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'汽车产业链系列研究报告（一）——激光雷达二零一八年四月刘海涛 目录一、行业概况三、市场概况二、技术分析四、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 智能设备发展阶段目前阶段道路是结构化程度很高的非结构化环境人的参与度有人→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 环境感知系统环境感知系统直观视觉：摄像头、高速相机系统中唯一视觉传感器环境模式视觉（深度）：3D激光雷达、双目摄像头非人工输入智能传感器位置传感器激光测距、2D激光雷达、毫米波、超声波、GPS激光雷达凭借其探测距速度传感器惯性导航、陀螺仪、GPS……离远、精确度高的特点成为自动驾驶环境感知力觉传感器压力传感器……系统是最不可或缺的一个，但又因为其环境适触觉传感器光学、电容、电阻、划觉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由于时间差极短，适合较长距离测量，精TOF（TimeOfFlight）节点间的距离，也叫做脉冲法。度偏低，但不需要目标配合。需要目标配合，但是可以测量几十米到上相位差法测距bailaibailai……万米距离，且精度可达毫米级。需要目标配合，适合微小距离测量，精度干涉法测距bailaibailai……极高，测量环境苛刻。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精度为亚毫米级，适用距离为几米到十几三角法测距位置偏差，利用三角函数计算反射物距离。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距离测量、定位河道、航道、标杆、电信、地质测量、军用（激光测距仪）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、物流清洁无人驾驶激光引导AGV是普通AGV的进一步升扫地机器人是激光雷达技术家用化的目前以自动驾驶系统训练为主要应用，级产品，体现出比传统AGV更智能化典型代表。但与一般的小家电产品相测试市场为主的情况下，对产品的标简述的特点。行业有一定价格敏感性。目同，该行业价格敏感度很高，加之单准化成都要求不高，耐用性和可靠性前国内厂商多采用进口产品，价格较线激光雷达技术门槛较低，因此普遍要求也不高，价格敏感度低，目前全贵，进口替代市场有一定机会。售价在300元左右。球市场主要被VELODYNE主导。 目录一、行业概况三、市场概况二、技术分析四、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固态在不同的使用场景中需探测机械式激光雷达可以提供线数直接决定点云密度，更的目标物距离不同。智能设可以提高深度信息精度，影360度激光扫描信息，但理意义大的点云密度有利于减少漏备的响应速度也对发现目标响建模准确性。论上固态激光雷达可靠性更报。物的时间提前量有不同要求。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、位置测量自动驾驶目前自动驾驶用激光雷达最由于之前的固态激光雷达探多线激光雷达目前分为4线、厘米级的误差已经可以满足常见的探测距离是200米以测距离通常在60米，无法8线、16线、32线、64线。自动驾驶领域使用，在民用现状内。扫地机器人对该指标要满足自动驾驶要求，个别厂商可以小批量生产领域，已经不以精度为主要求比较低，通常10-20米可自动驾驶领域激光雷达目前128线。追求目标。以满足需求。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优点缺点扫描速度快；结构笨重：接收视场小；由于内部光路结构，反可承受高的激光功率。射信号接收比低；装调工作量大。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。 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MEMS（Micro-Electro-Mechanical体积小System），微机电系统，指尺寸在几毫米宏观结构简单乃至更小的高科技装置。耐用、可靠性强功耗低常见的产品包括MEMS加速度计、微马达、缺点微泵、微振子、MEMS光学传感器、半导体工艺难度MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪等以及太大它们的集成产品。材料可选范围小 机械or固态——光学相控阵激光雷达（OPA，OpticalPhasedArray）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军用毫米波相控阵雷达QuanergyS3程序实现随机空域扫描。优点缺点扫描速度快：一般都可以达到MHz量级以上；制造工艺难度较大：阵列单元尺寸必须不大于半个波长，一扫描精度或指向精度高：千分之一度量级以上；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可控性好：除对目标区域进行高密度的扫描外，在其它区域必须不大于500纳米。也能进行稀疏扫描。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）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。优点缺点德国大陆FLASH面阵激光雷达纯固态激光雷达：没有任何机械传动受限于目前芯片技术水平，目前结构；还是应用在非车辆级别；成像速度快；扫描距离问题一直是瓶颈，由于成本低：集成度很高，在批量达到一是多发射器同时发射脉冲激光，定水平后，成本会很低。因此模块功率很难升上去；非离散采：改善了感知系统对环境的空间理解能力。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机械式：9家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MEMS：10家速腾聚创中国2014东方富海、复星锐正、北汽产投16、32、64线机械式、MEMS、OPAflash面阵：5家北醒光子中国2015IDG、沃勒斯机器人、顺为flash面阵OPA：3家禾赛科技中国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 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核心元器件软件算法模块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激光器光电探测器主要类型●滨松●SensL●Osarm●STM●Sens-Tech●夜视集团●Excelitas●Aurea●Firstsensor●固体激光器●半导体激光器●气体激光器放大器●亚德诺●德州仪器●Intersil●美信●Qorvo●滨松●Lumentum●光迅科技●ams●昂纳科技●安森美●思佳讯●微芯●盛邦微电子●Manlight●Finsar●Osram●富士通●IIVI模数转换器●Coherent●华芯科技●CirrusLogic●美信●云芯微●时代民芯●NEC●亚德诺●Wolfson●瑞萨●德州仪器扫描器及光学组件FPGA●Xilinx●Actel●国微电子●华微电子●Altera●Atrnel●智多晶●广东高云●Lettice●Avago扫描镜、旋转电机窄带滤光片●水晶光电●VIAVI●知微传感●微奥●Alluxa位置和导航系统●Lemoptix●滨松GPSIMU●Microvision●STM准直镜头●霍尼韦尔●北斗星涵●博世●村田●松下●Maradin●Opus●Heptagon●迈得特●GARMIN●天位领航●STM●亚德诺●NXP●Mirrorcle●创微●福晶科技●TomTom●路导明图●应美盛●美新 目录一、行业概况三、市场概况二、技术分析四、企业概况 传统传感器市场格局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，或将在不远的将来改变市场格局。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。 传感器将是汽车产业增长的主要贡献者近年来，全球汽车的销售量预计将仅增长3%，但预计截至2022年，汽车传感器出货量的平均增长率将在未来五年达到8%以上，销售额增长将超过14%。这主要得益于毫米波雷达、摄像头以及激光雷达高价值传感器模块日益广泛的应用。2016年，全球汽车MEMS和传感器市场规模预计为110亿美元，到2022年预计可增长至230亿美元。到2022年这三块市场预计将分别增长至77亿美元、62亿美元和14亿美元。从长期来看，电动汽车的到来，将极大地改变压力传感器和磁传感器在汽车内的数量和部署。电气化越高的汽车，意味着需要更多的磁传感器来监测电池及实现各种定位以及对运动部件的探测。 激光雷达行业发展趋势客户分为测试客户和整车客户，二者关注点整车厂对激光雷达的看法不同，测试客户是目前的主要客户群体，而机械式激光雷达只在造型上就无法接受。工程车可以不用过多考虑外观而整车客户还需要产品达到车规级要求，并且得到应用，但乘用车还是会优先考虑固态的激光雷达。自动驾驶民用市场启动后才能释放需求。目前机械式雷达的平均的失效时间仅1000-3000小时，难以达到整车厂们纵观全球顶级汽车厂，都有既定的第一批的最低要求的13000小时。LEVEL3以上功能量产车下线时间（SOP–相控阵的特性非常突出，但它从概念性产品到工业级产品，再到可量产化StartofProduction），从2019-2022不等。的产品还需要一定的时间。因此目前的观点是偏向于MEMS激光雷达。整车厂对成本控制极其严格，几百美金是他未来基于MEMS的激光雷达，成本可能会在千元左右，可以很好的缓冲传们能接受的价格上限。统机械式雷达的价格昂贵，以及相控阵纯固态LIDAR短时不能落地的尴尬。整车厂要求产品满足苛刻的车规认证，只要FLASH也是一种选择，但是由于其探测距离的先天不足，目前已经不是最一条不满足，整车厂都不会承担这个风险。优选择。由于这些条件的限制，他们往往只能考虑固从国外几家主要LiDAR企业的产品路线来看，不难看出，大家发力点都瞄态激光雷达。准在固态，毕竟小型化、低成本、可靠性高是未来自动驾驶领域的趋势。 目录一、行业概况三、市场概况二、技术分析四、企业概况 全球激光雷达主流厂商厂商国别成立时间主要投资机构最新融资情况Velodyne美国1983百度、福特、1.5亿美元，估值4.5亿美元Quanergy美国2012三星、德州仪器、马斯克、戴姆勒、德尔福2016年7月，9000万美元，估值15.9亿美元速腾聚创中国2014东方富海、复星锐正、复星坤正、北汽产投2018年4月，约1.5亿元人民币，估值2.5亿美元北醒光子中国2015IDG、沃勒斯机器人、顺为、凯辉汽车基金2018年2月，最近一轮未透露具体信息禾赛科技中国2013远瞻资本、磐谷创投、百度、高达投资、将门创投2017年5月，1.1亿元人民币，估值不详北科天绘中国2005联想之星、云晖资本、starvc2017年12月，1.2亿元人民币，估值10亿光珀智能中国2013浙江金控目前正在融A轮，天使轮不详LeddarTech加拿大2007BDC、Venturecapital、欧司朗、德尔福IBEO德国2009采埃孚T1收编Luminar美国20121517fund、GVAcapitalInnoviz以色列2016ZoharZisapel、三星、软银Cepton美国2016……Innovusion美国2016……OrixyVision以色列2009BessemerVenturePartnerTetraVue美国2008Nautilars、三星、RobertVenture、富士康镭神智能中国2015招商、北极光、达晨、如山2017年12月，近亿元人民币，估值不详Ouster美国2015CoxEnterprisesStrobe美国2014通用 机械式——VelodyneVelodyne公司位于美国硅谷，成立于1983年，最早以音响业务起家，随后业务拓展至激光雷达等领域。其研发的机械旋转式激光雷达在车载激光雷达领域占据统治地位，后续推出混合固态（核心还是转动）的产品，正在逐步研发全固态激光雷达。2016年Velodyne将核心业务激光雷达部门剥离，成立新公司VelodyneLiDAR。当年，该子公司获得百度与福特公司及其他跟投者共计1.5亿美元投资，估值4.5亿美元。2017年收入1.5亿美元左右。Velodyne公司后续产品在俯仰方向（垂直于水平面方向）均采用了电子扫描技术，在方位方向（水平方向）采用机械360度旋转扫描。技术路线已经从机械式逐步转向MEMS，但全固态LiDAR的产品暂时还没看到。 OPA——QuanergyQuanergy公司成立于2012年。2014年推出其第一款产品M8-1，并在奔驰、现代等公司的实验车型上得到应用，从而快速进入投资人视野。该公司于2016年获得1亿美金的B轮融资，由德州仪器领投，中国投资方金浦投资参与跟投。至此，其股东阵营中已经有三星电子、埃隆·马斯克、德尔福和德州仪器等。产品线：M8采用8个2D线性激光扫描器，属于机械式LiDAR。后来相继发布的产品都开始走固态路线。S3号称是全球首款全固态LiDAR，采用了光学相控阵技术，预计规模量产后有望将传感器的价格降低至250美元以下。S3-Qi可广泛应用于无人机、智能机器人、安防、智能家居及工业自动化应用。 首上量产车——IBEOIbeo公司成立于1998年，早期产品“IbeoMotiv”与Velodyne全家桶一样是360度整体旋转。2017年新款奥迪A8在车前脸安装了Ibeo的激光雷达——ScaLa。这也使Ibeo成为全球第一个拥有车规级激光雷达的企业。2000年，该公司曾经被并入SICKAG（工业激光雷达企业），2009年独立。2016年知名T1采埃孚收购了Ibeo公司的40%股份，后续产品开发还有另一家T1法雷奥的配合。ScaLa的方案为固定光源和接收器，只有一个转镜旋转，类似Velodyne的混合固态方案。2017年，Ibeo也推出了自己的全固态激光雷达A-Sample样机。该样机技术方向未对外公布，但从300米探测距离的技术参数看，可以排除FLASH的可能性。 国内激光雷达赛道选手飞芯电子在毕马威发布的《2017中国领先汽车科技企业50》报告中一共入选四家激光雷达企业。 速腾聚创速腾聚创(RoboSense)成立于2014年，位于深圳南山区科技园。是目前唯一一家Velodyne承认对其造成较大冲击的车载激光雷达企业。目前该公司批量出货产品为16线机械式激光雷达，2017年出货超过1000台。该公司等效200线的mems产品将在2018年内完成车规测试。OPA也将在年内推出demo。该公司目前股东包括复星、北汽产投、东方富海等知名投资机构和产业资本。本轮融资结果将在本月公布，投资方以产业资本为主，估值为2.5亿美元。年内可能会加开一轮。速腾聚创以算法和mems核心器件研发能力为核心竞争力。目前已经将mems的算法硬件化，并针对不同需求客户开发多种产品形态。公司拥有独立的mems和OPA团队。其mems产品性能在2017年ces展会中是最好的，目前正在和整车厂合作进行车规测试。如果OPA产品在年内推出demo，其进展速度将会超越innoviz。 禾赛科技禾赛科技2013年成立，成立初期位于美国硅谷，次年将总部搬至中国上海。除激光雷达外，还有激光甲烷遥测仪产品。其研发的机械旋转式激光雷达基本与Velodyne一致。禾赛机械式激光雷达目前出货数据不详，但是从其他竞争对手处了解到其一直宣称的客户，如京东物流，实际订单也并未下给禾赛。2017年5月，禾赛宣布获得了由高达投资（PagodaInvestment）领投，将门创投、磐谷创投及远瞻资本跟投的共计1.1亿元的A轮融资。禾赛科技是目前百度阵营第二家激光雷达厂商，并与百度共同发布了自动驾驶开发者套件“Pandora”。禾赛科技已经在开发固态，但是并未选择已知的三种技术路线，而是独立开发ZOLO技术。 北科天绘北京北科天绘科技有限公司成立于2005年，官网宣称其为目前国际上唯一具备测量型、导航型两大类激光雷达研制能力的企业。2015年进入自动驾驶领域，并在2016、2017连续推出16、32、64线机械式激光雷达。2017年12月，北科天绘在自动驾驶汽车热潮的加持下，获得云晖资本、STAR-VC等共计1.2亿人民币投资，投后估值10亿元人民币。与大多数一开始即瞄准自动驾驶的同行不同的是，北科天绘早期产品全部集中在非汽车领域。包括测绘、无人机、机器人避障等应用方向。其Flash面阵技术颇为成熟，但技术指标不符合汽车领域要求。 谢谢'