激光雷达行业五问五答

摘要Q1:激光雷达是什么？激光雷达是一种非接触式探测和测距方法。该技术通过发射光脉冲击中附近物体后测量反射回波信号的特性来精确地计算每个物体的距离。它是由以下部件组成的传感器系统：激光器(laser)发出特定波长的激光，经过旋转机构(scanning)实现区域的快速扫描，反射回来的激光经过滤光片(spatial&spectralfilter)滤除环境干扰，最终通过光电检测器（photodetector）将光信号转换成易测量的电信号进行检测。Q2:激光雷达的优势与挑战有哪些？激光雷达目前具有：超高分辨率、三维成像能力、精准测距与速度测量、全天候工作、稳定性和可靠性等优势。但与此同时CoWoS面临：成本高昂、数据处理压力大、环境适应性欠佳、续航及安全性挑战。Q3:激光雷达应用市场现状如何？激光雷达市场规模持续壮大，预计2024年全球激光雷达市场规模已达512亿元。激光雷达广泛应用于汽车及非汽车行业，如机器人、智慧城市及V2X等领域。2023年之前，机器人是激光雷达的核心应用。服务、工业、以及人形机器人场景爆发给激光雷达带来广阔前景。近年，随着全球自动驾驶从L2向L3+跨越，车载激光雷达市场规模高速攀升，产能和交付量爆发式增长。2024年全球汽车激光雷达市场销售额达到了950.27百万美元，应用于ADAS的份额为80.6%，中国厂商以超过80%的份额领跑市场。Q4:中国大陆主要有哪些企业参与？目前国内禾赛科技、速腾聚创、图达通等企业参与。禾赛科技自建研发中心与量产工厂，大大简化传统的TX/RX架构，降低成本并提高性能，第四代芯片架构将于2025年全面量产，已与国内前五Robotaxi企业达成合作；速腾聚创发布全球首款“千线”超长距数字化LiDAREM4、全球首款192线半球形数字化LiDAR Airy等革命性新品；图达通是激光雷达行业唯一一个同时拥有1550nm和905nm产品量产落地经验的独角兽企业，拟赴港上市，估值达110亿元。Q5:激光雷达的技术趋势是怎样的？1.激光雷达测距：ToF仍为主流，FMCW未来可期；2.固态激光雷达有望成为最优选择；3.905nm光源仍将占据主导地位；4.数字化是激光雷达突破性能天花板的关键，SPAD技术是未来固态激光雷达发展的关键。风险提示：下游需求放缓、技术导入不及预期、客户导入不及预期、贸易摩擦加剧。 语言学习平台 Q1激光雷达是什么？ 1.1.激光雷达是一种非接触式探测和测距的传感器系统激光雷达是一种非接触式探测和测距方法。该技术通过发射光脉冲击中附近物体后测量反射回波信号的特性来精确地计算每个物体的距离。它是由以下部件组成的传感器系统：激光器(laser)发出特定波长的激光，经过旋转机构(scanning)实现区域的快速扫描，反射回来的激光经过滤光片(spatial&spectralfilter)滤除环境干扰，最终通过光电检测器（photodetector）将光信号转换成易测量的电信号进行检测。激光器：激光发射装置。常见三种类型：激光二极管、光纤激光器、Nd:YAG晶体激光器，激光波长、发射能量、发射频率、脉冲时间有所差异，需根据使用场景选择。旋转机构：改变激光的测量方向，以对大范围区域进行迅速的激光扫描。最终得到的点云密度和旋转机构的转速以及激光器的发射频率有关。不同的旋转机构得到的点云扫描轨迹不同。滤光片：由于白天环境光在全波长范围内均会产生背景噪声，可以通过滤光片在空间和波长上对背景噪声进行滤除。光电检测器：激光检测器检测从目标物体反射回来的激光脉冲，将光信号转换成易测量的电信号。需要检测时间越长，LiDAR的空间分辨率会降低。资料来源：传感器专家网，东兴证券研究所图2:激光雷达的构成图1:激光跟雷达同属一个光谱资料来源：虎嗅，东兴证券研究所 1. 2.激光雷达种类：按维度、扫描方式、原理分类激光雷达种类扫描方式机械式机械式扫描：利用旋转的机械部件（如反射镜、棱镜等）控制光束扫描方向混合/半固态MEMS分为一维扫描和二维扫描，通过内部运动的反射镜来改变激光的方向转镜式棱镜式二维振镜固态Flash通过高密度的激光源阵列，短时间内发射覆盖一片区域的激光，用高灵敏度的接收器构建三维图像OPA通过调节发射阵列中各个单元的相位差来改变激光光束的发射角度表1:激光雷达按扫描方式分类资料来源：盖世汽车社区，半导体全解微信公众号，东兴证券研究所种类原理ToF(飞行时间)发射激光脉冲，测量光的飞行时间计算距离（距离=光速×时间/2）FMCW(调频连续波)发射频率随时间变化的连续激光，通过测量发射光和反射光的频率差计算距离三角测量雷达利用几何原理，通过激光器和探测器的夹角以及反射光的成像位置计算距离脉冲相干发射相干激光脉冲，与本地振荡光进行相干检测，通过干涉条纹获取目标信息表2:激光雷达按原理分类资料来源：Xbot具身知识库微信公众号，东兴证券研究所维度的差异：单线与多线单线激光雷达：仅发射一条激光束，对周围环境进行平面式扫描，成本较低。应用：在扫地机器人、送餐机器人等服务机器人领域应用广泛缺点：只能获取二维平面信息，在复杂场景中存在局限性多线激光雷达：可同时发射多条激光束，实现对周围环境的三维扫描。常见的有4线、8线、16线、32线、64线和128线等。线数越高，点云数据越密集，对环境的感知能力越强。应用：自动驾驶领域缺点：成本相对较高，技术复杂度也更高 Q2激光雷达的优势与挑战有哪些？ 2.1.激光雷达的优势工作波长较短，使其在探测过程中具有极高分辨率。角度分辨率可精确到0.1毫弧度级别，距离分辨率可达厘米级别，速度可精测至几厘米每秒的变化。固态激光雷达结构紧凑，无机械旋转部件，因此具备较高的可靠性和较长的使用寿命，尤其适合于需要长时间连续工作的场景，如自动驾驶车辆上的持续监测系统。 全天候工作精准测距与速度测量三维成像能力发射激光脉冲并接收反射回来的信号，可以精确计算出每个点在三维空间中的位置，从而创建出高质量的三维点云数据。对于自动驾驶车辆判断路况、避障及构建周围环境地图至关重要。相对于可见光相机，激光雷达在夜晚或者低光照条件下仍能保持稳定工作。利用激光飞行时间原理，激光雷达可以非常准确地测量到目标的距离，不受颜色、光照条件等因素的影响；可以测定目标的运动速度，对于交通安全和军事应用意义重大。 2.2.激光雷达的挑战成本：传统的机械式激光雷达因其复杂构造和高技术含量而导致较高的制造成本，近年来固态激光雷达的研发和量产正在逐步降低成本，有待进一步优化性价比。数据处理压力大：激光雷达工作时通过快速扫描环境，每秒可生成大量点云数据。在自动驾驶等应用场景中，激光雷达数据必须得到实时处理，海量的数据处理和点云解析对硬件算力和算法提出更高要求，数据处理算法复杂。资料来源：传感器专家网、Lightigo微信公众号，东兴证券研究所 环境适应性欠佳：某些极端天气状况会显著降低其性能。例如，大雨、浓雾或雪粒会散射激光束，导致测距精度下降或完全失效；沙尘暴环境中，大量悬浮颗粒会严重干扰激光雷达信号；环境噪声会干扰激光发射和接收。续航及安全性：激光雷达的高能耗可能会限制依赖电池供电的设备（如无人驾驶车辆、无人机等）的使用时间，如何平衡传感器的电力需求和设备续航能力成为一个挑战。激光使用不当会对人眼造成损伤，因此在设计时需严格遵守相关标准，限制激光器功率，在一定程度上以激光雷达最大探测距离和信噪比为代价。 Q3激光雷达应用市场现状如何？ 3.1.激光雷达市场规模持续壮大全球激光雷达市场规模持续增长。得益于传感器精度、小型化以及数据处理能力的持续进步，市场未来潜力巨大且前景光明。在自动驾驶车辆、智慧城市和环境监测等新兴应用中，激光雷达提供高分辨率、实时三维测绘的能力将使其受益匪浅。预计2024年全球激光雷达市场规模已达512亿元。随着智能化技术的持续突破和升级，中国激光雷达市场驶入快车道。2022年，中国激光雷达市场规模为26.4亿元，据中商产业研究院预测，2026年此市场规模可达431.8亿元，CAGR达101%。激光雷达广泛应用于汽车及非汽车行业，如机器人、智慧城市及V2X等领域。在激光雷达的众多应用场景中，2022年，机器人应用市场占比达到68.2%，为整体市场最大份额，智能驾驶汽车和其他应用领域占比28.7%和3.1%。图4:激光雷达产业链资料来源：长光华芯招股说明书，东兴证券研究所 资料来源：中商产业研究院，东兴证券研究所图5:全球激光雷达应用领域分布情况 3.2.激光雷达主要应用—机器人2023年之前，机器人是激光雷达的核心应用。例如，2020年，速腾聚创产品收入中72.56%应用于机器人及其他，ADAS仅占3.61%。据QYResearch统计，2023年全球机器人LiDAR全球销售额达1.9亿美元，预计2030年达12亿美元，CAGR达30.12%。传统视觉方案受光照条件限制，超声波雷达精度不足，激光雷达凭借高精度三维点云和全天候工作能力，成为更优解。相比于车载应用，机器人体积尺寸较小、应用场景倾向室内，因此更广的FOV和更高的分辨率比测距能力更重要，发射功率大大降低，需要更小体积、更高集成度的LiDAR。服务与工业场景双线爆发。典型的应用分别有配送、清洁、医疗和AGV/AMR导航、高精度制造等。据国家统计局数据，2024年中国服务和工业机器人产量分别为1051.93万和55.64万套，且发展前景广阔，相应的，应用于其上的激光雷达潜力无限。今年，AI驱动的人形机器人迎来爆发，加速了激光雷达的应用进程。宇树、智元、美国的agility等人形机器人公司都在使用激光雷达。目前，激光雷达作用都体现在导航SLAM。摄像头近距离感知能力强，但超半米后显著下降；激光雷达与之互补，显著提升机器人在复杂环境的感知能力。图6:中国近5年机器人产量（单位：万套）资料来源：国家统计局，东兴证券研究所纯视觉（基于摄像头）·成本低·技术成熟度高·产业链成熟度高·符合人眼逻辑激光雷达·识别率高·环境是盈利强·产业链成熟度高混合方案·结合两者技术优势表3:纯视觉vs激光雷达方案资料来源：创泽机器人，东兴证券研究所 优势劣势·易受天气、光照影响·算力需求较高·需要大量图像训练集·易受天气影响·成本高·工艺复杂·技术成熟度低·成本高·供应链复杂·技术门槛高类型型号视觉方案服务机器人（扫地）科沃斯：地宝X5proToF激光雷达工业机器人（AMR）KUKA:KMP 3000i双360°激光雷达+3D避障相机机器狗宇树:Go2 Air宇树自研4D激光雷达+高清广角相机人形机器人（图：宇树）宇树:H1览沃MID-360激光雷达+D435深度相机智元:远征A2360°激光雷达+6颗高清摄像头Agility:Digit激光雷达+摄像头表4:搭载激光雷达的机器人实例资料来源：各公司官网，高工人形机器人微信公众号，东兴证券研究所 3.3.激光雷达主要应用—智能驾驶汽车随着全球自动驾驶从L2向L3+跨越，智能汽车市场的扩张，全球车载激光雷达市场规模高速攀升。根据QYR（恒州博智）的统计，2024年全球汽车激光雷达市场销售额达到了950.27百万美元。就应用来看，高级辅助驾驶（ADAS）的份额为80.6%，未来6年CAGR约为50.87%。2023年，中国厂商以84%的份额领跑全球市场。据yole统计，2023年车载激光雷达市场中，禾赛科技（37%）、速腾聚创（21%）、图达通（19%）、华为（6%）、览沃（1%）等中国供应商合计占据84%的市场份额。车载激光雷达交付量正在经历爆发式增长。2024年，中国车载激光雷达装机量首次突破150万颗。其中，速腾聚创装机量达51.5万颗，位列第一；华为技术装机量约42.1万颗。禾赛科技预计2025年激光雷达规划年产能将超过200万台，激光雷达市场需求强劲。国际自动机工程师协会（SAE）报告显示，2024年全球前装激光雷达车型已达47款，较2021年增长6倍。成像技术方面，半固态激光雷达将继续维持主导地位。根据yole预测，未来十年，半固态激光雷达份额预计为58%（转镜式52%