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1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 乘自动驾驶发展东风，激光雷达走进大众视野： 激光雷达 是自动驾驶与机 器人产业的重要传感器类型之一， 2005 年， Velodyne 首次将 64 线激光雷达应 用于 DARPA 挑战赛， 2007 年 Velodyne 生产出首台商用 3D 动态扫描激光雷 达，成为该行业的重要时刻。 相比毫米波雷达、摄像头、超声雷达等方案， 激光雷达在可靠度、探测距离、夜间表现等方面较为均衡，具备一定优势， 车企通常采用多类传感器融合方案。 激光雷达 按照技术路径细分可分为机械 式、混合固态（ MEMS）、固态式（ OPA、 Flash）三种类别。 其中机械式发展 较早，技术成 熟度高；固态式在性能、成本上要优于机械式，但技术上还有 待突破。当前对于激光雷达的评判标准集中在车规级、可量产、低成本三个 方面，在车规级方面，镭神智能 CH32 混合固态激光雷达，在国内率先通过 车规级认证 ，在可量产与低成本方面， 固态式激光雷达体积小、整体量产成 本和量产难度较低，容易在技术成熟后产生可大规模应用的市场价格。 尽管 固态式在整体性能上优于机械式，但距离技术上的完全成熟还需要一段的时 间，因此短期内激光雷达市场上仍旧是机械式与固态式激光雷达并存的局面。 激光雷达市场发展迅速，整体复合增速达 64.5%： 激光雷达市场 广阔， 根 据沙利文预测， 激光雷达整体市场规模预计至 2025 年将达到 135.4 亿美元， 较 2019 年可实现 64.5%的年均复合增长率；细分市场中汽车领域市场最为广 阔，据 Velodyne 预测， 2022 年汽车领域激光雷达市场规模将达 72 亿美元， 占比约 60%， Luminar 则给出了 2030 年达到千亿美元量级的预测 ； 在智慧城 市概念发展的推动下，车联网领域市场发展迅速，至 2025 年， 全球激光雷达 在该领域的市场规模将超过 45 亿美元， 2019 年至 2025 年复合增长率为 48.48%。 L3 级标准下的 ADAS 高级辅助驾驶市场与 L4、 L5 级标准下的无人 驾驶市场都对激光雷达技术产品拥有着较高的需求 ， L5 级自动驾驶标准下， 激光雷达的配臵数量不应少于 4 个 ， 激光雷达行业将迎来广阔的发展空间。 国内产业链崛起， 美股迎来激光雷达企业上市潮，禾赛科技 拟 登陆科创 板 ： 产业链 方面，上游主要包括激光发射接收模块、扫描器、信息处理芯片等 部分，下游包括各类测绘和导航需求，如自动驾驶等。国外公司分布全面， 整机领域有 Velodyne、 Luminar、 Valeo、 Ouster 等龙头， 光学元件领域有意法 半导体、亚洲光学等，光源领域有 Thorlabs、飞利浦光学等，探测器领域有 SensL、飞利浦等公司， IC 领域则有赛灵思、 Qorvo 等公司。国内 公司在整机 领域公司较多，例如禾赛科技、北醒、北科天绘、镭神智能等，近年来上游 也得到了发展，芯视界微电子、灵明光子等公司纷纷得到巨头投资。 数模混 合信号龙头公司艾为电子、激光器三优光电、精密光学元件福特科等 新三板 公司 涉及 激光雷达产业链相关环节 。 业内 公司方面， Velodyne 作为激光雷 达行业龙头，于 2020 年 9 月完成 NASDAQ 上市， 预计 2020 财年营收 0.94 亿 美元，市值 40 亿美元左右 ； Luminar 于 2020 年 12 月完成 NASDAQ 上市， 预 计 2020 财年营收 0.15 亿美元，市值 100 亿美元左右 ；禾赛科技于 2021 年 1 月 7 日科创 板 受理 ， 有望 成为国内首家上市的激光雷达企业。在营收规模方 面，禾赛科技 2019 年 营收 增长率达到 162.3%，达到 3.48 亿元 ， 2020 前三季 度达到 2.53 亿元。 在毛利率方面，禾赛科技的毛利率 2017-2019 均高于 70%， Luminar 由于其产品仍处于研发期， 2019 年毛利率 为负 。 风险提示： 技术成熟度 不及预期 ，行业竞争加剧的风险。 Table_Tit le 2021 年 01 月 24 日 激光雷达：自动驾驶之眼 智能网联专题系列一 Table_BaseI nfo 新三板 主题报告 证券研究报告 诸海滨 分析师 SAC 执业证书编号： S1450511020005 021-35082086 赵昊 分析师 SAC 执业证书编号： S1450519060001 Tabl e_Report 相关报告 西部最大民办高中教育集团 赴美上市，轻资产扩张形成 “一校多点”办学格局 2021-01-19 IPO 观察： IPO 审核新增 15 家过会，新三板贡献 7 家 2021-01-19 全市场科技产业策略报告第 九十四期 2021-01-18 从港股 2020 退市情况看注 册制推进和转板 2021-01-17 从 2020 美股 IPO 启示 寻精 选层投资多路径思考 2021-01-14 2 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 内容目录 1. 写在前面：激光雷达行业迎来上市潮，行业将呈现快速扩张新格局？ . 5 2. 思考一：刨根问底，激光雷达将迎来自动驾驶汽车发展新机遇？ . 6 2.1. 先看历史：诞生于 1960 年， 2000 年后逐步应用于无人驾驶领域 . 6 2.2. 剖析概念：激光雷达由激光发射、接收、信息处理、扫描四大基础系统构成 . 7 2.3. 再看分类：机械式与固态式是汽车领域激光雷达的主要类别 . 10 2.3.1. 测距方法分类： ToF 法更为成熟， FMCW 具有更高的抗干扰性 . 12 2.3.2. 技术架构分类：机械式技术趋近成熟，固态式预计将 成为未来主流 . 13 2.3.2.1. 机械式激光雷达：可实现水平 360全覆盖，体积较大价格较贵 . 14 2.3.2.2. MEMS 混合固态激光雷达：半机械式构造，可实现激光雷达的小型化 . 15 2.3.2.3. Flash 激光雷达：采用类照相机工作模式，具有 256256 像素点探测器 . 15 2.3.2.4. OPA 固态激光雷达：产品小型化，无需机械扫描 . 16 2.3.2.5. 浅显之见：机械式已进入量产阶段，固态式通过车规认证 . 17 2.4. 分析优势：激光雷达探测精度高、探测范围最高可达 360 . 21 3. 思考二：需求视角，行业规模将迎来快速扩张期？ . 25 3.1. 行业规模与发展趋势：激光雷达行业迎来无人驾驶行业发展新机遇 . 25 3.1.1. 汽车激光雷达市场： 2025 年汽车领域激光雷达市场规模预计将超 80 亿美元 . 27 3.1.1.1. L4/L5 级无人驾驶市场： 2025 年市场规模预计达到 35 亿美元 . 27 3.1.1.2. L3 级高级辅助驾驶市场： 2025 市场规模预计将达到 46.1 亿美元 . 28 3.1.2. 服务型机器人市场： 2025 年激光雷达在机器人领域市场预计达到 7 亿美元 . 29 3.1.3. 车联网市场：全球激光雷达在车联网市场规模将超过 45 亿美元 . 29 3.2. 行业技术壁垒：行业技术壁垒较高，需要应对产品的快速迭代 . 30 3.3. 行业政策：政策不断利好，激光雷达市场迎来快速发展 . 31 4. 思考三：供给视角，激光雷达行业各个玩家的竞争格局如何？ . 33 4.1. 产业链：国内产业链中游突出上游崛起，固态化趋势推动成本降低和实用化 . 33 4.2. 概况对比： Velodyne 是全球行业龙头，禾赛科技在国内市场处于领先地位 . 36 4.2.1. Velodyne：激光雷达行业龙头， 2020 财年预计营收 0.94 亿美元 . 37 4.2.2. Luminar：专注于高速公路无人驾驶技术，固态式车载激光雷达技术领先者 . 39 4.2.3. 禾赛科技：拟于科创板上市，国内激光雷达行业领军者 . 41 4.2.4. 关键业务指标对比： Velodyne 市场营收总额最高，禾赛科技毛利率领先 . 44 图表目录 图 1：激光雷达发展历程 . 6 图 2：激光雷达技术方案发展趋势 . 7 图 3： Velodyne 激光雷达产品 . 7 图 4：激光雷达应用场景 . 8 图 5：激光雷达工作原理 . 8 图 6：激光雷达组成结构 . 9 图 7：激光雷达四个维度 . 9 图 8：华为 96 线程激光雷达 . 10 图 9：不同类型激光雷达传感器搭载平台及适用尺度 .11 图 10：激光雷达技术架构分类 .11 图 11： ToF 工作原理 . 12 图 12： ToF 激光雷达核心模块示意图 . 12 3 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 13： FMCW 工作原理 . 13 图 14： FMCW 架构组成 . 13 图 15：机械式雷达结构图 . 14 图 16：机械式雷达工作原理 . 15 图 17： MEMS 工作原理 . 15 图 18： Flash 激光雷达工作原理 . 16 图 19： Flash 激光雷达小型化历程 . 16 图 20： OPA 激光雷达工作原理 . 17 图 21：激光雷达实际应用性 . 18 图 22：镭神智能车规级激光雷达 . 19 图 23：激光雷达技术流派及代表性公司 . 20 图 24：各类激光雷达占比 . 20 图 25：部分激光雷达产品对比（ 2017-2018 年） . 21 图 26：四维图新自动驾驶车上主要传感器 . 22 图 27：不同自动驾驶标准对激光雷达数量要求 . 22 图 28：各类型传感器性能雷达图 . 23 图 29：自动驾驶技术应用路径 . 23 图 30：不同类型雷达波长与频率对比 . 24 图 31： 2022 年激光雷达市场细分占比 . 25 图 32：激光雷达市场规模预测（十亿美元） . 25 图 33：激光雷达细分市场规模预测 . 26 图 34：全球激光雷达市场规模（亿美元） . 26 图 35：中国激光雷达市场规模（亿美元） . 27 图 36：激光雷达在无人驾 驶产业的应用 . 27 图 37：激光雷达在无人驾驶领域市场规模（亿美元） . 28 图 38：激光雷达在高级辅助驾驶领域市场规模（亿美元） . 28 图 39：激光雷达在机器人产业的应用 . 29 图 40：激光雷达在服务型机器人领域市场规模（亿美元） . 29 图 41：激光 雷达在车联网领域应用 . 30 图 42：激光雷达在车联网领域市场规模（亿美元） . 30 图 43：行业主要壁垒 . 31 图 44：激光雷达产业链 . 33 图 45：激光雷达产业链公司 . 33 图 46：激光雷达产业链及代表公司 . 34 图 47： 2017 年至 2020 年投融资事件数量 . 35 图 48： 2017 至 2021 年 1 月融资轮次分布 . 35 图 49： Velodyne 发展历程 . 38 图 50： Velodyne 产品种类与应用场景 . 38 图 51： Velodyne 产品的性能对比 . 38 图 52： Velodyne 雷达出货量预测 . 39 图 53： Luminar 发展历程 . 39 图 54： Luminar 营收规模与预测（百万美元） . 40 图 55： Luminar 产品性能对比 . 40 图 56： Luminar 主要产品 Iris. 40 图 57： Luminar 合作客户 . 41 4 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 58：禾赛科技合作客户 . 41 图 59：禾赛科技产品演变 . 43 图 60：禾赛科技主营业务收入变化（万元， %） . 43 图 61： 2019 年禾 赛科技各产品收入占比 . 44 图 62：营业收入（亿元） . 45 图 63：净利润（万元） . 45 图 64：毛利率 . 45 表 1：自动化驾驶分级标准 . 5 表 2：显性参数指标 . 10 表 3：激光雷达不同的分类方式 .11 表 4： ToF 与 FMCW 特点对比 . 12 表 5：机械式与固态式特点对比 . 14 表 6：激光雷达技术方案 . 17 表 7：性能参数 . 18 表 8：激光雷达实际应用性比较 . 18 表 9：技术特点与量产时间 . 19 表 10：各类型传感器指标对比 . 23 表 11：各类型传感器应用性能对比 . 24 表 12：非汽车领域激光雷达需求预测 . 26 表 13：行业政策 . 31 表 14： 2017 年至今激光雷达公司最新融资情况 . 35 表 15：新三板激光雷 达产业链公司 . 36 表 16：行业内主要的激光雷达公司 . 37 表 17：不同细分市场禾赛科技代表产品 . 42 表 18：禾赛科技无人驾驶领域代表产品 . 42 表 19：禾赛科技 ADAS 领域代表产品 . 43 表 20：已上市与即将上市公司 市值规模对比（市值基于 2021 年 1 月 7 日美股收盘价） . 44 表 21： Aeva、 Innoviz、 Ouster 已公布预期营收和估值情况 . 45 5 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1. 写在前面：激光雷达迎来上市潮，行业将呈现快速扩张新格局？ 激光雷达行业 龙头 Velodyne 和 Luminar 于 2020 年 完成在 NASDAQ 上市， Aeva 将于 2021 年第一季度完成 NYSE 上市， Innoviz 将于 2021 年第一季度完成 NASDAQ 上市， Ouster 计划 2021 年上半年完成 NYSE 上市 ，随着这样一波密集的上市潮的到来，资本 力量正 加速 入局激光雷达行业市场， 这 必将重塑当前激光雷达行业的发展格局。与此同时， 国内市场激 光雷达企业的发展也进入了加 速阶段， 国内机械式激光雷达龙头禾赛科技于 2021 年 1 月 7 申请科创 板 上市 ， 或 成为国内首家上市的激光雷达公司， 镭神 智能 的 混合 固态激光雷达 产品 正式通过国家车规级认证，成为国内首个、全球第二个获得正式认证报告的车规级激光雷达 。 （来源：禾赛科技招股书、镭神科技公司官网） 激光雷达是自动驾驶技术实现的关键技术设备， 国家在自动驾驶领域颁布的规范化扶持政策， 也助力国内激光雷达市场进一步扩张。国家在最新颁布的 汽车驾驶自动化分级编制说明 中指出，驾驶自动化技术是国际公认的未来发展方向和关注焦点之一。制定国家标准的意义 不仅在于汽车产品与技术的升级，更有可能带来汽车及相关产业全业态和价值链体系的重塑。 中、美、欧、日等都将驾驶自动化技术作为交通领域的重点发展方向，并从国家层面进行战 略布局。因此，国家政策、行业发展也亟需形成统一的规范性分级，促进行业 的进一步 发展。 表 1：自动化驾驶分级标准 分级 名称 车辆横向和纵向运动控制 目标和事件探测与响应 动态驾驶任务接管 设计运行条件 0 级 应急辅助 驾驶员 驾驶员及系统 驾驶员 有限制 1 级 部分驾驶辅助 驾驶员和系统 驾驶员及系统 驾驶员 有限制 2 级 组合驾驶辅助 系统 驾驶员及系统 驾驶员 有限制 3 级 有条件自动驾驶 系统 系统 动态驾驶任务接管用户（接管后成为驾驶员） 有限制 4 级 高度自动驾驶 系统 系统 系统 有限制 5 级 完全自动驾驶 系统 系统 系统 无限制 资料来源：工信部，安信证券研究中心 在自动化驾驶的 5 级标准中， L3 级标准下的 ADAS 高级辅助驾驶市场 与 L4、 L5 级标准下的 无人驾驶市场都对激光雷达技术产品拥有着 较高 的需求，随着中国自动驾驶领域的政策和规 范的不断成熟，激光雷达行业将迎来广阔的发展空间。 根据 Velodyne 预测， 2022 年激光雷达市场规模将达到 119 亿美元，其中约 72 亿美元来自 汽车领域的应用，占比约 60%。在自动汽车领域中，机械式和固态式激光雷达的技术发展方 向 之争也将在未来深刻的影响着激光雷达市场的发展走向。 因此，本文希望从激光雷达的发 展历程入手，对激光雷达市场当前的发展现状与发展脉络进行梳理，并对当前机械式与固态 式激光雷达并存的市场格局的发展走向进 行分析 ，最后对 产业链 上下游环节的公司进行详细 梳理 。 6 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 2. 思考一： 刨根问底， 激光雷达将迎来 自动 驾驶汽车发展新机遇？ 2.1. 先看历史： 诞生于 1960 年， 2000 年后逐步应用于无人驾驶领域 激光雷达的发展历史已有数十年。从 1960 年激光器诞生后不久，激光便被应用于各种测量 场景，科技界迅速将激光应用在测距仪和激光雷达当中，早在 1971 年，激光雷达便跟随阿 波罗 15 号进行了月面测绘。 但一直以来，受制于各类激光设备的技术难度，激光雷达成本 较高，商业化场景较少。 但这一局面在 21 世纪得以改变，包括 DARPA、 Velodyne 等政界、 军界、商界重要成员合力推动激光雷达发展， 2005 年， Velodyne 首次将 64 线激光雷达应 用于 DARPA 挑战赛， 2007 年 Velodyne 生产出首台商用 3D 动态扫描激光雷达，成为该行 业的重要时刻。此后， Ibeo、 Valeo、 Luminar 等公司相继推出各自的激光雷达产品，技术上 各有优势，机械式产品逐渐转变为固态产品，产品成本逐渐降低， 到 2020 年， Velodyne 的 新款固态激光雷达售价已达到 100 美元 （公司官网） ，可以说正式进入实用区间 。 国内激光雷达产业发展也相当迅速，从人工智能与自动驾驶产业快 速发展后，我国涌现出北 科天绘、速腾聚创、镭神智能、禾赛科技、 Innovusion 等一大批优秀公司，产品性能也不断 提升，从 16 线到 128 线乃至 300 线产品都有，探测距离也达到 500m 量级。 综合来看，激光雷达产业一直朝向远距离、大范围、高分辨率、低成本的方向发展，如今的 商用激光雷达已经远超早期产品。 图 1： 激光雷达发展历程 资料来源： 各家 公司官网， 安信证券研究中心 制图 无人驾驶领域将成为未来激光雷达最主要的应用市场，在此基础上，当前的机械式激光雷达 技术较为成熟，具有一定的应用可行性，但固态式激光雷达将凭借成本低、小型化、更容易 量产等特点在未来市场中占据优势 。 7 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 2： 激光雷达技术方案发展趋势 资料来源：麦姆斯咨询 ， 安信证券研究中心 2.2. 剖析概念： 激光雷达由激光发射、接收、信息处理、扫描四大基础系统构成 激光雷达（ Light Detection And Ranging，简称 LiDAR）即光探测与测量，是一种集激光、 全球定位系统（ GPS）和 IMU（ Inertial Measurement Unit，惯性测量装臵）三种技术于一 身的系统，用于获得数据并生成精确的 DEM（数字高程模型）。这三种技术的结合，可以高 度准确地定位激光束打在物体上的光斑，测距精度可达厘米级，激光雷达最大的优势就是 精准 和 快速、高效作业 。 图 3： Velodyne 激光雷达产品 资料来源： Velodyne 官网， 安信证券研究中心 激光雷达 当前 被广泛用于无人驾驶汽车和机器人领域，被誉为广义机器人的 “眼睛 ”，是一种 通过发射激光来测量物体与传感器之间精确距离的主动测量装臵。激光雷达通过激光器和探 测器组成的收发阵列，结合光束扫描，可以对广义机器人所处环境进行实时感知，获取周围 物体的精确距离及轮廓信息，以实现避障功能；同时，结合预先采集的高精地图，机器人在 环境中通过激光雷达的定位精度可达厘米量级，以实现自主导航。 8 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 4： 激光雷达应用场景 资料来源： Velodyne 官网， 安信证券研究中心 激光雷达可以高精度、高准确度地获取目标的距离、速度等信息或者实现目标成像。 激光雷 达工作过原理：激光通过扫描器单元形成光束角度偏转，光束与目标作用形成反射 /散射的回 波。 当接收端工作时，可产生原路返回的回波信号光子到达接收器，接收端通过光电探测器 形成信号接收，经过信号处理得到目标的距离、速度等信息或实现三维成像。可见，光束扫 描器和探测系统的实现方式便是研究重点，需求从机械式向小型化全固态方向发展。 图 5： 激光雷达工作原理 资料来源：固态激光雷达研究进展，陈敬业，时尧成 ， 安信证券研究中心 激光雷达由激光发射、激光接收、信息处理、扫描系统四大基础系统构成，这四大系统相互 协作，进而短时间内获取大量的位臵点信息，并根据这些信息实现三维建模。 其中 激光 发射系统：激励源周期性地驱动激光器，发射激光脉冲，激光调制器通过光束控制器控制发 射激光的方向和线数，最后通过发射光学系统，将激光发射至目标物体； 激光接收系统： 经接收光学系统，光电探测器接受目标物体反射回来的激光，产生接收信号； 信息处理 系统：接收信号经过放大处理和数模转换，经由信息处理模块计算，获取目标表面形态、物 理属性等特性，最终建立物体模型。 扫描系统：以稳定的转速旋转起来，实现对所在平 面的扫描，并产生实时的平面图信息。 9 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 6： 激光雷达组成结构 资料来源： 汽车人参考， 安信证券研究中心 制图 激光雷达的测距原理可分为三角测距法和 ToF(飞行时间法 )，前者主要用于扫地机器人、工 业机器人等非车载应用，而后者才是汽车激光雷达的主要测距原理。激光雷达的光束操纵方 式有 MEMS 微振镜扫描、 OPA 扫描、机械式扫描（又包括旋转马达扫描、平面摆镜扫描、 多棱镜扫描等多种宏观可见的扫描方式）、闪光式（无需扫描元件）等，光束操纵也是最复 杂、最关键的激光雷达技术维度。在光源方面，涵盖 LED、 EEL、 VCSEL 和光纤激光器， 而在探测器方面，包括 PIN PD、 APD/SPAD/SiPM、 CMOS 图像传感器、 CCD 图像传感器。 图 7： 激光雷达四个维度 资料来源： 麦姆斯咨询， 安信证券研究中心 激光雷达产品可以从显性参数、实测性能表现及隐性指标等方面进行评估和比较。 显性参数 指列示在产品参数表中的信息，主要包含测远能力、点频、角分辨率、视场角范围、测距精 准度、功耗、集成度（体积及重量）等。 10 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 表 2：显性参数指标 参数 描述 说明 测远能力 一般指激光雷达对于 10%低反射 率目标物（标准朗伯体反射能量的 比例）的最远探测距离。 激光雷达测远能力越强，距离覆盖范围越广，目标物探测能力越 强，留给系统进行感知和决策的时间越长。目标物反射率影响探 测距离，相同距离下，反射率越低越难进行探测。 点频 激光雷达每秒完成探测获得的探测点的数目。 点频越高说明相同时间内的探测点数越多，对目标物探测和识别 越有利。 角分辨率 激光雷达相邻两个探测点之间的 角度间隔，分为水平角度分辨率与 垂直角度分辨率。 相邻探测点之间角度间隔越小，对目标物的细节分辨能力越强， 越有利于进行目标识别。 视场角范围 （ FOV） 激光雷达探测覆盖的角度范围，分 为水平视场角范围与垂直视场角 范围。 视场角越大说明激光雷达对空间的角度覆盖范围越广。 测距精度 激光雷达对同一距离下的物体多次测量所得数据之间的一致程度。 精度越高表示测量的随机误差越小，对物体形状和位臵的描述越 准确，对目标物探测越有利。 测距准度 测距值和真实值之间的一致程度。 准度越高表示测量的系统误差越小，对物体形状和位臵的描述越 准确，对目标物探测越有利。 功耗 激光雷达系统工作状态下所消耗的电功率。 在探测性能类似的情况下，功耗越 低说明系统的能量利用率越高，同时散热负担也更小。 集成度 直观体现为产品的体积和重量。 在探测性能类似的情况下，集成度越高搭载于车辆或服务机器人 时灵活性更高。 资料来源：禾赛科技公开发行股票说明书，安信证券研究中心 同时， 激光雷达 也 常以线数区分，如 4 线、 8 线、 16 线、 32 线、 128 线等。线数是指激光 发射光源数， 16 线产品有 16 个光源，以此类推，华为近期发布的 96 线激光雷达就是含有 96 个光源 的激光雷达 。 图 8： 华为 96 线程激光雷达 资料来源： 汽车商业评论， 安信证券研究中心 2.3. 再看分类： 机械式与固态式是汽车领域激光雷达的主要类别 激光雷达由于其应用范围的广泛与技术结构的复杂性，在实际应用中 有 着 多种分类方式，按 照功能用途、工作体制、载荷平台、工作介质、探测技术等分类方式 均可得到不同的结果。 11 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 表 3：激光雷达不同的分类方式 分类方式 雷达名称 功能用途分类 跟踪雷达（用于测距和测角）、运动目标指示雷达（获取目标的多普勒信息）、流速测量雷达（测量多普勒信息）、风切变探 测雷达、目标识别雷达、成像雷达（测量目标不同部位的反射强度和距离等信号）和振动传感雷达等 工作体制分类 多普勒激光雷达、合成孔径成像激光雷达、 差分吸收激光雷达、相控阵激光雷达等 便 携式激光雷达、地基激光雷达、车载激光雷达（汽车搭载）、机载激光雷达（飞机搭载）、船载激光雷达、星载激光雷达（飞机搭载）和弹载激光雷达等 工作介质分类 固体激光雷达、气体激光雷达、半导体激光雷达、二极管泵浦固体激光雷达等 探测技术分类 直接探测型、相干探测型 载荷平台分类 便 携式 激光雷达、地基激光雷达、车载激光雷 达（汽车搭载）、机载激光雷达（飞机搭载）、船载激光雷达、星载激光雷达（飞机搭载）和弹载激光雷达等 资料来源： 前瞻产业研究院 ，安信证券研究中心 在载荷平台方面，地基激光雷达，通常用于单一目标或者小尺度精细三维数据的采集；机载 激光雷达以飞行器为搭载平台，通常用于区域尺度三维信息数据的快速获取；星载激光雷达 以卫星平台为依托进行大尺度三维信息数据的获取。 本文对激光雷达的讨论分析 重点 集中在 车载平台上的应用的车规 级激光雷达。 图 9： 不同类型激光雷达传感器搭载平台及适用尺度 资料来源：激光雷达森林生态应用，郭庆华 、 苏艳君 、 胡天宇 、 刘瑾著 ， 安信证券研究中心 其中，考虑到激光雷达主要市场集中在无人驾驶领域，因此当前行业主要根据与无人驾驶技 术相关的测距方法和技术架构作为分类的主流依据。 图 10： 激光雷达技术架构分类 资料来源： 佐思产研， 安信证券研究中心 制图 12 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 2.3.1. 测距方法分类： ToF 法更为成熟， FMCW 具有更高的抗干扰性 激光雷达按照测距方法可以分为飞行时间（ Time of Flight， ToF）测距法、基于相干探测的 FMCW 测距法、以及三角测距法等，其中 ToF 与 FMCW 能够实现室外阳光下较远的测程 （ 100250m），是车载激光雷达的优选方案。 ToF 是目前市场车载中长距激光雷达的主流方 案，未来随着 FMCW 激光雷达整机和上游产业链的成熟， ToF 和 FMCW 激光雷达将在市场 上并存。 表 4： ToF 与 FMCW 特点对比 测距方法 主要特点 法 通过直接测量发射激光与回波信号的时间差，基于光在空气中的传播速度得到目标物的距离信息，具有响应速度快、探测精度高的优势。 FMCW 法 将发射激光的光频进行线性调制，通过回波信号与参考光进行相干拍频得到频率差，从而间接获得飞行时间反推目标物距离。 FMCW 激光雷达具有可直接测量速度信息以及抗干扰（包括环境光和其他激光雷达）的优势。 资料来源：禾赛科技公开发行股票说明书，安信证券研究中心 ToF 的工作原理为 测量发射波脉冲与目标回波脉冲之间的时间间隔，即测量激光脉冲从激光 器到待测目标之间的往返时间 T，即可得到目标距离 S=cT/2，其中 c 为光在空气中的传播速 度。 图 11： ToF 工作原理 资料来源： CSDN， 安信证券研究中心 ToF 激光雷达系统主要包括发射模块、接收模块、控制及信号处理模块和扫描模块 。 图 12： ToF 激光雷达核心模块示意图 资料来源： 禾赛科技公开发行股票说明书， 安信证券研究中心 13 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 FMCW，即调频连续波。 FMCW 技术和脉冲雷达技术是两种在高精度雷达测距中使用的技 术。其基本原理为发射波为高频连续波，其频率随时间按照三角波规律变化。 FMCW 接收的 回波频率与发射的频率变化规律相同，都是三角波规律，只是有一个时间差，利用这个微小 的时间差可计算出目标距离。 图 13： FMCW 工作原理 资料来源： 汽车之心， 安信证券研究中心 FMCW 激光雷达 由 5 部分组成： 1）线性调频窄线宽激光； 2） MZI 干涉仪； 3）光束扫描机 构； 4）平衡光电探测器； 5）数字信号处理。 图 14： FMCW 架构组成 资料来源： 电子发烧友， 安信证券研究中心 2.3.2. 技术架构分类：机械式技术趋近成熟，固态式 预计 将成为未来主流 按照技术架构可以分为整体旋转的机械式激光雷达、收发模块静止的半固态激光雷达以及固 态式激光雷达。 14 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 表 5：机械式与固态式特点对比 技术架构 主要特点 机械旋转式 激光雷达 通过电机带动收发阵列进行整体旋转，实现对空间水平 360视场范围的扫描。测距能力在水平 360视 场范围内保持一致。 半固态式激 光雷达 半固态方案的特点是收发单元与扫描部件解耦，收发单元（如激光器、探测器）不再进行机械运动，具 体包括微振镜方案、转镜方案等。适用于实现部分视场角（如前向）的探测，体积相较于机械旋转式雷 达更紧凑。 固态式激光 雷达 固态式方案的特点是不再包含任何机械运动部件，具体包括相控阵（ Optical Phased Array , OPA）方案、 Flash 方案、电子扫描方案等。适用于实现部分视场角（如前向）的探测，因为不含机械扫描器件，其 体积相较于其他架构最为紧凑。 资料来源：禾赛科技公开发行股票说明书，安信证券研究中心 2.3.2.1. 机械式激光雷达： 可实现水平 360全覆盖， 体积较大价格较贵 机械激光雷达，是指其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，达到动态扫描并动态接收信息的目的。 在工作时 竖直排列的激光发射器呈不同 角度向外发射，实现垂直角度的覆盖，同时在高速旋转的马达壳体带动下，实现水平角度 360 度的全覆盖。 图 15： 机械式雷达结构图 资料来源： CSDN， 安信证券研究中心 机械激光雷达体积更大，总体来说价格更为昂贵，但测量精度相对较高 。 相比于半固态式和 固态式激光雷达，机械旋转式激光雷达的优势在于可以对周围环境进行 360的水平视场扫描， 而半固态式和固态式激光雷达往往最高只能做到 120的水平视场扫描，且在视场范围内测距 能力的均匀性差于机械旋转式激光雷达。 15 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 16： 机械式雷达工作原理 资料来源： CSDN， 安信证券研究中心 2.3.2.2. MEMS 混合固态激光雷达：半机械式构造， 可实现激光雷达的小型化 MEMS 微振镜是一种硅基半导体元器件，属于固态电子元件；但是 MEMS 微振镜并不“安 分”，内部集成了“可动”的微型镜面；由此可见 MEMS 微振镜兼具“固态”和“运动”两 种属性，故称为“混合固态”。 可以说， MEMS 微振镜是 传统机械式激光雷达的革新者，引 领激光雷达的小型化和低成本化。 图 17： MEMS 工作原理 资料来源： 麦姆斯咨询 ， 安信证券研究中心 2.3.2.3. Flash 激光雷达： 采用类照相机工作模式 ， 具有 256 256 像素点探测器 Flash 激光雷达采用类似照相机的工作模式，感光元件与普通相机不同，每个像素点可以记 录光子飞行时间信息。发射的面阵激光照射到目标上，目标对入射光产生散射，由于物体具 16 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 有三维空间属性，从而照射到物体不同部位的光具有不同的飞行时间，被焦平面探测器阵列 探测，输出为具有深度信息的 “三维 ”图像 。 图 18： Flash 激光雷达 工作原理 资料来源： 汽车之心 ，安信证券研究中心 Flash 激光雷达也经历了小型化发展历程，所占空间从起初的车厢级 到办公桌级，再到现在 的厘米级，这都得益于紧凑型激光器阵列、探测器阵列的发展。 图 19： Flash 激光雷达小型化历程 资料来源：固态激光雷达研究进展，陈敬业，时尧成，安信证券研究中心 2.3.2.4. OPA 固态激光雷达：产品小型化，无需机械扫描 高系统集成度的光学相控阵技术 （ OPA） 能够满足激光雷达在无人驾驶、无人机等领域全固 态、小型化的发展需求。激光器功率均分到多路相位调制器阵列，光场通过 光学天线发射， 在空间远场相干叠加形成一个具有较强能量的光束。经过特定相位调制后的光场在发射天线 端产生波前的倾斜，从而在远场反映成光束的偏转，通过施加不同相位，可以获得不同角度 的光束形成扫描的效果，无需机械扫描。 17 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 20： OPA 激光雷达工作原理 资料来源： 固态激光雷达研究进展，陈敬业，时尧成， 安信证券研究中心 2.3.2.5. 浅显之见：机械式已进入量产阶段，固态式通过车规认证 激光雷达产业自诞生以来，紧跟底层器件的前沿发展，呈现出了 迭代速度快，技术愈发多样 化的特点 。 当前 激光雷达厂商不断引入新的技术架构，提升探测性能并拓展应用领域：从单 点激光雷达到单线扫描激光雷达， 再到 无人驾驶技术中获得广泛认可的多线扫描激光雷达， 进而 技术方案不断创新的固态式激光雷达、 FMCW 激光雷达，以及如今芯片化的发展趋势， 激光雷达一直以来都是新兴技术发展及应用的代表。 表 6： 激光雷达技术方案 分类 名称 技术特点 机械式激光 雷达 高线数机械式 方案 通过电机带动光机结构整体旋转的机械式激光雷达是激光雷达经典的技术架构，其 技术发展的创新点体现在系统通道数目的增加、测距范围的拓展、空间角度分辨率 的提高、系统集成度与可靠性的提升等。 半固态式激 光雷达 转镜方案 转镜方案中收发模块保持不动，电机在带动转镜运动的过程中将光束反射至空间的 一定范围，从而实现扫描探测。转镜也是较为成熟的激光雷达技术方案，其技术创 新体现之处与高线数机械式方案类似。 微振镜方案 微振镜方案采用高速振动的二维振镜实现对空间一定范围的扫描测量。微振镜方案 的技术创新体现在开发口径更大、频率更高、可靠性更好振镜，以适用于激光雷达 的技术方案。 固态式激光 雷达 OPA 方案 OPA 即光学相控阵技术，通过施加电压调节每个相控单元的相位关系，利用相干原 理，实现发射光束的偏转，从而完成系统对空间一定范围的扫描测量， OPA 技术取 消了机械运动部件，是纯固态式激光雷达的一种发展方向。 电子扫描方案 电子扫描方案中按照时间顺序通过依次驱动不同视场的收发单元实现扫描，系统内 没有机械运动部件，是纯固态激光雷达的一种发展方向