激光雷達概念、優勢、分類與發展趨勢分析

激光雷達按掃描方式可分為機械式、混合固態和純固態激光雷達。

一、激光雷達概述

激光雷達（Light Detection and Ranging, LiDAR）是以激光為探測媒介的主動遙感技術。通過發射激光 脈沖并接收反射信號，計算時間差以確定目標的距離、方位、高度等參數，最終生成數字化三維模型。 其名稱源于英文縮寫“LiDAR”，直譯為“光探測與測距”。 激光雷達作為基于光脈沖的環境建模遙感技術，其應用場景覆蓋家庭安防系統、條碼掃描設備、面部識 別終端等多元領域，而最具行業影響力的應用方向集中于完全自動駕駛技術的產業化推進。而在自動駕 駛系統架構中，環境感知模塊作為汽車“認知”外部世界的基礎單元，構成全面實現自動駕駛的核心技術節點。當前環境感知領域存在顯著技術路線分野，核心分歧聚焦于傳感器配置方案：其一為“攝像頭+毫 米波雷達”的純視覺融合方案，其二為“激光雷達+攝像頭+毫米波雷達”的多傳感器融合方案。

相比于攝像頭，激光雷達受黑夜、雨水、陽光直射等環境光線變化影響小，且無需深度算法學習。相比 于毫米波雷達，激光雷達測量精度和分辨率更高，能探測出物體的具體形狀。 綜合來看，汽車環境傳感器中，激光雷達在探測距離、精度、分辨率、夜間、可靠度、輪廓檢測等方面 表現優異，無需深度學習算法，可直接獲得物體的距離和方位信息，顯著提升自動駕駛系統的可靠性， 提高識別成功率、增加系統安全冗余，能夠構建出一個完整的機器能夠理解的道路場景，極大程度解決 長尾效應帶來的問題。

激光雷達按掃描方式可分為機械式、混合固態和純固態激光雷達。 機械式激光雷達是最早應用于自動駕駛的激光雷達類型。機械式激光雷達的發射系統和接收系統整體 360°轉動，也就是通過不斷旋轉發射器，將激光點變成線，并在豎直方向上排布多束激光發射器形成面， 達到 3D 掃描并接收信息的目的。機械式激光雷達是最早應用于自動駕駛的激光雷達類型，但由于其需 要精密的機械結構以及多光學元件協調工作，因此成本居高不下、結構體積大、功耗高、散熱難度大， 同時旋轉部件壽命也難以與車規級使用場景要求完全匹配，難以形成車規級產品。 純固態激光雷達作為激光雷達技術演進的最終形態，現已成為智能駕駛和機器人領域的關鍵技術方向。 相較于機械式激光雷達，純固態激光雷達取消了復雜高頻轉動的機械結構，不僅能降低物料和量產成本， 也能提升產品可靠性、生產效率和一致性，耐久性得到了巨大的提升，結構最簡單，集成度最高，體積 大幅縮小。純固態激光雷達主要包括 OPA(Optical Phased Array）光學相控陣和 Flash 閃光激光雷達兩 種，但目前純固態激光雷達產品距離規模化車規級量產尚有一定技術障礙。 混合固態式激光雷達是當前自動駕駛領域的核心技術之一，結合了機械式與固態技術的優勢，在性能、 成本和可靠性之間實現了平衡。目前，混合固態激光雷達主要包括 MEMS 振鏡激光雷達、轉鏡式激光 雷達、棱鏡激光雷達。混合固態激光雷達用“微動”器件來代替宏觀機械式掃描器，是收發模塊（激光器、 探測器）與掃描部件解耦，收發模塊靜止、僅掃描器旋轉，在微觀尺度上實現雷達發射端的激光掃描。 旋轉幅度和體積的減小可有效提高系統可靠性，降低成本。目前混合固態式激光雷達技術成熟，更適合 大規模應用。

二、激光雷達近年發展趨勢

1.芯片化、集成化

芯片化：指把原本數量眾多、結構龐大的激光器控制電路、信號采集轉化電路、波形處理電路等數百個 電子元器件逐步集成到幾片小巧的芯片上，通過芯片實現對于上百個激光發射/接收通道的高質量控制和運算。芯片化設計使激光雷達元器件數量大幅減少，簡化的結構帶來了顯著的成本降低，與 2016 年 相比，2023 年激光雷達的單線收發成本僅有原來的 1/20；由于結構簡化、零部件少，裝配步驟更少、 光學校準更具整體性，具備自動化生產的優勢，由此帶來了生產效率成倍提高，生產成本大幅下降。

芯片化設計使得激光雷達實現“摩爾定律”：摩爾定律指每 18-24 個月芯片的性能提高一倍，價格下降一 半。不同于常規意義上的價格戰，芯片化降低價格的做法，非但沒有以犧牲產品的性能為代價，反而帶 來一系列性能上的提升：高測距精準度、高動態范圍、增強通道一致性、增強編碼、降低功耗、增強可 靠性等。例如，相比 2014 年市場上的一個經典款車載激光雷達，2021 年禾賽發布的 AT128 點頻已經 提升了 15 倍。此外，比起通用芯片，每一代自主研發激光雷達專用芯片（ASIC）都逐漸向著更高集成 度演進。隨著集成度和芯片制程的提升，無論是提升性能還是進一步降本，激光雷達都將迎來巨大的空 間。

2.機械式-半固態-固態

機械式-半固態-固態：EEL 邊緣激光發射器+轉鏡式/MEMS 的半固態方案更容易通過車規的檢測，成為 中期主流技術方案；長期來看，VCSEL+Flash/OPA 的固態技術方案成本低、體積更小，具有較好的發 展前景，目前各大供應商在各個技術路線均有所布局。

3.價格下降

價格下降：芯片化、集成化及技術路線的變化使激光雷達的成本極大下降。不同種類的激光雷達價格差 距較大，機械式價格在萬美元以上，2007 年 Velodyne64 線機械式車載激光雷達價格 8 萬美元、2018 年 16 線固態激光雷達價格已降至 4000 美元；半固態/固態激光雷達 22 年前基本在 1000 美元+。

相比于國外供應商，國內供應商在產品定制化上有較大靈活性，價格也有一定優勢。根據 Yole 數據， 2023 年激光雷達在中國的平均價格低于 500 美元，較 22 年大幅下降，而全球其他地區的平均售價在 700-1000 美元，預計未來價格將持續下降。 千元機時代來臨：2024 年 4 月速騰發布 M 平臺新一代中長距激光雷達 MX，引領行業進入“千元機”時 代，首個定點項目將于 2025 年上半年實現大規模量產。禾賽用于 ADAS 的下一代激光雷達產品 ATX 將 以不到 200 美元的價格出售，是目前 AT128 型號價格的一半，體積更小，重量更輕，探測距離更遠， 精度更高。