2.7萬
作者 / 阿寶
編輯 / 阿寶
出品 / 阿寶1990
前面有文章專門解釋了，特斯拉為什么有勇氣對激光雷達(dá)say no，今天我們來說說其他車企為什么要在這個時間節(jié)點(diǎn)一窩蜂上激光雷達(dá)，感覺就是一個窗口期，誰家的汽車還不上激光雷達(dá)就意味著落后，意味著在自動駕駛這個賽道上掉隊不少，特別是最近的上海車展來看，這個形態(tài)就越明顯。
L2+輔助駕駛即將來臨，各傳感器戰(zhàn)亂紛爭
目前全球汽車自動駕駛功能都處于在L2級，即將突破L2+（有條件的自動駕駛）。
在L2+級的應(yīng)用場景中，環(huán)境監(jiān)控主體從駕駛員轉(zhuǎn)變至傳感器系統(tǒng)，駕駛決策責(zé)任方從駕駛員過渡到汽車系統(tǒng)信息，對應(yīng)硬件傳感器讀取物體信息的準(zhǔn)確度要求更高，軟件/算法能力需要進(jìn)一步增強(qiáng)。
這個時候就需要考驗傳感器的性能，價格，實現(xiàn)的功能各方面的優(yōu)劣勢對比了，前面幾個系列已經(jīng)介紹了攝像頭、毫米波雷達(dá)的性能和價格，一起看看這幾個傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。
從探測的距離來看，攝像頭會比激光雷達(dá)的距離少很多，而且夜間適用性比較差，對于算法的要求非常高，當(dāng)然這些在成本面前都是可以去優(yōu)化的，攝像頭的成本確實非常非常低。一般也就20-30美金左右，當(dāng)然雙目攝像頭成本會貴一些。
所以從上圖可以看到，攝像頭一般都用于車道保持，BSD盲區(qū)檢測等功能，而毫米波雷達(dá)主要用于ACC、AEB等功能。
相較于毫米波雷達(dá)，激光雷達(dá)在探測精度、探測范圍及穩(wěn)定性方面更有優(yōu)勢。在精確度方面，由于頻段的原因，毫米波雷達(dá)的探測距離越遠(yuǎn)，頻段損耗就會越大，因此較難感知行人，并且對周邊所有障礙物無法進(jìn)行精準(zhǔn)的建模。
視覺系智能駕駛從Mobileye 的史開先河到特斯拉的發(fā)揚(yáng)光大，視覺系仍是當(dāng)下智能駕駛主流，但對于是否完全能勝任L3 級以上自動駕駛?cè)杂袪幾h。市場主流前端感知技術(shù)可分為兩派：視覺系與雷達(dá)系，其中視覺系以特斯拉NOA 的量產(chǎn)化廣泛為行業(yè)所認(rèn)知，從硬件角度來看，視覺系以攝像頭為核心傳感器，輔以毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)完成高級別自動駕駛感知工作。
激光雷達(dá)早期高成本導(dǎo)致一直應(yīng)用于Robotaxi 等，但本身能達(dá)到的效果和成熟應(yīng)用卻能超越視覺系。對于雷達(dá)系而言，從早期Waymo 的應(yīng)用，到埃隆·馬斯克的“嗤之以鼻”，再到以小鵬汽車為代表的眾多車企站隊，激光雷達(dá)逐漸進(jìn)入大眾視野。從硬件角度來看，雷達(dá)系以激光雷達(dá)為核心傳感器，輔以攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)達(dá)到精確感知的效果。
從結(jié)果看，視覺系與雷達(dá)系的核心差異點(diǎn)在于核心傳感器方案是否采用攝像頭還是激光雷達(dá)，盡管各個傳感器均有其優(yōu)劣勢，從車企技術(shù)規(guī)劃來看未來更傾向于多傳感器、多路線融合使用的方案。激光雷達(dá)作為核心傳感器，能打破視覺系先行者構(gòu)建的算法、數(shù)據(jù)壁壘，有望成為后來者居上的核心傳感器，從商業(yè)上具有極大的潛力。
激光雷達(dá)為何必不可少
視覺仍有劣勢，激光雷達(dá)不可或缺
視覺方案仍具有瓶頸，且需要大量數(shù)據(jù)積累和處理
采用視覺方案的整車廠以特斯拉為代表，另外Mobileye 作為視覺巨頭Tier 0.5 或Tier1，也與多家整車廠建立了合作關(guān)系。
視覺方案通過攝像頭，致力于解決“拍到的是什么”問題。從工作原理來看，視覺方案以攝像頭作為主要傳感器，通過收集外界反射的光線從而進(jìn)一步呈現(xiàn)出外界環(huán)境畫面，即我們所熟悉的攝像頭功能，再進(jìn)行后續(xù)圖像分割、物體分類、目標(biāo)跟蹤、世界模型、多傳感器融合、在線標(biāo)定、視覺SLAM、ISP 等一系列步驟進(jìn)行匹配與深度學(xué)習(xí)，其核心環(huán)節(jié)在于物體識別與匹配，或者運(yùn)用AI 自監(jiān)督學(xué)習(xí)來達(dá)到感知分析物體的目的，需要解決的是“我拍到的東西是什么”的問題。
視覺方案核心優(yōu)勢在于低成本、顏色/紋路識別能力強(qiáng)。其一在于成本低，單目攝像頭成本僅在150-600 元之間，較為復(fù)雜的三目攝像頭成本也通常在1000 元以內(nèi)；其二在于雷達(dá)方案主要根據(jù)點(diǎn)云的方式來識別目標(biāo)，重在輪廓識別，但在顏色/紋路等方面攝像頭的能力更強(qiáng)，例如在識別標(biāo)志牌方面有優(yōu)勢。另外，以攝像頭類比人類眼睛，相比雷達(dá)而言更符合第一性原理（雷達(dá)或可類比為拐杖）。
視覺方案主要存在3 個劣勢：
1） 視覺方案重在分類，但樣本有限度限制了視覺識別正確性，而優(yōu)化樣本對于AI 學(xué)習(xí)能力、樣本數(shù)據(jù)量要求極高。由于L3 級及以上自動駕駛需要機(jī)器應(yīng)對較為復(fù)雜的路況，要求車輛對于道路狀況有精準(zhǔn)識別能力，而視覺技術(shù)需要解決的是“攝像頭拍到的是什么物體”的問題，因而對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集要求很高。對于訓(xùn)練的方法，一種為通過機(jī)器視覺，人為設(shè)定好識別樣本，通過收集到的數(shù)據(jù)直接與樣本匹配來識別的方式，但是能否成功辨別物體高度依賴樣本的訓(xùn)練，樣本未覆蓋的物體將難以辨別；另一種為AI 學(xué)習(xí)，能夠通過自學(xué)習(xí)的方式擺脫樣本限制，但是對于算法與算力要求很高，并且其學(xué)習(xí)過程是個“黑盒子”，輸出結(jié)果的過程未知，因而難以人為調(diào)試與糾錯。
2） 視覺方案距離檢測難度大。自動駕駛的路徑規(guī)劃需要3D 的道路信息和3D 的障礙物，而基于攝像頭收集到的僅是2D 數(shù)據(jù)，因而要求分析2D 圖像的每個像素，將其還原成真實的3D 場景，其背后需要先進(jìn)的圖像處理算法以及高算力硬件，并且可能誤差較大。以上弊端主要來自單目攝像頭，其他解決方案包括雙目或多目攝像頭，核心原理是通過2 個或以上攝像頭運(yùn)用視角差的方式還原3D 場景，但其弊端有2 個，其一在于由于攝像頭之間的相對位置對距離檢測精確度影響很大，而隨著路況顛簸、氣溫等因素其相對位置往往發(fā)生變化，因此需要實時標(biāo)定，難度很大；其二在于單個攝像頭的測量誤差在多個攝像頭上會進(jìn)一步放大，或使得距離判斷結(jié)果與實際情況偏離程度過高。因此目前市場主流方案仍然是應(yīng)用單目攝像頭。
3） 攝像頭在極端環(huán)境下效果欠佳。由于視覺技術(shù)依托于攝像頭所采集的圖像數(shù)據(jù)，對于光線依賴度較高，在弱光或光影復(fù)雜的地方難以使用，這也是目前特斯拉Autopilot 在夜晚以及雨雪天氣工作準(zhǔn)確度有所降低的原因。
特斯拉的視覺方案具有很高的算法與算力復(fù)雜度。特斯拉曾公布過自己數(shù)據(jù)流自動化計劃的終極目標(biāo)“OPERATION VACATION”，從數(shù)據(jù)收集、訓(xùn)練、評估、算力平臺到“影子模式”形成數(shù)據(jù)采集與學(xué)習(xí)循環(huán)。
數(shù)據(jù)收集：通過8 個攝像頭對車體周圍進(jìn)行無死角圖像采集；
數(shù)據(jù)訓(xùn)練：使用PyTorch 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，特斯拉的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練包含48 個不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能輸出1000 個不同的預(yù)測張量。其背后訓(xùn)練量巨大，特斯拉已耗費(fèi)70000 GPU 小時進(jìn)行深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練；
背后算力支持：特斯拉自研打造了FSD 芯片，具有單片144TOPS 的高算力值。另外，特斯拉規(guī)劃創(chuàng)造Dojo 超級計算機(jī)，可在云端對大量視頻進(jìn)行無監(jiān)督學(xué)習(xí)訓(xùn)練，目前離開發(fā)出來的進(jìn)度仍然很遠(yuǎn)；
影子模式：特斯拉通過獨(dú)創(chuàng)“影子模式”來降低樣本訓(xùn)練成本、提高識別準(zhǔn)確度，即特斯拉持續(xù)收集外部環(huán)境與駕駛者的行為，并與自身策略對比，如果駕駛者實際操作與自身判斷有出入，當(dāng)下數(shù)據(jù)就會上傳至特斯拉云端，并對算法進(jìn)行修正訓(xùn)練。
激光雷達(dá)，英文全稱為Light Detection And Ranging，簡稱LiDAR，是一種集激光（頻率在10 萬GHz）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和IMU（InerTIal Measurement Unit，慣性測量裝置）三種技術(shù)于一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM（數(shù)字高程模型）。
民用領(lǐng)域中，激光雷達(dá)可以分為一維激光雷達(dá)、二維激光雷達(dá)、三維激光掃描儀、三維激光雷達(dá)等。激光雷達(dá)的主要應(yīng)用仍然在測繪之中，其中二維激光雷達(dá)和三維激光雷達(dá)可以實現(xiàn)空間建模，可以使用在機(jī)器人及自動駕駛之中，尤其在L3 及以上等級自動駕駛當(dāng)中作用巨大。
與基于攝像機(jī)的解決方案不同，激光雷達(dá)解決方案通過提供周圍物體的精確距離測量，使機(jī)器能夠看到3D圖像。激光雷達(dá)解決方案使用一系列激光器，以光速測量環(huán)境中的距離。在暗光條件下，激光雷達(dá)也比相機(jī)表現(xiàn)更好，產(chǎn)生的誤差更少。與雷達(dá)相比，激光雷達(dá)提供了更好的分辨率，可以感知物體的形狀，從而獲得更好的標(biāo)檢測和分類。
根據(jù)美國汽車協(xié)會的一份報告，目前的行人檢測系統(tǒng)在保護(hù)行人和自行車方面相對無效，尤其是在夜間。而激光雷達(dá)系統(tǒng)在白天和晚上都能很好地探測行人，因為激光雷達(dá)系統(tǒng)通過激光束提供自我照明。激光雷達(dá)的這些優(yōu)勢，再加上較低的計算能力要求，使平臺能夠快速、準(zhǔn)確地做出決策，以減少碰撞。
激光雷達(dá)簡單了解
激光雷達(dá)屬于感知設(shè)備，其通過發(fā)射接收激光束，實現(xiàn)對外界環(huán)境的3D建模。激光雷達(dá)不斷向外發(fā)射激光束，并接收物體反射回的光脈沖，根據(jù)已知光速計算出兩者信號之間的時間差、相位差來確定車與物體之間的相對距離，再通過水平旋轉(zhuǎn)掃描或相控掃描測量物體的角度，通過獲取不同俯仰角度的信號獲得高度信息。感知到與物體之間的距離、角度等信息后，再通過軟件算法去做3D 建模，構(gòu)建一個機(jī)器能夠理解的虛擬模型。
激光雷達(dá)通過主動探測技術(shù)，可直接構(gòu)建路況模型，降低分析難度。與視覺方案重在分析不同，激光雷達(dá)可以通過主動探測的方式直接實現(xiàn)物體、路況建模，極大降低了視覺方案當(dāng)中的分析難度。
激光雷達(dá)的核心原理在于運(yùn)用蝙蝠測距用的回波時間（Time ofFlight，簡稱ToF）測量法，由激光二極管發(fā)出紅外脈沖光，脈沖光照射到物體表面后發(fā)射回一部分光束，光束被激光雷達(dá)上搭載的光子探測器接收并記錄，通過計算發(fā)射和探測的時間差就可以計算出目標(biāo)物表面與激光雷達(dá)探測器之間的距離。由于激光雷達(dá)可在一秒內(nèi)發(fā)射大量的脈沖光（目前最高可達(dá)百萬數(shù)量級），因此可以形成龐大的位置點(diǎn)信息（稱為點(diǎn)云），繪制出物體的精確輪廓，從而構(gòu)建出周圍環(huán)境的三維模型。除了測量距離以外，激光雷達(dá)還可以初步識別物體的材料成分等其他特征，其中運(yùn)用的特性包括誘導(dǎo)多普勒頻移等（induced Doppler shift）。
與毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)相比，激光雷達(dá)精度優(yōu)勢很突出。毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)基礎(chǔ)原理與激光雷達(dá)類似，主要采用ToF 的方式，核心區(qū)間在于雷達(dá)信號不同，毫米波雷達(dá)為發(fā)射毫米波（頻率為30-300GHz）、超聲波雷達(dá)為發(fā)射超聲波（頻率通常為20kHz-58kHz），激光雷達(dá)為紅外光（大于10 萬GHz）。由于測量精度通常與波段頻率正相關(guān)，激光雷達(dá)具有明顯的精度優(yōu)勢。另外，毫米波雷達(dá)探測距離受到頻段損耗的直接制約，無法感知行人，超聲波雷達(dá)受到傳播速度問題（僅僅音速傳播，與光速傳播差距過大）使得僅適用于極短距離的探測。雖然毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)各有優(yōu)勢，目前仍為車型標(biāo)配，但激光雷達(dá)的作用不可忽略。
類似于一個舉例：
也許很多人會說，現(xiàn)在攝像頭+毫米波+超聲波雷達(dá)的組合，可以適用于95%的場景了，哪怕有一些不能自動駕駛的場景，此時屬于長尾效應(yīng)，讓司機(jī)進(jìn)行接管即可，激光雷達(dá)這么貴，有必要上么？
這樣舉例就比如好容易理解，不小心被狗咬了，而且那只狗攜帶狂犬病毒的概率也非常低，現(xiàn)在統(tǒng)計哪怕被狂犬病毒的狗咬了，感染上狂犬病的概率是15%-20%之間，這個時候會選擇打狂犬病疫苗不呢，相信99.99%的人都會去打，當(dāng)然也有杠精選擇不打，激光雷達(dá)也是這樣的，主要做系統(tǒng)冗余保護(hù)的，比如小鵬P5雖然使用了激光雷達(dá)，但是還是用攝像頭做主要的傳感器。
今年的上海車展熱鬧非凡，“智能化”已經(jīng)成為2021年上海車展的核心主題，特別是新能源汽車大放異彩，預(yù)埋感知硬件，高的計算平臺水平，自動輔助駕駛能力的肌肉展示。
自動駕駛等級每增加一級，所需要的芯片算力就會呈現(xiàn)十?dāng)?shù)倍的上升，L2級自動駕駛的算力需求僅要求2-2.5TOPS，但是L3級自動駕駛算力需求就需要20-30TOPS,到L4級需要200TOPS以上，L5級別算力需求則超過2000TOPS。
可以看到越來越多的計算平臺的算力都有明細(xì)大幅度提升，目前主流自動駕駛平臺的算力是能夠支撐起L3級別的要求，當(dāng)然這個不僅僅是看算力的，還需要外圍的感知器件的能力的提升，而這其中激光雷達(dá)是整個行業(yè)默認(rèn)在L3級別上必須的傳感器，所以可以看到除了倔強(qiáng)的特斯拉以為，目前主流的自動駕駛平臺都支持6顆以上的激光雷達(dá)。
對于要實現(xiàn)更高級別自動駕駛這一點(diǎn)來說，感知融合方案一定是不可或缺的一步，激光雷達(dá)自然是選擇之一。
現(xiàn)在自動駕駛很難用級別劃分，更多是基于場景和功能定義，目前國產(chǎn)新造車企業(yè)均實現(xiàn)了限定條件下高速公路、城市環(huán)路的自動駕駛。小鵬、蔚來已經(jīng)實現(xiàn)了 NGP、NOP，理想也在研發(fā)的路上，特斯拉已經(jīng)推送了 FSD Beta 版，新造車企業(yè)想要跟上特斯拉自動駕駛的推進(jìn)節(jié)奏，必須加強(qiáng)功能上的突破。
這里面一直有一個誤區(qū)是，使用激光雷達(dá)和不使用激光雷達(dá)是兩個技術(shù)路線是對立面，這顯然并不準(zhǔn)確。而其實是「選擇激光雷達(dá)是車企，實現(xiàn)自動駕駛現(xiàn)階段規(guī)劃功能最優(yōu)的方案」。
4、上海車展重點(diǎn)的激光雷達(dá)車型
今年的的上海車展上我們看到，好幾輛激光雷達(dá)的車型發(fā)布。
北汽阿爾法S
日前ARCFOX極狐和小鵬先后發(fā)布新車預(yù)告，宣布將推出搭載激光雷達(dá)車型：ARCFOX極狐阿爾法S 華為HI版和小鵬P5。兩個車型都宣布自己是激光雷達(dá)第一車，我們來看看阿爾法S 華為HI版都有哪些亮點(diǎn)。
首先我們來看看這個車型的智能化配置：
華為HI版車型最大的亮點(diǎn)在于激光雷達(dá)智能駕駛系統(tǒng)方案，新車可實現(xiàn)L4級別的自動駕駛功能。硬件方面，華為ADS搭載超級中央超算ADCSC，可支持400TOPS/800TOPS兩檔算力。算法方面，ADS通過華為自研的全棧算法，實現(xiàn)了將Robotaxi高階自動駕駛能力落地到私家車的能力。
具體到車型上，華為為極狐阿爾法S HI版提供的這套激光雷達(dá)方案，可以快速識別加塞車輛，以及在隧道中識別靜止物體、實現(xiàn)主動避讓、無車道線并線、復(fù)雜場景下泊車等。
小鵬P5
小鵬P5是小鵬汽車的第三款車，跟G3同平臺的緊湊級純電轎車。新車搭載Livox為小鵬汽車定制版車規(guī)級激光雷達(dá)，擁有XPILOT3.5自動輔助駕駛系統(tǒng)，并新增城市NGP功能。此外，新車將于第四季度交付，也就是說，相比極狐阿爾法S HI版，小鵬P5會更早交付。
小鵬汽車非常具有誠意，頂配在20W左右的價位，應(yīng)該是最智能的汽車了，全車搭載了32個傳感器和13個攝像頭，并搭載XPILOT3.5自動駕駛輔助系統(tǒng)，可以實現(xiàn)厘米級高精度測距，探測距離遠(yuǎn)，不受環(huán)境光影響，空間分辨率更高，保證FCW/AEB/ACC等高階輔助駕駛功能在高速行駛中更舒適、更安全。
當(dāng)然最值得關(guān)注的是P5竟然提供激光雷達(dá)，大疆Livox為小鵬P5提供的這套激光雷達(dá)，這個是大疆的首款車規(guī)級激光雷達(dá)HAP，HAP利用Livox自研的“超幀率”激光雷達(dá)探測技術(shù)，可以做到針對低反射率為10%的物體(如黑色汽車)探測距離150米，橫向視場角120度，角分辨率0.16度X0.2度，點(diǎn)云密度等效于144線激光雷達(dá)。此外，大疆在激光雷達(dá)布局上也有不少創(chuàng)新，可以跟雙目攝像頭集成，也可以跟左右后視鏡集成。
蔚來ET7
蔚來ET7最早亮相于1月9日的NIO DAY上，計劃將在2022年1季度交付。兩大賣點(diǎn)是搭載固態(tài)電池和激光雷達(dá)。
從感知算法到地圖定位，從控制策略到底層系統(tǒng)，蔚來全面自研，建立NAD全棧自動駕駛技術(shù)。NAD將逐步實現(xiàn)高速、城區(qū)、泊車和加電場景的全覆蓋，給用戶帶來全新的自動駕駛體驗，而這些都是建立在非常豐富的傳感器上面。
蔚來ET7全車擁有33個高性能感知硬件，包括11個800萬像素的高清攝像頭，1個激光雷達(dá)、5個毫米波雷達(dá)、12個超聲波傳感器，而且這些都是全系標(biāo)配。值得一提的是，搭載Innovusion提供的超遠(yuǎn)距高精度激光雷達(dá)，橫向視場角120度，最遠(yuǎn)探測距離500米，分辨率0.06度X0.06度，等效300線，最遠(yuǎn)探測距離可達(dá)500米，并擁有聚焦功能，可分辨更多細(xì)節(jié)。
智己L7
智己汽車是由上汽集團(tuán)、張江高科和阿里巴巴三方投資的用戶型科創(chuàng)公司，是一個專注于打造高端智能純電動汽車品牌。智己L7定位高端純電動轎車，并開啟了“天使輪版”全球預(yù)售，預(yù)售價為40.88萬元，這么高的售價是由于高端的智能化進(jìn)行支撐。
智己L7具備12個高清視覺攝像頭、5個毫米波雷達(dá)，以及12個超聲波雷達(dá)，同時還支持英偉達(dá)Orin X（500~1000+TOPS）和3個激光雷達(dá)的升級能力，后續(xù)激光雷達(dá)進(jìn)入商業(yè)化量產(chǎn)成熟期，智己汽車將會在量產(chǎn)車上立即升級激光雷達(dá)系統(tǒng)。
智己L7可實現(xiàn)的自動駕駛功能包括記憶泊車&喚車、自動代客泊車、紅綠燈識別及自動通過路口、防加塞&自動躲避障礙物、根據(jù)導(dǎo)航路徑自動變道/超車、上下匝道、追尾報警以及Super Pilot、Traffic Jam Pilot等。
這里的激光雷達(dá)的廠家還處于保密階段，還沒有公布是哪個廠家的激光雷達(dá)，從激光雷達(dá)的造型和供應(yīng)商關(guān)系來看，極大可能是華為的激光雷達(dá)。
當(dāng)然還有寶馬的IX也使用了1個激光雷達(dá)，加上最近的發(fā)布的國內(nèi)外車型，統(tǒng)計的激光雷達(dá)的車型匯總?cè)缦拢?/p>
5、主流車廠激光雷達(dá)的選擇和布局
激光雷達(dá)發(fā)布的車型雖然多，但是價格高低，設(shè)計性能各不同，俗稱外行人看熱鬧，內(nèi)行人看門道，激光雷達(dá)都有哪些門道了，其實從主機(jī)廠關(guān)心哪些指標(biāo)就知道有哪些門道了。
當(dāng)然價格是車企最關(guān)心的第一要素，無論什么先進(jìn)技術(shù)在汽車產(chǎn)品上的落地，還是要考慮價格的適用性，必須在車企能夠接受的范圍內(nèi)。
激光雷達(dá)早期都是機(jī)械雷達(dá)，高成本導(dǎo)致一直應(yīng)用于Robotaxi 等，Velodyne的64線機(jī)械激光雷達(dá)在8萬美元，32線機(jī)械激光雷達(dá)成本在2萬美元。SCALA在國內(nèi)的單臺采購價格一度在 2 萬美元級別。雖然SCALA是全球第一款滿足車規(guī)的激光雷達(dá)，但要知道第一代 SCALA 的掃描效果大致相當(dāng)于 4 線，垂直視場角僅 3.2°。目前能在前裝量產(chǎn)車上使用 SCALA 的客戶，主要也是歐洲的豪華品牌，無論是奧迪A8還是奔馳S，都是百萬級別的豪車。
當(dāng)前主機(jī)廠普遍對于激光雷達(dá)的價格期望是：
在L4級自動駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)的采購價最終能夠達(dá)到1000 美元以下；
在 L2+自動駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)長期目標(biāo)價格能夠達(dá)到500美元以下；
因為在L4級別的時候整機(jī)的銷售價格也就越高，主機(jī)廠對于激光雷達(dá)的價格也就沒有那么敏感，同時L4級別的激光雷達(dá)的指標(biāo)也要求更高，指標(biāo)高意味著需要成本的上升。
意味著激光雷達(dá)必須在現(xiàn)在的上萬美金的成本上基本上要下降95%的成本，而且性能還能滿足L2+級別的需求，這不是天方夜譚，這是實實在在的需求，這意味著必須有激光雷達(dá)廠家去挑戰(zhàn)并實現(xiàn)它，必須是技術(shù)上進(jìn)行革命性的改變，如果只是小的修修補(bǔ)補(bǔ)，前面的機(jī)械式激光雷達(dá)的廠家早就實現(xiàn)成本下降了，來看看激光雷達(dá)都有哪些組成，衍生出哪些技術(shù)方案，有哪些成本是可以下降的？
激光雷達(dá)部件較多，每個部件技術(shù)選擇的不同就會造成效果和成本的不同，這也帶來激光雷達(dá)技術(shù)路線的多元。激光雷達(dá)從測距方式、發(fā)射方式、光束操作方式、探測方式以及數(shù)據(jù)處理方式可以分為5 個核心技術(shù)，每個核心技術(shù)均有不同的技術(shù)分支，效果、成本、當(dāng)前量產(chǎn)難度等均有不同，在5 個核心技術(shù)上不同的分支技術(shù)選取也導(dǎo)致了各家激光雷達(dá)技術(shù)路線的不同。
雖然有這么多種激光雷達(dá)的分類模式，目前行業(yè)統(tǒng)一意見的還是按照掃描部件來進(jìn)行分類，分為三大類，機(jī)械式、半固態(tài)、固態(tài)三大類，其實也是從成本角度出發(fā)分類。
機(jī)械旋轉(zhuǎn)式：機(jī)械部分（掃描模塊）和電子部分（激光收發(fā)模塊）都在運(yùn)動——被電機(jī)帶著360度旋轉(zhuǎn)。
混合固態(tài)：激光收發(fā)模塊是不運(yùn)動的，只有掃描模塊在運(yùn)動。按掃描模塊的運(yùn)動方式劃分，混合固態(tài)又分為MEMS、轉(zhuǎn)鏡式和棱鏡式三種。
純固態(tài)：不僅激光收發(fā)模塊不運(yùn)動，而且，掃描模塊也沒有機(jī)械運(yùn)動。純固態(tài)方案主要有OPA相控和Flash兩種。
無論是哪些形式的激光雷達(dá)，我們看看激光雷達(dá)的成本構(gòu)成，其實可以看到光電系統(tǒng)就占據(jù)70%的成本，而人工調(diào)試就占據(jù)25%的成本。
在人工成本這塊，最典型的就是機(jī)械式雷達(dá)，傳統(tǒng)激光雷達(dá)在制造過程中最耗時的流程就是最后的校準(zhǔn)，通常是人工進(jìn)行。早期Velodyne的64線激光雷達(dá)之所以價格高昂，就是一臺激光雷達(dá)需要一個熟練工一星期的人工校準(zhǔn)。
而在目前的光電系統(tǒng)中，掃描部件是最大成本單元也直接影響到性能，掃描部件從機(jī)械到固態(tài)是降本最為有效的手段，所以固態(tài)激光雷達(dá)替代機(jī)械式激光雷達(dá)成為降低成本的必然選擇。
通過上表可以看到，進(jìn)入2020年以后，激光雷達(dá)成本大幅度下降，直接從上萬美元進(jìn)入到1000美元之內(nèi)的期間，讓越來越多的車企可以看到希望，接近上車的批量價格。
根據(jù)掃描方式的不同，目前激光雷達(dá)技術(shù)路線主要為機(jī)械、MEMS、Flash 和OPA 四種。每個技術(shù)路線各有自己的優(yōu)劣勢，同時也有自身亟待解決提升完善產(chǎn)品的核心痛點(diǎn)。從目前產(chǎn)品的成熟度來看，MEMS 激光雷達(dá)將是當(dāng)下主流方案，OPA 潛力最大，F(xiàn)LASH 光探測痛點(diǎn)解決潛力也較為顯著。
機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)主要賣給Robotaxi的測試車隊，由于需求量少，Robotaxi客戶對激光雷達(dá)價格的敏感度并不高；并且，這些B端客戶對激光雷達(dá)的技術(shù)成熟度、可靠性會有一個比較理性的預(yù)期，為確保安全，他們也會嚴(yán)格遵循廠商提供的使用期限，如果超期，會及時更換。此外，他們還會安排專人對激光雷達(dá)做定期的檢查、維護(hù)，有問題也可及時發(fā)現(xiàn)。
但是在私家車上，終端消費(fèi)者是沒有能力去定期檢查和維護(hù)的。
基于以上相關(guān)缺點(diǎn)，基本上注定機(jī)械式的激光雷達(dá)無緣在乘用車上大批量的使用。
如華為不做Robotaix測試市場，所以跳過了機(jī)械旋轉(zhuǎn)式方案，直接從混合固態(tài)開始；而在機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光市場上最具有競爭力的禾賽，也在開發(fā)面向前裝量產(chǎn)市場的混合固態(tài)產(chǎn)品（MEMS、轉(zhuǎn)鏡）。
可以看到目前主流發(fā)布的幾款車型的激光雷達(dá)全部無一例外的屬于半固態(tài)激光雷達(dá)；小鵬P5的Livos 棱鏡方案、蔚來ET7的 Innovusion 屬于轉(zhuǎn)鏡方案、阿爾法S華為HI版的激光雷達(dá)屬于轉(zhuǎn)鏡方案，車企主要采用半固態(tài)基于以下原因。
一是，半固態(tài)較機(jī)械式激光雷達(dá)更易降低成本，同時與純固態(tài)（OPA、Flash）相比，技術(shù)相對成熟，更易實現(xiàn)商業(yè)化落地。
二是，轉(zhuǎn)鏡方案（法雷奧為代表）是第一個過車規(guī)、成本可控，可滿足車企性能要求，且實現(xiàn)批量供貨的技術(shù)方案。
當(dāng)然也有斜杠青年，直接選擇一條吃“螃蟹”道路，長城摩卡選擇Ibeo公司提供的Flash 純固態(tài)激光雷達(dá)ibeoNext，探測距離只有130米,純固態(tài)激光雷達(dá)不僅體積小，而且由于沒有運(yùn)動部件，可靠性也更高，待技術(shù)成熟之后，其成本也會更低。
做長探測距離，有兩個手段：提高激光發(fā)射器的功率，提高激光探測器的感光靈敏度。現(xiàn)階段，這兩款技術(shù)都還不成熟。等這兩塊技術(shù)都成熟了，并且成本也可接受了，F(xiàn)lash為代表的純固態(tài)將成為主流。
現(xiàn)在由于摩卡還沒有那么快交付，所以是騾子是馬，是否能吃到“螃蟹”，最終還得上市后見分曉。
6、主流車廠激光雷達(dá)的選擇和布局
價格對于問題解決了，再來看看激光雷達(dá)相關(guān)的性能指標(biāo)，無論是OEM還是激光雷達(dá)廠家都達(dá)成共識，高速、擁堵等場景的自動駕駛是最大的市場，視覺加激光雷達(dá)最容易實現(xiàn)，因此車企對于激光雷達(dá)在L2+的性能要求如下。
1、測距距離有要求，高速場景下至少有150米以上的探測距離；
2、具有120°FOV寬視角，滿足十字路口等特殊場景的檢測；
3、測距的精準(zhǔn)度，滿足≤3cm，角分辨率越小越好，水平和垂直≤0.3°；
4、具備100 線以上的掃描效果和百萬級別點(diǎn)頻，這樣遇到 150 米以外的物體也能反射回足夠多的激光點(diǎn)云用于識別；
5、具有車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)的工作溫度，能夠規(guī)模化生產(chǎn)。
6、體積一定要小，方便車企的造型設(shè)計
看起來不復(fù)雜，其實要滿足這些條件的激光雷達(dá)廠家，目前基本上還寥寥無幾，或多或少有部分不滿足，這些和激光雷達(dá)的技術(shù)路線都密切相關(guān)。
首先是測距距離，這個是車企最關(guān)心的問題，選擇激光雷達(dá)就是為了能夠快速建立遠(yuǎn)距離的測距能力，行業(yè)里面標(biāo)準(zhǔn)測試是針對低反射物料（10%的反射率）的探測距離，至少需要150米能夠識別黑色車輛這樣低反射率的物體。我們可以看到蔚來ET7、上汽R ES33的激光雷達(dá)都宣稱最遠(yuǎn)探測距離500米，針對10%的低反射物體的探測距離達(dá)到250米，這個距離非常OK，完全滿足要求，他們選用的光源是1550納米的激光發(fā)射器，所以探測距離更遠(yuǎn)和信噪比更高。
在十字路口這樣的場景下，需要大角度FOV的雷達(dá)探測能力，目前做到這個大角度的激光雷達(dá)非常不容易，
MEMS 難點(diǎn)是信噪比和有效距離及 FOV 太窄。首先，MEMS 激光雷達(dá)接收端的收光孔徑非常小，遠(yuǎn)低于機(jī)械激光雷達(dá)，而信號光發(fā)射&接收峰值功率與接收器孔徑面積成正比，這意味著信噪比降低。然后，因為通常 MEMS 方案只用一組發(fā)射激光和接收裝置，那么信號光功率必定遠(yuǎn)低于機(jī)械激光雷達(dá)，這導(dǎo)致功率進(jìn)一步下降，就意味著信噪比的降低，同時也意味著有效距離的縮短。
目前傳統(tǒng)的MEMS 技術(shù)的激光雷達(dá)常見的FOV角度只能達(dá)到30°，探測距離50米左右，所以目前還沒有看到國內(nèi)的新能源汽車采用MEMS技術(shù)激光雷達(dá)。
當(dāng)然這個MEMS領(lǐng)域也有吃“螃蟹”車企，Lucid 官方披露，其使用的激光雷達(dá)等效 125 線，其實就是速騰聚創(chuàng)的M1，這個是速騰聚創(chuàng)突破了非常多的技術(shù)才達(dá)到120°寬視角，最大200米測距，在10%低反射物料探測距離150米的產(chǎn)品。
點(diǎn)頻指的是每秒鐘激光打到障礙物上反射回來被探測器接收到的激光雷達(dá)點(diǎn)數(shù)。點(diǎn)云數(shù)量是實現(xiàn)精準(zhǔn)感知的基礎(chǔ)，點(diǎn)頻越高則原始感知數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確詳細(xì)，線束線數(shù)主要影響的是針對遠(yuǎn)距目標(biāo)返回的點(diǎn)云數(shù)量。
這兩個直接就影響到探測的精度了，如果返回來的數(shù)量不足，比如一輛車150米后，返回來只有幾個點(diǎn)云數(shù)量，這個對于識別的構(gòu)建非常大的挑戰(zhàn)。
車規(guī)級目前對于激光雷達(dá)廠家來說，是除了上述技術(shù)難度以外最大的一個挑戰(zhàn)，特別是溫度和振動這兩項，還是舉目前遇到車規(guī)最大難題的MEMS的激光雷達(dá)。
硅基MEMS作為半導(dǎo)體工藝，其線圈都很細(xì)地密布在鏡面背后，導(dǎo)熱性差，對溫度極為敏感。車規(guī)要求的工作環(huán)境為-40℃~85℃，硅基MEMS微振鏡在雷達(dá)的密閉機(jī)殼里面，85℃的環(huán)境溫度下雷達(dá)里面溫度至少上升20℃，所以硅基MEMS微振鏡的耐熱溫度至少要做到105℃，而當(dāng)前，國內(nèi)外都還沒有能達(dá)到車規(guī)溫度要求的硅基MEMS微振鏡。
EMC、振動、防水這些都是車規(guī)級需要的必須項目，當(dāng)然溫度這個問題其實在車企那邊可以有一定的讓步空間，比如最開始的特斯拉的顯示屏，就不是車規(guī)級的溫度，就是-20-70℃的屏，為了快速導(dǎo)入市場，這個也是一個可以接受的溫度范圍。
半固態(tài)激光雷達(dá)，多數(shù)以犧牲激光雷達(dá)的水平視場角、點(diǎn)頻等性能參數(shù)，來換取成本降低，以及體積與重量等參數(shù)的優(yōu)化。
最后談?wù)劗a(chǎn)品尺寸。車企對于整車的外觀設(shè)計要求極高，畢竟目前消費(fèi)者買車外觀因素占據(jù)非常大的影響，激光雷達(dá)需要和車體完美結(jié)合。
上圖就是常見的機(jī)械式激光雷達(dá)車的造型，是不是有丑出三界的感覺，就是天靈蓋上面長了一個大犄角，買回家估計能把小孩嚇哭咯，占的體檢大，完全不能直接放置在車內(nèi)。
再來看看最新上市的激光雷達(dá)布置的位置
小鵬P5搭載的2顆激光雷達(dá)（安裝在前保險杠兩側(cè)）。
何小鵬對于小鵬使用激光雷達(dá)是這樣表述的：我們跟傳統(tǒng)做第四代自動輔助駕駛的或者他們叫無人駕駛的公司不太一樣，他們是用激光雷達(dá)為核心畫激光雷達(dá)的高精地圖， 我們不一樣，我們是用視覺為核心，以視覺高精地圖為核心。因為我們覺得從趨勢來看，全球所有的路、交通燈、法規(guī)都是以人的眼睛等等角度來看一個世界去開車的，我們認(rèn)為這是最有效率、最接近真人且最便宜的，且又能夠加上激光雷達(dá)組合能夠把安全做好的事情。說實話，在最開始幾年里面我們會把安全的因數(shù)放在非常非常非常重的角度， 寧愿我硬件冗余、寧愿軟件冗余，也要把安全做好。
其實相當(dāng)直觀：小鵬汽車仍然以視覺為核心感知手段，激光雷達(dá)的作用是作為安全冗余，所以看到這顆激光雷達(dá)的指標(biāo),針對低反射率為10%的物體(如黑色汽車)探測距離150米，橫向視場角120度，角分辨率0.16度x 0.2度，點(diǎn)云密度等效于144線激光雷達(dá)。
遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ET7的250米的探測距離，它更多的是用于安全冗余的作用，而不是做核心感知手段，分布在大燈兩側(cè)檢測完全滿足要求了。
ARCFOX極狐 阿爾法S華為HI版 是首款搭載華為激光雷達(dá)的車型，分別在車頭和車頭兩側(cè)安裝3顆華為96線激光雷達(dá)。
蔚來ET7 則是最特別造型的 ，安裝在前擋玻璃的上端，類似長了一個小犄角。
每個車企的激光雷達(dá)的布置，其實考慮的因素非常多，激光雷達(dá)的角度，承受的溫度，振動，激光雷達(dá)體積的大小等等，激光雷達(dá)的體積越小，越方便整車造型的設(shè)計，這個體積就和采用的技術(shù)路線，散熱密切相關(guān)了，所以明白斜杠青年摩卡直接上固態(tài)激光雷達(dá)了吧，造型必須得帥。
從2015年到現(xiàn)在，有關(guān)激光雷達(dá)硬件技術(shù)路線的問題一直被討論，直到目前還沒有結(jié)論，在相當(dāng)長一段時間，至少會有2-3種技術(shù)路線并存。
2021年是激光雷達(dá)上車的元年，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到普及的狀態(tài)，沒有真正的上車量產(chǎn)，技術(shù)方面的缺陷的改善，性能的提升，前途光明，道路還依舊曲折。
激光雷達(dá)可以高精度、高準(zhǔn)確度地獲取目標(biāo)的距離、速度等信息或者實現(xiàn)目標(biāo)成像。激光通過掃描器單元形成光束角度偏轉(zhuǎn)，光束與目標(biāo)作用形成反射/散射的回波。當(dāng)接收端工作時，可產(chǎn)生原路返回的回波信號光子到達(dá)接收器，接收端通過光電探測器形成信號接收，經(jīng)過信號處理得到目標(biāo)的距離、速度等信息或?qū)崿F(xiàn)三維成像。
激光雷達(dá)主要包括激光發(fā)射部分、掃描系統(tǒng)、激光接受部分和信息處理部分，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。從激光雷達(dá)的工作來看，主要分成四大部分：
1）激光發(fā)射部分：激勵源周期性地驅(qū)動激光器，發(fā)射激光脈沖，激光調(diào)制器通過光束控制器控制發(fā)射激光的方向和線數(shù)，最后通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，將激光發(fā)射至目標(biāo)物體；
2）激光接收系統(tǒng)：經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)，光電探測器接受目標(biāo)物體反射回來的激光，產(chǎn)生接收信號；
3）掃描系統(tǒng)，以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來，實現(xiàn)對所在平面的掃描，并產(chǎn)生實時的平面圖信息；
4）信息處理系統(tǒng)：接收信號經(jīng)過放大處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)由信息處理模塊計算，獲取目標(biāo)表面形態(tài)、物理屬性等特性，最終建立物體模型。激光雷達(dá)本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和核心部件的高價格決定激光雷達(dá)短期價格，尤其是機(jī)械式激光雷達(dá)價格短期較高。
7、主流激光雷達(dá)工作原理介紹
激光雷達(dá)部件較多，每個部件技術(shù)選擇的不同就會造成效果和成本的不同，這也帶來激光雷達(dá)技術(shù)路線的多元。激光雷達(dá)從測距方式、發(fā)射方式、光束操作方式、探測方式以及數(shù)據(jù)處理方式可以分為5 個核心技術(shù)，每個核心技術(shù)均有不同的技術(shù)分支，效果、成本、當(dāng)前量產(chǎn)難度等均有不同，在5 個核心技術(shù)上不同的分支技術(shù)選取也導(dǎo)致了各家激光雷達(dá)技術(shù)路線的不同。
按照掃描方式分類的介紹：
按照掃描方式有無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件可以分為機(jī)械旋轉(zhuǎn)、混合固態(tài)、純固態(tài)。混合固態(tài)分為MEMS、轉(zhuǎn)鏡，純固態(tài)分為相控陣OPA、Flash。
機(jī)械式激光雷達(dá)：
機(jī)械式激光雷達(dá)可實現(xiàn)360°掃描，應(yīng)用于主流無人駕駛測試項目。機(jī)械式激光雷達(dá)機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的優(yōu)勢在于可以對周圍環(huán)境進(jìn)行360°的水平視場掃描，而半固態(tài)式和固態(tài)式激光雷達(dá)往往最高只能做到120°的水平視場掃描，且在視場范圍內(nèi)測距能力的均勻性差于機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)。
機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)憑借兼具360°水平視場角和測距能力遠(yuǎn)的優(yōu)勢，目前主流無人駕駛測試項目紛紛采用了機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)作為主要的感知傳感器。但是它們調(diào)試、裝配工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本居高不下，并且機(jī)械部件壽命不長（約1000-3000小時），難以滿足苛刻的車規(guī)級要求（至少1萬小時以上）。
優(yōu)點(diǎn)是線束特別豐富（有64線、32線、16線、8線、4線不同的價格層次），性能高（可以實現(xiàn)360高速旋轉(zhuǎn)），劣勢是體積大、成本高、驗證時間長。機(jī)械式激光雷達(dá)是目前Robotaxi的主流方案，Waymo自研的Honeycomb依然是傳統(tǒng)機(jī)械式構(gòu)造。海外市場以Velydone為主，國內(nèi)玩家有禾賽、速騰。
混合固態(tài)激光雷達(dá)——轉(zhuǎn)鏡方案
工作原理：轉(zhuǎn)鏡式保持收發(fā)模塊不動，讓電機(jī)在帶動轉(zhuǎn)鏡運(yùn)動的過程中將光束反射至空間的一定范圍，從而實現(xiàn)掃描探測，其技術(shù)創(chuàng)新方面與機(jī)械式激光雷達(dá)類似。
過車規(guī)和量產(chǎn)情況：轉(zhuǎn)鏡方案的激光雷達(dá)最早是法雷奧的Scala（與Ibeo聯(lián)合開發(fā)），于2017年在奧迪A8上量產(chǎn)，也是首個車規(guī)級激光雷達(dá)。2020年10月，鐳神CH32成為全球第二個獲得車規(guī)認(rèn)證的激光雷達(dá)。
大疆Livox激光雷達(dá)也在2021年量產(chǎn)上市，采用非重復(fù)掃描方式，類似于視網(wǎng)膜中的中央凹，通過兩個棱鏡轉(zhuǎn)速的調(diào)整，激光雷達(dá)獲得不同的掃描圖案，時間越長，點(diǎn)云密度越高，對場景的還原度越高。
大疆的Livox 獨(dú)創(chuàng)的雙棱鏡方案，使用在小鵬的P5的車上。
混合固態(tài)激光雷達(dá)——MEMS方案
MEMS激光雷達(dá)是采用微振鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行激光束偏轉(zhuǎn)。微振鏡是MEMS激光雷達(dá)的核心組成部分，它需要具有平整的光學(xué)鏡面，將機(jī)械式激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)部件微縮，增加集成度。
通過MEMS（微機(jī)電系統(tǒng), Micro-Electro-Mechanical System）微振鏡來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式旋轉(zhuǎn)裝置，由微振鏡反射激光形成較廣的掃射角度和較大的掃射范圍。MEMS將機(jī)械微型化，掃描單元變成了MEMS 微鏡。微棱鏡的驅(qū)動方式以靜電、電磁更為成熟、廣泛。
微振鏡技術(shù)門檻：
一、屬于振動敏感性器件，而且MEMS材料的屬性會隨溫度的變化而變化，影響微小活動部件的運(yùn)動特性，車規(guī)級較難；
二、激光雷達(dá)需要設(shè)計偏轉(zhuǎn)角度更大的MEMS，同時要求鏡面尺寸盡可能大，但這會降低良率，加大成本；
三、MEMS代工資源較少：臺積電安排產(chǎn)能少，只能找有MEMS的IDM廠或非主流代工廠。
MEMS(混合固態(tài)激光雷達(dá)) ：MEMS激光雷達(dá)使用微振鏡替代機(jī)械式產(chǎn)品中的宏觀掃描儀， 將機(jī)械部件集成到單個芯片。根據(jù)MEMS咨詢估算， 機(jī)械式雷達(dá)每組芯片成本約200美元， 僅16組芯片成本已高達(dá)3200美元， 因此MEMS方案可以大幅降低成本和體積。同時由微振鏡反射激光形成較廣的掃描角度和較大的掃描范圍，可以形成更多的點(diǎn)云， 有效克服了機(jī)械式激光雷達(dá)在壽命和良品率方面的不足。
MEMS方案是目前激光雷達(dá)市場的最主流方案。代表公司為Luminar和Innoviz， 其中Luminar有Iria和Hydra兩款產(chǎn)品亮相， Ira預(yù)計2022年量產(chǎn)， L 3+激光雷達(dá)售價約1000美元/個。Innoviz第一代產(chǎn)品InnovizOne最遠(yuǎn)探測距離250米， 已經(jīng)獲得寶馬訂單， 最新發(fā)布的InnovizTwo比InnovizOne成本下降70%。
Innoviz 新發(fā)布的InnovizTwo 體積減半，比初代產(chǎn)品比成本下降70%。
MEMS 半固態(tài)激光雷達(dá)供應(yīng)鏈最為成熟，目前是量產(chǎn)產(chǎn)品的首選，當(dāng)前階段產(chǎn)品價格已經(jīng)可以達(dá)到500 美金-1000 美金。MEMS 微振鏡本質(zhì)上是一種硅基半導(dǎo)體元器件，其特點(diǎn)是內(nèi)部集成了“可動”的微型鏡面，采用靜電或電磁驅(qū)動方式。采用MEMS 微振鏡簡單講就是以電機(jī)為主的掃描系統(tǒng)換成MEMS 驅(qū)動的鏡片，實現(xiàn)激光雷達(dá)的掃描。
MEMS 作為較為成熟的半導(dǎo)體元件具備大規(guī)模生產(chǎn)后成本下降的特性。MEMS 激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)在于：
1）MEMS 微振鏡的引入可以減少激光器和探測器數(shù)量，極大地降低成本；
2）MEMS 激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)精巧，大幅下降尺寸；3）MEMS 微振鏡并不是為激光雷達(dá)而誕生的器件，它已經(jīng)在投影顯示領(lǐng)域商用化應(yīng)用多年，供應(yīng)鏈較為成熟。
固態(tài)激光雷達(dá)——Flash方案
工作原理：短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器完成對環(huán)境周圍圖像的繪制，即快閃。
Flash 激光雷達(dá)采用類似照相機(jī)的工作模式，每個像素點(diǎn)可以記錄光子飛行時間信息。發(fā)射的面陣激光照射到目標(biāo)上，由于物體具有三維空間屬性，從而不同部位的光所反射的光具有不同的飛行時間，被焦平面探測器陣列探測，根據(jù)飛行時間不同繪制圖像。
Flash 激光雷達(dá)類似數(shù)字照片相機(jī)，用單次激光脈沖照亮目標(biāo)環(huán)境，對抗震要求極高，同時發(fā)射高功率單次激光脈沖，需要對光源能量、發(fā)射方式進(jìn)行創(chuàng)新，成本較高。Flash激光以LeddarTech為代表，但采用1064nm激光功率，并且沒有采用昂貴的SPAD方案，因此功率和靈敏度受限。
Flash 激光雷達(dá)產(chǎn)品在消費(fèi)電子領(lǐng)域產(chǎn)品成熟度較高，但在車載領(lǐng)域需要解決高能量發(fā)射的痛點(diǎn)，目前價格相對MEMS 較高，遠(yuǎn)期仍有潛力下探到500 美金以下。Flash 顧名思義，就是「閃光」，這種固態(tài)激光雷達(dá)像一個手電筒一樣，發(fā)射一個面陣光，再通過高靈敏度的傳感器繪制環(huán)境圖像。FLASH 激光類3D Flash 技術(shù)的天然優(yōu)勢在于: 首先是全固態(tài)，沒有任何移動部件，更像是一個半導(dǎo)體產(chǎn)品。
如此一來，在大批量生產(chǎn)從而降低成本、通過車規(guī)級方面，3D Flash 技術(shù)有天然的優(yōu)勢。Flash 激光雷達(dá)需要較高功率的脈沖才能實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的探測，主要解決方法是采用高功率的固態(tài)激光發(fā)射器，或采用InGasa 材質(zhì)的SPAD 作為探測器，簡單講就是提升發(fā)射端功率或提高接收端的能力，目前這兩種途徑成本均較為昂貴。目前Flash 產(chǎn)品價格依然較高，Ouster 預(yù)計到2024 年將量產(chǎn)ES2 產(chǎn)品，價格為600 美金，而且隨著技術(shù)的優(yōu)化，將有望下探到100美金以下。
探測距離短，能耗高，Ibeo通過區(qū)域掃描、SPAD技術(shù)可達(dá)到250米探測距離，車規(guī)問題已解決。
Flash 激光雷達(dá)的探測距離較短，且能耗高，該方案的領(lǐng)跑者Ibeo在其Flash方案產(chǎn)品IbeoNext上采用了區(qū)域掃描技術(shù)，一次只有一個區(qū)域在發(fā)射激光，這樣就把發(fā)射器的能量集中起來了，讓每一束激光都射的更遠(yuǎn)；使用了SPAD（Single Photon Avalanche Diode，單光子雪崩二極管）來接受反射信號。因為可以探測單光子，所以即使激光發(fā)射的距離很遠(yuǎn)，反射的信號很弱，也能感應(yīng)的到。兩者解決了探測距離問題，使該雷達(dá)實現(xiàn)最遠(yuǎn)250米的探測距離。發(fā)射端（VCSEL）和接收端（SPAD）設(shè)備都已經(jīng)做成了芯片級部件，再加上一個驅(qū)動器和主板，即可做成雷達(dá)本體，因為內(nèi)部沒有了精密的旋轉(zhuǎn)部件，并且收發(fā)端實現(xiàn)了芯片級設(shè)計，所以又解決了過車規(guī)以及成本的問題。
固態(tài)激光雷達(dá)——OPA方案
OPA則是采用了高度集成化的光學(xué)相控技術(shù)，將激光器的功率分配到不同的相位調(diào)制器，通過光學(xué)天線發(fā)射，在空間遠(yuǎn)場形成較強(qiáng)的能量光束。通過不同的相位，不同角度的光速能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行掃描，從而不需要采用物理掃描的方式。OPA的相控陣主要分為液晶相控陣和集成光波導(dǎo)型相控陣。硅基集成光學(xué)芯片可以實現(xiàn)大規(guī)模激光器的集成，從而推動激光雷達(dá)的固態(tài)化。
工作原理：OPA (Optical-Phased-Array，光學(xué)相控陣)，振動產(chǎn)生的波相互疊加，根據(jù)干涉原理，有的方向互相增強(qiáng)，有的方向抵消，增強(qiáng)方向即激光掃描方向。采用多個光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)射的時間差(光的相位差可以合成角度靈活、精密可控的主光束，在一定角度范圍內(nèi)立體掃描物體。
OPA取消了機(jī)械機(jī)構(gòu)，激光控制集成在一塊OPA芯片，結(jié)構(gòu)簡單，體積更小，可以動態(tài)控制掃描頻率、分辨率和焦距調(diào)整，同時多線多維掃描能獲得更高的數(shù)據(jù)采集。但另一方面，采用OPA路線的企業(yè)需要自主研發(fā)芯片，上游核心電子元器件、技術(shù)支持不成熟，制造工藝復(fù)雜，短期產(chǎn)業(yè)化難度大。Quarnergy是最早提出OPA方案的公司，Quarnergy的S系列是業(yè)內(nèi)首款OPA架構(gòu)的激光雷達(dá)，但目前尚未落地。
由混合固態(tài)過渡到純固態(tài)激光雷達(dá)是未來的技術(shù)發(fā)展路線，短期轉(zhuǎn)鏡、MEMS，中長期OPA。目前測試車輛大多為機(jī)械式，但是它們工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本高，并且機(jī)械部件壽命不長；車載環(huán)境面臨顛簸、震動、高低溫等嚴(yán)苛環(huán)境，尤其在高速運(yùn)行時，震動等對于可活動器件的穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大挑戰(zhàn)。所以，長期的角度，激光雷達(dá)的發(fā)展將順著可動器件趨近于0的方向，全固態(tài)大概率是激光雷達(dá)產(chǎn)品的最終狀態(tài)。Flash方案一定程度上收到高功率發(fā)射對于探測距離的限制，OPA在可量產(chǎn)性、可靠性、成本方面（隨著技術(shù)成熟和產(chǎn)業(yè)鏈完善，成本有望下降到百元級別）具備優(yōu)勢，主要問題是技術(shù)成熟度不足，一旦突破技術(shù)環(huán)節(jié)，OPA將成為最終方案。作為到固態(tài)激光雷達(dá)的過渡階段，近幾年量產(chǎn)的產(chǎn)品都屬于混合固態(tài)激光雷達(dá)，主要包括轉(zhuǎn)鏡、MEMS方案。
8、激光雷達(dá)光源分類
EEL：
EEL 型激光二極管，通常有 905 納米和 1550 納米兩種，材料則包括硅、GaAs （砷化鎵）、InP（磷化銦）三種。
邊緣發(fā)射激光器（EEL）徹底改變了激光系統(tǒng)，并賦予其以新的特殊屬性，如小型化、穩(wěn)定相干光和窄發(fā)射波長。在實踐中，EEL可以用作“直接”激光器，但也可以與光纖或晶體耦合以制造光纖激光器或DPSSL。這項先進(jìn)的激光器技術(shù)提供特定的優(yōu)勢，例如更好的光束質(zhì)量、改善的激光噪聲穩(wěn)定性和更高的功率輸出等。
VCSEL
VCSEL——垂直腔面發(fā)射型，通常以陣列形式出現(xiàn)。
• VCSEL從誕生起就作為新一代光存儲和光通信應(yīng)用的核心器件，應(yīng)用在光并行處理、光識別、光互聯(lián)系統(tǒng)、光存儲等領(lǐng)域。隨著工藝、材料技術(shù)改進(jìn)，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散熱等領(lǐng)域的優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，逐漸應(yīng)用于工業(yè)加熱、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療設(shè)備等商業(yè)級應(yīng)用以及3D感知等消費(fèi)級應(yīng)用。
不同波段VCSEL的應(yīng)用
340nm：反射鏡結(jié)構(gòu)、P型摻雜、光刻等工藝。
630-670nm：直接用作可見光光源、光屏蔽和距離測試、高密度光存儲系統(tǒng)、高清晰度激光打印、基于塑料光纖的光通信系統(tǒng)中。
980nm：其氧化層具有很強(qiáng)的光限制作用，有利于降低閾值電流。適用于光時鐘、半導(dǎo)體電子和通信元器件中的光檢測器、粒子發(fā)生器、模數(shù)變換等。
750nm-780nm：工業(yè)、環(huán)境和醫(yī)療的各類化學(xué)傳感系統(tǒng)。
1300nm：是高速長距離光纖通信，光并行處理，光識別系統(tǒng)及并行光互連系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件。
850nm：短程（≤500m）光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，形成的陣列產(chǎn)品主要應(yīng)用在中心局開關(guān)盒路由器、DWTM、局域網(wǎng)（LAN）和光纖信道存儲網(wǎng)（SAN）中。
1550nm：主要作為光通信中的光源，應(yīng)用于長距離、寬帶高速光纖通信；可靠的低價格光纖鏈路；零偏發(fā)射機(jī)和二維發(fā)射陣列；且有潛力解決超大規(guī)模集成電路互連的瓶頸問題,是LAN、城域網(wǎng)、WDM、DWDM的關(guān)鍵器件。
從傳統(tǒng)的VCSEL到多層VCSEL,傳統(tǒng)的VCSEL激光器存在發(fā)光密度功率低的缺陷，近些年多家激光器公司開發(fā)多層VCSEL激光器，將發(fā)光功率密度提升了5-10倍，憑借在成本及可靠性方面的優(yōu)勢，預(yù)計未來VCSEL有望逐步取代EEL。
9、不同類型的激光雷達(dá)廠家
10、核心供應(yīng)鏈
目前激光雷達(dá)除了本身系統(tǒng)層面的技術(shù)優(yōu)化，上游核心部件的進(jìn)一步完善和降本也對激光雷達(dá)，尤其固態(tài)激光雷達(dá)的性能和成本有明顯的影響。從激光雷達(dá)的上游來看，主要核心部件是掃描器、光電探測器及接收IC 以及激光器，相關(guān)產(chǎn)品也分特有件和通用件，目前整體上游以半導(dǎo)體為主，國外企業(yè)處于相對壟斷狀態(tài)。
1）掃描器：從部件本身不管是旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及鏡頭還是MEMS 產(chǎn)品在其他領(lǐng)域也有較多應(yīng)用，但需要針對激光雷達(dá)特定開發(fā)；
2）激光器：激光雷達(dá)的專有部件，基本上以半導(dǎo)體激光器為主；
3）光電探測器級接收器IC：光電探測器為專有部件，其他通用部件包括放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、FPGA 等。
MEMS 微振鏡，影響MEMS 激光雷達(dá)成本的關(guān)鍵點(diǎn)
MEMS 微振鏡技術(shù)門檻較高，目前主要集中在國外企業(yè)手中。MEMS 作為一個半導(dǎo)體核心技術(shù)主要掌握在海外企業(yè)手中，目前全球前30 家MEMS 企業(yè)均為海外半導(dǎo)體知名企業(yè)。MEMS 微振鏡的技術(shù)難度更大，具備技術(shù)成熟且量產(chǎn)的MEMS 微振鏡企業(yè)基本集中國外，如歐洲Innoluce、美國Mirrorcle、日本濱松、瑞士意法半導(dǎo)體、美國MicroVision等。中國MEMS 微振鏡企業(yè)近些年發(fā)展迅速，如西安知微傳感、中國臺灣Opus、蘇州希景科技等均有產(chǎn)品推出。
MEMS 微振鏡在MEMS 激光雷達(dá)中不管從技術(shù)制約還是從價值量而言，都是最為核心部件，激光雷達(dá)企業(yè)為提升自身核心競爭力努力向上游延伸。MEMS 微振鏡在激光雷達(dá)中尺寸要求較大，根據(jù)Innoluce 目前報價來看，7.5mm 微振鏡的價格在1199 美元，價格較為昂貴。MEMS 微振鏡本身從消費(fèi)級向車規(guī)級的升級中也需要更多技術(shù)要點(diǎn)需要克服，因此部分激光雷達(dá)企業(yè)也積極布局MEMS 微振鏡上游。目前Innoviz、Aeva、Luminar、禾賽科技等均開選擇自研MEMS 微振鏡，速騰聚創(chuàng)也投資了希景科技。
發(fā)射接收端，優(yōu)化后將提升激光雷達(dá)性能
發(fā)射器與接收器本身相輔相成，一方面提高接收器效能可以降低發(fā)射器功率，另一方面，比如1550nm 發(fā)射器需要特定的傳感器介質(zhì)。激光器本身行業(yè)較為成熟，主要分為固體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、光纖激光器等。目前激光雷達(dá)主要采用半導(dǎo)體激光器，主要的提供商為濱松、Lumentum、ams、Manlight、Finsar 等。
接收器中的核心部件主要是光電二極管，主流采用的APD（雪崩光電二極管）。SPAD（單電子雪崩二極管）較APD 相比，靈敏度極高，是APD 的上百倍，可以大幅降低激光回傳要求的質(zhì)量。目前SPAD 價格遠(yuǎn)高于APD，但隨著供應(yīng)鏈的改善以及突破，SPAD潛力巨大。目前光電二極管的主要提供商為濱松、SensL、Osram、STM、Sens-Tech等公司。
11、激光雷達(dá)上下游產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)關(guān)注企業(yè)
目前激光雷達(dá)在發(fā)射、接收、光學(xué)方面都還是卡脖子技術(shù)，這些上下游的企業(yè)可以重點(diǎn)關(guān)注，看看技術(shù)的突破口在哪里。
激光雷達(dá)領(lǐng)域關(guān)注：Velodyne、Luminar、Innoviz、Aeva、Ouster、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能、大疆、Innovusion、Ibeo、Quanergy
上游材料關(guān)注：OSRAM、AMS、Lumentum、First Sensor、Hamamatsu（濱松）、ON Semiconductor、Sony、Xilinx（賽靈思），Intel（英特爾），深圳瑞波光電子、常州縱慧芯光半導(dǎo)體、成都量芯集成科技、深圳市靈明光子、紫光國芯、西安智多晶微電子、矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)、圣邦微電子（北京）
