激光雷达按扫描方式可分为机械式、混合固态和纯固态激光雷达。
激光雷达(Light Detection and Ranging, LiDAR)是以激光为探测媒介的主动遥感技术。通过发射激光 脉冲并接收反射信号,计算时间差以确定目标的距离、方位、高度等参数,最终生成数字化三维模型。 其名称源于英文缩写“LiDAR”,直译为“光探测与测距”。 激光雷达作为基于光脉冲的环境建模遥感技术,其应用场景覆盖家庭安防系统、条码扫描设备、面部识 别终端等多元领域,而最具行业影响力的应用方向集中于完全自动驾驶技术的产业化推进。而在自动驾 驶系统架构中,环境感知模块作为汽车“认知”外部世界的基础单元,构成全面实现自动驾驶的核心技术节点。当前环境感知领域存在显著技术路线分野,核心分歧聚焦于传感器配置方案:其一为“摄像头+毫 米波雷达”的纯视觉融合方案,其二为“激光雷达+摄像头+毫米波雷达”的多传感器融合方案。
相比于摄像头,激光雷达受黑夜、雨水、阳光直射等环境光线变化影响小,且无需深度算法学习。相比 于毫米波雷达,激光雷达测量精度和分辨率更高,能探测出物体的具体形状。 综合来看,汽车环境传感器中,激光雷达在探测距离、精度、分辨率、夜间、可靠度、轮廓检测等方面 表现优异,无需深度学习算法,可直接获得物体的距离和方位信息,显著提升自动驾驶系统的可靠性, 提高识别成功率、增加系统安全冗余,能够构建出一个完整的机器能够理解的道路场景,极大程度解决 长尾效应带来的问题。
激光雷达按扫描方式可分为机械式、混合固态和纯固态激光雷达。 机械式激光雷达是最早应用于自动驾驶的激光雷达类型。机械式激光雷达的发射系统和接收系统整体 360°转动,也就是通过不断旋转发射器,将激光点变成线,并在竖直方向上排布多束激光发射器形成面, 达到 3D 扫描并接收信息的目的。机械式激光雷达是最早应用于自动驾驶的激光雷达类型,但由于其需 要精密的机械结构以及多光学元件协调工作,因此成本居高不下、结构体积大、功耗高、散热难度大, 同时旋转部件寿命也难以与车规级使用场景要求完全匹配,难以形成车规级产品。 纯固态激光雷达作为激光雷达技术演进的最终形态,现已成为智能驾驶和机器人领域的关键技术方向。 相较于机械式激光雷达,纯固态激光雷达取消了复杂高频转动的机械结构,不仅能降低物料和量产成本, 也能提升产品可靠性、生产效率和一致性,耐久性得到了巨大的提升,结构最简单,集成度最高,体积 大幅缩小。纯固态激光雷达主要包括 OPA(Optical Phased Array)光学相控阵和 Flash 闪光激光雷达两 种,但目前纯固态激光雷达产品距离规模化车规级量产尚有一定技术障碍。 混合固态式激光雷达是当前自动驾驶领域的核心技术之一,结合了机械式与固态技术的优势,在性能、 成本和可靠性之间实现了平衡。目前,混合固态激光雷达主要包括 MEMS 振镜激光雷达、转镜式激光 雷达、棱镜激光雷达。混合固态激光雷达用“微动”器件来代替宏观机械式扫描器,是收发模块(激光器、 探测器)与扫描部件解耦,收发模块静止、仅扫描器旋转,在微观尺度上实现雷达发射端的激光扫描。 旋转幅度和体积的减小可有效提高系统可靠性,降低成本。目前混合固态式激光雷达技术成熟,更适合 大规模应用。

1.芯片化、集成化
芯片化:指把原本数量众多、结构庞大的激光器控制电路、信号采集转化电路、波形处理电路等数百个 电子元器件逐步集成到几片小巧的芯片上,通过芯片实现对于上百个激光发射/接收通道的高质量控制和运算。芯片化设计使激光雷达元器件数量大幅减少,简化的结构带来了显著的成本降低,与 2016 年 相比,2023 年激光雷达的单线收发成本仅有原来的 1/20;由于结构简化、零部件少,装配步骤更少、 光学校准更具整体性,具备自动化生产的优势,由此带来了生产效率成倍提高,生产成本大幅下降。
芯片化设计使得激光雷达实现“摩尔定律”:摩尔定律指每 18-24 个月芯片的性能提高一倍,价格下降一 半。不同于常规意义上的价格战,芯片化降低价格的做法,非但没有以牺牲产品的性能为代价,反而带 来一系列性能上的提升:高测距精准度、高动态范围、增强通道一致性、增强编码、降低功耗、增强可 靠性等。例如,相比 2014 年市场上的一个经典款车载激光雷达,2021 年禾赛发布的 AT128 点频已经 提升了 15 倍。此外,比起通用芯片,每一代自主研发激光雷达专用芯片(ASIC)都逐渐向着更高集成 度演进。随着集成度和芯片制程的提升,无论是提升性能还是进一步降本,激光雷达都将迎来巨大的空 间。
2.机械式-半固态-固态
机械式-半固态-固态:EEL 边缘激光发射器+转镜式/MEMS 的半固态方案更容易通过车规的检测,成为 中期主流技术方案;长期来看,VCSEL+Flash/OPA 的固态技术方案成本低、体积更小,具有较好的发 展前景,目前各大供应商在各个技术路线均有所布局。
3.价格下降
价格下降:芯片化、集成化及技术路线的变化使激光雷达的成本极大下降。不同种类的激光雷达价格差 距较大,机械式价格在万美元以上,2007 年 Velodyne64 线机械式车载激光雷达价格 8 万美元、2018 年 16 线固态激光雷达价格已降至 4000 美元;半固态/固态激光雷达 22 年前基本在 1000 美元+。

相比于国外供应商,国内供应商在产品定制化上有较大灵活性,价格也有一定优势。根据 Yole 数据, 2023 年激光雷达在中国的平均价格低于 500 美元,较 22 年大幅下降,而全球其他地区的平均售价在 700-1000 美元,预计未来价格将持续下降。 千元机时代来临:2024 年 4 月速腾发布 M 平台新一代中长距激光雷达 MX,引领行业进入“千元机”时 代,首个定点项目将于 2025 年上半年实现大规模量产。禾赛用于 ADAS 的下一代激光雷达产品 ATX 将 以不到 200 美元的价格出售,是目前 AT128 型号价格的一半,体积更小,重量更轻,探测距离更远, 精度更高。