可以對廣義機器人所處環境進行實時感知，獲取周圍 物體的精確距離及輪廓信息，以實現避障功能；同時，結合預先采集的高精地圖，機器人在 環境中通過激光雷達的定位精度可達厘米量級，以實現自主導航。 8 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 圖圖 4：激光雷達應用場景激光雷達應用場景 資料來源：Velodyne官網，安信證券研究中心 激光雷達可以高精度、高準確度地獲取目標的距離、速度等信息或者實現目標成像。激光雷 達工作過原理

32、：激光通過掃描器單元形成光束角度偏轉，光束與目標作用形成反射/散射的回 波。當接收端工作時，可產生原路返回的回波信號光子到達接收器，接收端通過光電探測器 形成信號接收，經過信號處理得到目標的距離、速度等信息或實現三維成像?？梢?，光束掃 描器和探測系統的實現方式便是研究重點，需求從機械式向小型化全固態方向發展。 圖圖 5：激光雷達工作原理激光雷達工作原理 資料來源： 固態激光雷達研究進展 ，陳敬業，時堯成，安信證券研究中心 激光雷達由激光發射、激光接收、信息處理、掃描系統四大基礎系統構成，這四大系統相互 協作，進而短時間內獲取大量的位臵點信息，并根據這些信息實現三維建模。其中 激光 發射系統：激

33、勵源周期性地驅動激光器，發射激光脈沖，激光調制器通過光束控制器控制發 射激光的方向和線數， 最后通過發射光學系統， 將激光發射至目標物體； 激光接收系統： 經接收光學系統，光電探測器接受目標物體反射回來的激光，產生接收信號； 信息處理 系統：接收信號經過放大處理和數模轉換，經由信息處理模塊計算，獲取目標表面形態、物 理屬性等特性，最終建立物體模型。 掃描系統：以穩定的轉速旋轉起來，實現對所在平 面的掃描，并產生實時的平面圖信息。 9 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 圖圖 6：激光雷達組成結構激

34、光雷達組成結構 資料來源：汽車人參考，安信證券研究中心制圖 激光雷達的測距原理可分為三角測距法和 ToF(飛行時間法)，前者主要用于掃地機器人、工 業機器人等非車載應用，而后者才是汽車激光雷達的主要測距原理。激光雷達的光束操縱方 式有 MEMS 微振鏡掃描、OPA 掃描、機械式掃描（又包括旋轉馬達掃描、平面擺鏡掃描、 多棱鏡掃描等多種宏觀可見的掃描方式） 、閃光式（無需掃描元件）等，光束操縱也是最復 雜、最關鍵的激光雷達技術維度。在光源方面，涵蓋 LED、EEL、VCSEL 和光纖激光器， 而在探測器方面， 包括 PIN PD、 APD/SPAD/SiPM、 CMOS 圖像傳感器、 CCD 圖

35、像傳感器。 圖圖 7：激光雷達四個維度激光雷達四個維度 資料來源：麥姆斯咨詢，安信證券研究中心 激光雷達產品可以從顯性參數、實測性能表現及隱性指標等方面進行評估和比較。顯性參數 指列示在產品參數表中的信息，主要包含測遠能力、點頻、角分辨率、視場角范圍、測距精 準度、功耗、集成度（體積及重量）等。 10 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 表表 2：顯性參數指標：顯性參數指標 參數參數 描述描述 說明說明 測遠能力測遠能力 一般指激光雷達對于 10%低反射 率目標物（標準朗伯體反射能量的 比例）的最

36、遠探測距離。 激光雷達測遠能力越強，距離覆蓋范圍越廣，目標物探測能力越 強，留給系統進行感知和決策的時間越長。目標物反射率影響探 測距離，相同距離下，反射率越低越難進行探測。 點頻點頻 激光雷達每秒完成探測獲得的探 測點的數目。 點頻越高說明相同時間內的探測點數越多，對目標物探測和識別 越有利。 角分辨率角分辨率 激光雷達相鄰兩個探測點之間的 角度間隔， 分為水平角度分辨率與 垂直角度分辨率。 相鄰探測點之間角度間隔越小，對目標物的細節分辨能力越強， 越有利于進行目標識別。 視場角范圍視場角范圍 （FOV） 激光雷達探測覆蓋的角度范圍，分 為水平視場角范圍與垂直視場角 范圍。 視場角越大說明激

37、光雷達對空間的角度覆蓋范圍越廣。 測距精度測距精度 激光雷達對同一距離下的物體多 次測量所得數據之間的一致程度。 精度越高表示測量的隨機誤差越小，對物體形狀和位臵的描述越 準確，對目標物探測越有利。 測距準度測距準度 測距值和真實值之間的一致程度。 準度越高表示測量的系統誤差越小，對物體形狀和位臵的描述越 準確，對目標物探測越有利。 功耗功耗 激光雷達系統工作狀態下所消耗 的電功率。 在探測性能類似的情況下，功耗越低說明系統的能量利用率越 高，同時散熱負擔也更小。 集成度集成度 直觀體現為產品的體積和重量。 在探測性能類似的情況下，集成度越高搭載于車輛或服務機器人 時靈活性更高。 資料來源：禾

38、賽科技公開發行股票說明書，安信證券研究中心 同時，激光雷達也常以線數區分，如 4 線、8 線、16 線、32 線、128 線等。線數是指激光 發射光源數，16 線產品有 16 個光源，以此類推，華為近期發布的 96 線激光雷達就是含有 96 個光源的激光雷達。 圖圖 8：華為華為 96 線程激光雷達線程激光雷達 資料來源：汽車商業評論，安信證券研究中心 2.3. 再看分類：再看分類：機械式與固態式是汽車領域激光雷達的主要類別機械式與固態式是汽車領域激光雷達的主要類別 激光雷達由于其應用范圍的廣泛與技術結構的復雜性，在實際應用中有著多種分類方式，按 照功能用途、工作體制、載荷平臺、工作介質、探測

39、技術等分類方式均可得到不同的結果。 11 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 表表 3：激光雷達不同的分類方式：激光雷達不同的分類方式 分類方式分類方式 雷達名稱雷達名稱 功能用途分類功能用途分類 跟蹤雷達（用于測距和測角） 、運動目標指示雷達（獲取目標的多普勒信息） 、流速測量雷達（測量多普勒信息） 、風切變探 測雷達、目標識別雷達、成像雷達（測量目標不同部位的反射強度和距離等信號）和振動傳感雷達等 工作體制分類工作體制分類 多普勒激光雷達、合成孔徑成像激光雷達、差分吸收激光雷達、相控陣激光雷達

40、等便攜式激光雷達、地基激光雷達、車載激 光雷達（汽車搭載） 、機載激光雷達（飛機搭載） 、船載激光雷達、星載激光雷達（飛機搭載）和彈載激光雷達等 工作介質分類工作介質分類 固體激光雷達、氣體激光雷達、半導體激光雷達、二極管泵浦固體激光雷達等 探測技術分類探測技術分類 直接探測型、相干探測型 載荷平臺分類載荷平臺分類 便攜式激光雷達、地基激光雷達、車載激光雷達（汽車搭載） 、機載激光雷達（飛機搭載） 、 船載激光雷達、星載激光雷達（飛 機搭載）和彈載激光雷達等 資料來源：前瞻產業研究院，安信證券研究中心 在載荷平臺方面，地基激光雷達，通常用于單一目標或者小尺度精細三維數據的采集；機載 激光雷達以

41、飛行器為搭載平臺，通常用于區域尺度三維信息數據的快速獲??；星載激光雷達 以衛星平臺為依托進行大尺度三維信息數據的獲取。本文對激光雷達的討論分析重點集中在 車載平臺上的應用的車規級激光雷達。 圖圖 9：不同類型激光雷達傳感器搭載平臺及適用尺度不同類型激光雷達傳感器搭載平臺及適用尺度 資料來源： 激光雷達森林生態應用 ，郭慶華、蘇艷君、胡天宇、劉瑾著，安信證券研究中心 其中，考慮到激光雷達主要市場集中在無人駕駛領域，因此當前行業主要根據與無人駕駛技 術相關的測距方法和技術架構作為分類的主流依據。 圖圖 10：激光雷達技術架構分類激光雷達技術架構分類 資料來源：佐思產研，安信證券研究中心制圖 12

42、主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 2.3.1. 測距方法分類：測距方法分類：ToF 法更為成熟，法更為成熟，FMCW 具有更高的抗干擾性具有更高的抗干擾性 激光雷達按照測距方法可以分為飛行時間（Time of Flight，ToF）測距法、基于相干探測的 FMCW 測距法、以及三角測距法等，其中 ToF 與 FMCW 能夠實現室外陽光下較遠的測程 （100250m） ，是車載激光雷達的優選方案。ToF 是目前市場車載中長距激光雷達的主流方 案，未來隨著 FMCW 激光雷達整機和上游產業鏈的成熟，

43、ToF 和 FMCW 激光雷達將在市場 上并存。 表表 4：ToF 與與 FMCW 特點對比特點對比 測距方法測距方法 主要特點主要特點 法法 通過直接測量發射激光與回波信號的時間差，基于光在空氣中的傳播速度得到目標物的距離信息，具有響應速度快、探測精度高的優勢。 FMCW 法法 將發射激光的光頻進行線性調制，通過回波信號與參考光進行相干拍頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時間反推目標物距離。FMCW 激 光雷達具有可直接測量速度信息以及抗干擾（包括環境光和其他激光雷達）的優勢。 資料來源：禾賽科技公開發行股票說明書，安信證券研究中心 ToF 的工作原理為測量發射波脈沖與目標回波脈沖之間的時間間隔

44、，即測量激光脈沖從激光 器到待測目標之間的往返時間 T， 即可得到目標距離 S=cT/2， 其中 c 為光在空氣中的傳播速 度。 圖圖 11：ToF 工作原理工作原理 資料來源：CSDN，安信證券研究中心 ToF 激光雷達系統主要包括發射模塊、接收模塊、控制及信號處理模塊和掃描模塊。 圖圖 12：ToF 激光雷達核心模塊示意圖激光雷達核心模塊示意圖 資料來源：禾賽科技公開發行股票說明書，安信證券研究中心 13 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 FMCW，即調頻連續波。FMCW 技術和脈沖雷達技術

45、是兩種在高精度雷達測距中使用的技 術。其基本原理為發射波為高頻連續波，其頻率隨時間按照三角波規律變化。FMCW 接收的 回波頻率與發射的頻率變化規律相同，都是三角波規律，只是有一個時間差，利用這個微小 的時間差可計算出目標距離。 圖圖 13：FMCW 工作原理工作原理 資料來源：汽車之心，安信證券研究中心 FMCW 激光雷達由 5 部分組成：1）線性調頻窄線寬激光；2）MZI 干涉儀；3）光束掃描機 構；4）平衡光電探測器；5）數字信號處理。 圖圖 14：FMCW 架構組成架構組成 資料來源：電子發燒友，安信證券研究中心 2.3.2. 技術架構分類：機械式技術趨近成熟，固態式技術架構分類：機械

46、式技術趨近成熟，固態式預計預計將成為未來主流將成為未來主流 按照技術架構可以分為整體旋轉的機械式激光雷達、收發模塊靜止的半固態激光雷達以及固 態式激光雷達。 14 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 表表 5：機械式與固態式特點對比：機械式與固態式特點對比 技術架構技術架構 主要特點主要特點 機械旋轉式機械旋轉式 激光雷達激光雷達 通過電機帶動收發陣列進行整體旋轉，實現對空間水平 360 視場范圍的掃描。測距能力在水平 360 視 場范圍內保持一致。 半固態式激半固態式激 光雷達光雷達 半固態方案

47、的特點是收發單元與掃描部件解耦，收發單元（如激光器、探測器）不再進行機械運動，具 體包括微振鏡方案、轉鏡方案等。適用于實現部分視場角（如前向）的探測，體積相較于機械旋轉式雷 達更緊湊。 固態式激光固態式激光 雷達雷達 固態式方案的特點是不再包含任何機械運動部件， 具體包括相控陣（Optical Phased Array , OP A）方案、 Flash 方案、電子掃描方案等。適用于實現部分視場角（如前向）的探測，因為不含機械掃描器件，其 體積相較于其他架構最為緊湊。 資料來源：禾賽科技公開發行股票說明書，安信證券研究中心 2.3.2.1. 機械式激光雷達：可實現水平 360全覆蓋，體積較大價格

48、較貴 機械激光雷達，是指其發射系統和接收系統存在宏觀意義上的轉動，也就是通過不斷旋轉發 射頭，將速度更快、發射更準的激光從“線”變成“面” ，并在豎直方向上排布多束激光， 形成多個面，達到動態掃描并動態接收信息的目的。在工作時豎直排列的激光發射器呈不同 角度向外發射， 實現垂直角度的覆蓋， 同時在高速旋轉的馬達殼體帶動下， 實現水平角度 360 度的全覆蓋。 圖圖 15：機械式雷達結構圖機械式雷達結構圖 資料來源：CSDN，安信證券研究中心 機械激光雷達體積更大，總體來說價格更為昂貴，但測量精度相對較高。相比于半固態式和 固態式激光雷達， 機械旋轉式激光雷達的優勢在于可以對周圍環境進行 360

49、 的水平視場掃描， 而半固態式和固態式激光雷達往往最高只能做到 120 的水平視場掃描， 且在視場范圍內測距 能力的均勻性差于機械旋轉式激光雷達。 15 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 圖圖 16：機械式雷達工作原理機械式雷達工作原理 資料來源：CSDN，安信證券研究中心 2.3.2.2. MEMS 混合固態激光雷達：半機械式構造，可實現激光雷達的小型化 MEMS 微振鏡是一種硅基半導體元器件，屬于固態電子元件；但是 MEMS 微振鏡并不“安 分” ，內部集成了“可動”的微型鏡面；由此可見 M

50、EMS 微振鏡兼具“固態”和“運動”兩 種屬性，故稱為“混合固態” ?？梢哉f，MEMS 微振鏡是傳統機械式激光雷達的革新者，引 領激光雷達的小型化和低成本化。 圖圖 17：MEMS 工作原理工作原理 資料來源：麥姆斯咨詢，安信證券研究中心 2.3.2.3. Flash 激光雷達：采用類照相機工作模式，具有 256256 像素點探測器 Flash 激光雷達采用類似照相機的工作模式，感光元件與普通相機不同，每個像素點可以記 錄光子飛行時間信息。發射的面陣激光照射到目標上，目標對入射光產生散射，由于物體具 16 主題報告 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項