激光雷达行业研究报告（PDF32页）

二零一八年四月刘海涛汽车产业链系列研究报告（一）——激光雷达目录一、行业概况二、技术分析三、市场概况四、企业概况什么是智能设备定义：具有感知、分析、推理、决策、控制功能的设备，是先进制造技术、信息技术和智能技术集成和深度融合。环境感知系统计算处理系统控制执行系统智能设备发展阶段人的参与度有人→辅助→半自动→全自动环境复杂度封闭环境→结构化环境→非结构化环境任务复杂度单一简单任务→单一复杂任务→多任务数据处理知识输入型专家系统→神经网络&机器学习目前阶段道路是结构化程度很高的非结构化环境环境感知系统环境感知系统智能传感器系统中唯一非人工输入视觉传感器位置传感器速度传感器力觉传感器触觉传感器直观视觉：摄像头、高速相机环境模式视觉（深度）：3D激光雷达、双目摄像头激光测距、2D激光雷达、毫米波、超声波、GPS惯性导航、陀螺仪、GPS……压力传感器……光学、电容、电阻、划觉……激光雷达凭借其探测距离远、精确度高的特点成为自动驾驶环境感知系统是最不可或缺的一个，但又因为其环境适应能力差等缺点注定了不能是唯一的一个。三种传感器性能对比激光雷达毫米波雷达摄像头探测距离10106可靠度825行人判别8210夜间模式10101恶劣天气5103细节分辨6110激光雷达是三种环境感知传感器中综合性能最好的一种，这也就决定了它是自动驾驶汽车等机器人环境感知系统中不可或缺的一部分。激光雷达在天气适应性和细节分辨上有明显短板，因此绝不会是环境感知系统中唯一的传感器。激光雷达分类测距原理简介技术特点TOF（TimeOfFlight）利用激光信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离，也叫做脉冲法。由于时间差极短，适合较长距离测量，精度偏低，但不需要目标配合。相位差法测距bailaibailai……需要目标配合，但是可以测量几十米到上万米距离，且精度可达毫米级。干涉法测距bailaibailai……需要目标配合，适合微小距离测量，精度极高，测量环境苛刻。三角法测距点或线光源和接收器之间有一定角度，利用反射到接收器的位置偏差，利用三角函数计算反射物距离。精度为亚毫米级，适用距离为几米到十几米，需要目标物一定的配合度。维度功能功能应用场景一维激光雷达（激光测距仪）距离测量、定位河道、航道、标杆、电信、地质测量、军用二维激光雷达轮廓测量、定位、区域监控城市建筑测量、地形测绘、机器人环境识别、安防、自动门三维激光扫描仪静态三维建模测绘、城市建模、建筑建模（三维地图）三维激光雷达动态三维建模机器人环境识别、自动驾驶、高精度地图测绘激光雷达主要民用应用场景装备类型激光引导AGV扫地机器人自动驾驶\建模图片激光雷达类型8/16线激光雷达为主单线激光雷达为主多线激光雷达应用领域工业、物流清洁无人驾驶简述激光引导AGV是普通AGV的进一步升级产品，体现出比传统AGV更智能化的特点。行业有一定价格敏感性。目前国内厂商多采用进口产品，价格较贵，进口替代市场有一定机会。扫地机器人是激光雷达技术家用化的典型代表。但与一般的小家电产品相同，该行业价格敏感度很高，加之单线激光雷达技术门槛较低，因此普遍售价在300元左右。目前以自动驾驶系统训练为主要应用，测试市场为主的情况下，对产品的标准化成都要求不高，耐用性和可靠性要求也不高，价格敏感度低，目前全球市场主要被VELODYNE主导。目录一、行业概况二、技术分析三、市场概况四、企业概况激光雷达模块的关键技术指标指标名称探测距离线数精度机械or固态意义在不同的使用场景中需探测的目标物距离不同。智能设备的响应速度也对发现目标物的时间提前量有不同要求。线数直接决定点云密度，更大的点云密度有利于减少漏报。可以提高深度信息精度，影响建模准确性。机械式激光雷达可以提供360度激光扫描信息，但理论上固态激光雷达可靠性更强，耐用性强。敏感应用自动驾驶、测绘、军用自动驾驶、测绘、军用测绘、位置测量自动驾驶现状目前自动驾驶用激光雷达最常见的探测距离是200米以内。扫地机器人对该指标要求比较低，通常10-20米可以满足需求。多线激光雷达目前分为4线、8线、16线、32线、64线。个别厂商可以小批量生产128线。厘米级的误差已经可以满足自动驾驶领域使用，在民用领域，已经不以精度为主要追求目标。由于之前的固态激光雷达探测距离通常在60米，无法满足自动驾驶要求，自动驾驶领域激光雷达目前以机械式为主。差异来源技术方向、元器件设计、工艺技术方向、元器件技术方向、设计机械or固态——机械式多线激光雷达以Velodyne全家桶为例，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3D扫描并动态接收信息的目的。但由于其复杂的机械结构，平均的失效时间仅1000-3000小时，难以达到整车厂们的最低要求的13000小时。优点扫描速度快；接收视场小；可承受高的激光功率。缺点结构笨重：由于内部光路结构，反射信号接收比低；装调工作量大。机械or固态——MEMS分类静电电磁电热电压原理……………………电压高低低高驱动力小大中大频率高高低高范围小大大小功耗低低中低优点体积小宏观结构简单耐用、可靠性强功耗低缺点半导体工艺难度太大材料可选范围小MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystem），微机电系统，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。常见的产品包括MEMS加速度计、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪等以及它们的集成产品。机械or固态——光学相控阵激光雷达（OPA，OpticalPhasedArray）军用毫米波相控阵雷达QuanergyS3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，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。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。优点扫描速度快：一般都可以达到MHz量级以上；扫描精度或指向精度高：千分之一度量级以上；可控性好：除对目标区域进行高密度的扫描外，在其它区域也能进行稀疏扫描。缺点制造工艺难度较大：阵列单元尺寸必须不大于半个波长，一般目前激光雷达的工作波长均在1微米左右，阵列单元的尺寸必须不大于500纳米。材料的研究和选择也是非常关键的因素：到目前为止，铌酸锂晶体、PLZT压电陶瓷、液晶和AlGaAs基波导光学相控已得到开发。机械or固态——泛光面阵式激光雷达（Flash）德国大陆FLASH面阵激光雷达泛光面阵式是目前全固态激光雷达中最主流的技术。成像系统向外发射光源，发射出的光源在到达物体表面后，一部分反射回图像上的像素点。而由于物体表面到返回点的距离不同，其反射光飞行时间（TOF）不同，通过对光飞行时间的测量，每个像素就可获得独立的距离信息，其探测范围可以达到百米以上。摄像头可以实现百万像素级别的分辨率快速3D成像。优点纯固态激光雷达：没有任何机械传动结构；成像速度快；成本低：集成度很高，在批量达到一定水平后，成本会很低。非离散采：改善了感知系统对环境的空间理解能力。缺点受限于目前芯片技术水平，目前还是应用在非车辆级别；扫描距离问题一直是瓶颈，由于是多发射器同时发射脉冲激光，因此模块功率很难升上去；安装后只能向固定方向扫描。全球激光雷达主流厂商厂商国别成立时间主要投资机构产品线Velodyne美国1983百度、福特16、32、64、128线机械、32线MEMSQuanergy美国2012三星、motusvantures、戴姆勒、德尔福OPA、8线机械速腾聚创中国2014东方富海、复星锐正、北汽产投16、32、64线机械式、MEMS、OPA北醒光子中国2015IDG、沃勒斯机器人、顺为flash面阵禾赛科技中国2013远瞻资本、磐谷创投、百度40、64线机械式、ZOLO固态北科天绘中国2005联想之星、starvc16、32、64线机械、flash面阵光珀智能中国2013浙江金控flash面阵LeddarTech加拿大2007BDC、Venturecapital、欧司朗、德尔福8线机械式IBEO德国2009采埃孚（T1）4线机械式、MEMSLuminar美国20121517fund、GVAcapitalMEMSInnoviz以色列2016ZoharZisapel、三星、软银MEMSCepton美国2016……Micro-motion(类似MEMS)Innovusion美国2016……MEMSOrixyVision以色列2009BessemerVenturePartnerCOR相干光激光雷达TetraVue美国2008Nautilars、三星、RobertVenture、富士康flash面阵镭神智能中国2015招商、如山、北极光、达晨16线机械、OPA、flash面阵、MEMSOuster美国2015CoxEnterprises64线机械Strobe美国2014通用线性调频、事实上帮通用做MEMS博世德国1886汽车零部件行业T1的老大MEMS先锋日本1938日本知名消费电子产品企业MEMS机械式：9家MEMS：10家flash面阵：5家OPA：3家主流技术方向对比类型机械式MEMSOPAFLASH可靠性1444量产难度2314量产后成本1424工艺成熟度3314性能3341光相控阵OPA理论性能最为强悍光相控阵OPA功率受限无法满足距离要求MEMS性能其次，但量产已经具备可能性MEMS方案一致性和产品寿命始终无法保证Flash工艺最为成熟，供应链齐全Flash系统的输出能量限制，不可能超越单点测距的系统激光雷达产业构成其他零部件软件算法模块核心元器件激光雷达系统复杂，涉及的核心元器件众多：光电探测器、激光器、准直镜头、扫描镜、数模转换器等等。核心元器件目前主要是国外厂商垄断，国内很少有企业有能力自主量产。核心元器件厂商光电探测器及接收器IC光电探测器●滨松●SensL●Osarm●STM●Sens-Tech●夜视集团●Excelitas●Aurea●Firstsensor放大器●亚德诺●德州仪器●Intersil●美信●Qorvo●安森美●思佳讯●微芯●盛邦微电子模数转换器●CirrusLogic●美信●云芯微●时代民芯●NEC●亚德诺●Wolfson●瑞萨●德州仪器FPGA●Xilinx●Actel●国微电子●华微电子●Altera●Atrnel●智多晶●广东高云●Lettice●Avago位置和导航系统GPS●霍尼韦尔●北斗星涵●GARMIN●天位领航●TomTom●路导明图IMU●博世●村田●松下●STM●亚德诺●NXP●应美盛●美新激光器主要类型●固体激光器●半导体激光器●气体激光器●滨松●Lumentum●光迅科技●ams●昂纳科技●Manlight●Finsar●Osram●富士通●IIVI●Coherent●华芯科技扫描器及光学组件扫描镜、旋转电机●知微传感●微奥●Lemoptix●滨松●Microvision●STM●Maradin●Opus●Mirrorcle●创微窄带滤光片●水晶光电●VIAVI●Alluxa准直镜头●Heptagon●迈得特●福晶科技目录一、行业概况二、技术分析三、市场概况四、企业概况传统传感器市场格局BOSCH（博世）、DENSO（电装）、SENSATA（森萨塔）、NXP（恩智浦）以及INFINEON（英飞凌）仍是汽车传感器行业的绝对领导者。2016年，全球汽车MEMS和传感器前十位的供应商共创造了42.5亿美元的营收，占据了整个汽车传感市场的77%（传感器级别，不包括模组）。就雷达市场而言，英飞凌可以说是市场标杆，正积极的推动雷达成为未来汽车的关键技术。新进厂商，尤其是来自激光雷达产业的厂商