激光雷達(dá)(LiDAR)其實(shí)是一種主動(dòng)式傳感器，通過發(fā)射激光束并接收其反射信號(hào)來感知周圍環(huán)境距離。可以把它想象成黑暗中用閃光燈照物體并“聽”回聲定位，LiDAR發(fā)射光脈沖，然后記錄激光從發(fā)出到被障礙物反射回來的時(shí)間間隔(飛行時(shí)間)。因?yàn)楣馑僖阎瑫r(shí)間越長，距離越遠(yuǎn)。就像蝙蝠發(fā)出超聲波聽回聲定位一樣，LiDAR發(fā)射的是光波。當(dāng)前大多數(shù)車載LiDAR采用的“飛行時(shí)間法”(Time-of-Flight，ToF)，也就是通過發(fā)射極短激光脈沖，測(cè)量脈沖返回所需時(shí)間即可算出距離。還有一種前沿技術(shù)是“調(diào)頻連續(xù)波”(FMCW)，它通過不斷改變發(fā)射光的頻率，不僅能算距離，還能直接測(cè)出物體相對(duì)速度(類似警用雷達(dá)測(cè)車速的原理)。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，ToF響應(yīng)速度快、精度高、應(yīng)用成熟;FMCW抗干擾性好、可測(cè)速度，但技術(shù)更復(fù)雜、成本更高。

　　為了“看”到360°的視野，LiDAR要用不同方式掃描周圍空間。目前的掃描方案主要分為機(jī)械旋轉(zhuǎn)式、混合式和純固態(tài)三大類。機(jī)械旋轉(zhuǎn)式LiDAR(如早期Velodyne產(chǎn)品)由電機(jī)帶動(dòng)掃描單元旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)全方位掃描，優(yōu)點(diǎn)是角度覆蓋全面，缺點(diǎn)則是體積大、重量重、壽命有限。混合式(半固態(tài))LiDAR則只讓部分光學(xué)部件運(yùn)動(dòng)，通過小范圍移動(dòng)的微鏡(如MEMS振鏡)或轉(zhuǎn)鏡，兼顧掃描速度與體積成本。純固態(tài)LiDAR則完全沒有活動(dòng)部件，常見方案包括光學(xué)相控陣(OPA)和Flash(閃光)掃描，相控陣在單芯片上通過調(diào)節(jié)多束激光間的相位差來改變發(fā)射方向，無需機(jī)械運(yùn)動(dòng);Flash則一次性發(fā)射一大片激光覆蓋探測(cè)區(qū)域，再通過接收陣列一次性“拍照”整個(gè)場景。純固態(tài)LiDAR內(nèi)部沒有任何運(yùn)動(dòng)部件，體積小、耐振性好，但目前技術(shù)要求高、尚在突破階段。

　　激光雷達(dá)發(fā)展歷程

　　激光雷達(dá)的應(yīng)用始于激光發(fā)明后的20世紀(jì)60年代，并很快被應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。70年代末的美國阿波羅15號(hào)月球任務(wù)就攜帶了激光高度計(jì)測(cè)距。然而直到80年代后期，LiDAR才開始在商業(yè)和科研領(lǐng)域普及，被應(yīng)用到飛機(jī)和衛(wèi)星對(duì)地形進(jìn)行3D掃描測(cè)繪等場景中。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著自動(dòng)駕駛和機(jī)器人技術(shù)的興起，LiDAR進(jìn)入加速發(fā)展階段。2005年，Velodyne公司推出了首款64線機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，用于DARPA自動(dòng)駕駛競賽，其單臺(tái)重量高達(dá)13公斤、售價(jià)約8萬美元。雖然性能強(qiáng)勁，但如此高昂的成本和笨重的硬件也激發(fā)了業(yè)界對(duì)更小型固態(tài)LiDAR的需求。

　　2010年代可謂LiDAR技術(shù)的“戰(zhàn)國時(shí)代”。2016年美國CES展會(huì)上，美國Quanergy公司發(fā)布了固態(tài)LiDAR原型S3(宣傳成本僅200美元);兩年后中國的速騰聚創(chuàng)(RoboSense)推出了第一代半固態(tài)LiDAR M1，先后在Lucid Air和小鵬G9等車型上使用，并連續(xù)兩年獲得CES創(chuàng)新大獎(jiǎng)。這一時(shí)期出現(xiàn)了大量初創(chuàng)公司，有的前景光明(如速騰聚創(chuàng))、有的因技術(shù)或資金問題黯然退場(如押注光學(xué)相控陣但量產(chǎn)受限的Quanergy)。總體來看，這十年LiDAR技術(shù)路線百花齊放，MEMS振鏡、微型轉(zhuǎn)鏡、光學(xué)相控陣、Flash直發(fā)等等各領(lǐng)風(fēng)騷，但真正能量產(chǎn)落地的產(chǎn)品主要集中在成熟路線或過渡方案上。

　　進(jìn)入2020年代，自動(dòng)駕駛商業(yè)化拉動(dòng)了LiDAR需求暴增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2018年以來全球已有約120款量產(chǎn)車型搭載了LiDAR。中國車企率先將LiDAR從高端擴(kuò)展到普通乘用車，推動(dòng)2024年ADAS市場規(guī)模同比增長68%。最新預(yù)測(cè)顯示，2025年全球車規(guī)級(jí)LiDAR裝車量將突破300萬輛。中國廠商更是迅速崛起、批量化量產(chǎn)，2024年12月禾賽科技單月交付量首次突破10萬臺(tái);速騰聚創(chuàng)2023年第四季度出貨超過15萬臺(tái)，全年近25萬臺(tái)。市場研究報(bào)告指出，截至2024年，禾賽、速騰聚創(chuàng)、華為和圖達(dá)通等四家中國企業(yè)已經(jīng)控制了約88%的全球汽車級(jí)LiDAR市場份額。

　　激光雷達(dá)主要類型

　　按測(cè)距原理劃分：飛行時(shí)間法(ToF) vs調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)

　　飛行時(shí)間法(ToF)是傳統(tǒng)方法，發(fā)射極短激光脈沖并測(cè)量來回時(shí)間，計(jì)算距離，精度高、實(shí)現(xiàn)簡單。調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)則讓激光頻率線性變化，測(cè)量信號(hào)頻率偏移，直接算出距離和速度，類似警用雷達(dá)。目前車載LiDAR多采用ToF，部分系統(tǒng)在試驗(yàn)FMCW以獲取更強(qiáng)抗干擾性及直接測(cè)速度的能力。

　　按掃描方式劃分：機(jī)械旋轉(zhuǎn)式vs 半固態(tài) vs 全固態(tài)

　　機(jī)械旋轉(zhuǎn)式LiDAR(如Velodyne早期產(chǎn)品)通過電機(jī)帶動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)，可360°掃描周圍，角度覆蓋廣;但體積和重量大、易磨損。半固態(tài)(混合式)LiDAR僅讓部分部件(如微型轉(zhuǎn)鏡或振鏡)移動(dòng)，既能保持高速掃描又大幅減小體積和成本。全固態(tài)LiDAR沒有任何運(yùn)動(dòng)部件，通常采用MEMS微鏡、光學(xué)相控陣(OPA)或Flash一次性發(fā)射整個(gè)場景的方式。OPA在單芯片上通過調(diào)節(jié)多個(gè)激光發(fā)射元件的相位來變換光束方向;Flash LiDAR則像給整個(gè)區(qū)域打一次“閃光燈”，一次性捕捉環(huán)境信息。嚴(yán)格意義上只有OPA、Flash及其改進(jìn)版(二維可尋址閃光)才屬于全固態(tài)LiDAR。

　　按應(yīng)用場景劃分：短距/中距/長距LiDAR

　　短距LiDAR通常指探測(cè)距離幾十米、視場角寬廣，用于覆蓋車輛近距離盲區(qū);中距LiDAR探測(cè)百米級(jí)，用于城市環(huán)境感知;長距LiDAR探測(cè)數(shù)百米甚至更遠(yuǎn)，常見于高速場景。不同設(shè)計(jì)通過激光功率、接收器靈敏度和鏡頭大小等因素來權(quán)衡探測(cè)距離和視場。隨著激光器和探測(cè)芯片進(jìn)步，這些分類在同一產(chǎn)品線中可以兼顧實(shí)現(xiàn)，如一套LiDAR可通過多層垂直激光源同時(shí)實(shí)現(xiàn)中長距探測(cè)需求。

　　性能參數(shù)

　　探測(cè)距離

　　與激光功率和目標(biāo)反射率相關(guān)，現(xiàn)代汽車級(jí)LiDAR在理想條件下的遠(yuǎn)距可超過300米。955nm波長LiDAR常見于ADAS，成本低但距離有限;1550nm波長則能在雨霧中穿透更好、最長測(cè)距可達(dá)300米以上，但成本更高。

　　視場角(FOV)

　　旋轉(zhuǎn)LiDAR可實(shí)現(xiàn)360°水平視角，垂直視角通常在30°~60°，視具體設(shè)計(jì)而定。全固態(tài)LiDAR由于無機(jī)械旋轉(zhuǎn)，水平視角可設(shè)計(jì)為不連續(xù)的狹窄角度，多數(shù)覆蓋正前方較寬的范圍，用于前向感知。

　　角度分辨率與線數(shù)

　　水平角度分辨率受掃描頻率影響，可以達(dá)到0.01°級(jí);垂直分辨率取決于激光線數(shù)，常見16、32、64、128、192甚至更多線。線數(shù)越多，豎直方向的點(diǎn)云密度越高，能夠采集更細(xì)膩的三維細(xì)節(jié)。

　　點(diǎn)云率

　　指單位時(shí)間內(nèi)采集的點(diǎn)數(shù)量，現(xiàn)代LiDAR點(diǎn)云輸出可達(dá)千萬級(jí)點(diǎn)/秒。這一指標(biāo)綜合了線數(shù)、旋轉(zhuǎn)速率等，直接關(guān)系到掃描更新率和環(huán)境重建精度。最新一代LiDAR分辨率高就可以達(dá)2,400萬點(diǎn)/秒，極大提升了車輛對(duì)移動(dòng)物體和復(fù)雜環(huán)境的感知能力。

　　測(cè)距精度

　　典型汽車LiDAR的距離精度可達(dá)厘米級(jí)(誤差幾厘米)，這遠(yuǎn)優(yōu)于視覺攝像頭，滿足安全預(yù)警所需。精度主要受激光脈沖寬度和時(shí)鐘分辨率影響。

　　其它參數(shù)

　　包括激光安全等級(jí)(多為Class1級(jí)別，完全對(duì)人體安全)、功耗、壽命等。機(jī)械式LiDAR壽命通常數(shù)千小時(shí)，而固態(tài)LiDAR可達(dá)上萬甚至十萬小時(shí)。

　　激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛與具身智能領(lǐng)域的應(yīng)用

　　激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛和智能機(jī)器人領(lǐng)域具有不可替代的價(jià)值。它可生成高精度的3D點(diǎn)云，用來識(shí)別障礙物、行人、道路標(biāo)志等，并為路徑規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在高級(jí)駕駛輔助(ADAS)系統(tǒng)中，LiDAR常用于自動(dòng)緊急制動(dòng)(AEB)、前向碰撞預(yù)警(FCW)、自適應(yīng)巡航(ACC)等功能，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的距離監(jiān)測(cè)和緩速減速。自2018年以來全球已有約120款量產(chǎn)車型搭載了LiDAR。特別是近年來中國廠商擴(kuò)大了LiDAR在乘用車市場的應(yīng)用范圍，帶動(dòng)2024年ADAS領(lǐng)域LiDAR出貨量同比增長68%。

　　在完全自動(dòng)駕駛(Robotaxi)中，LiDAR更是核心傳感器之一。由于其不受光照條件限制(夜間性能不變)且能實(shí)時(shí)提供高分辨率的立體場景，許多自動(dòng)駕駛公司(如Waymo、百度Apollo)都在自動(dòng)駕駛測(cè)試車上配備了多個(gè)LiDAR。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)在城市復(fù)雜路況下的高階自動(dòng)駕駛，車輛往往需要布置多部LiDAR來覆蓋全方位環(huán)境。

　　自動(dòng)駕駛測(cè)試車配備了旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)(頂部白色圓柱形)和攝像頭。LiDAR生成的高密度點(diǎn)云幫助車輛“看”清前方和周圍障礙物，實(shí)現(xiàn)全局環(huán)境感知

　　具身智能技術(shù)的快速發(fā)展，則讓激光雷達(dá)需求更為火熱。許多服務(wù)機(jī)器人、物流搬運(yùn)機(jī)器人、清潔機(jī)器人(如掃地機(jī)器人)都采用LiDAR進(jìn)行環(huán)境掃描和定位(SLAM)，確保安全高效導(dǎo)航。速騰聚創(chuàng)指出，其產(chǎn)品已服務(wù)2800多家機(jī)器人客戶，用在無人機(jī)航測(cè)、自動(dòng)倉儲(chǔ)、安防巡檢等場景。隨著成本持續(xù)下降和批量產(chǎn)能提升，LiDAR正從豪華車選裝品向大眾市場邁進(jìn)。未來，LiDAR將與攝像頭和毫米波雷達(dá)一起構(gòu)建多傳感器融合系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)提升感知能力，并擴(kuò)展到更多應(yīng)用場景如智慧城市、無人機(jī)測(cè)繪、自動(dòng)化農(nóng)業(yè)等。

　　中國主要激光雷達(dá)廠商發(fā)展概況

　　禾賽科技(Hesai)

　　成立于2014年，總部上海，是國內(nèi)最早一批進(jìn)入車載LiDAR領(lǐng)域的企業(yè)。2023年2月，禾賽在美國納斯達(dá)克上市，成為“中國激光雷達(dá)第一股” 。公司產(chǎn)品線覆蓋短中長距離LiDAR，廣泛應(yīng)用于ADAS和自動(dòng)駕駛汽車。根據(jù)招股書數(shù)據(jù)顯示，禾賽2019-2021年LiDAR出貨分別為0.29萬、0.42萬和1.4萬臺(tái);2022年其推出半固態(tài)AT128和補(bǔ)盲F系列后，全年銷量猛增到8.04萬臺(tái)。2024年12月，禾賽單月交付量再次破10萬臺(tái)，成為全球首個(gè)月交付超過10萬臺(tái)的車載LiDAR公司。禾賽與20多家國內(nèi)外整車廠深度合作(包括比亞迪、理想等)，產(chǎn)品已定點(diǎn)數(shù)十款智能車型。值得一提的是，禾賽積極拓展海外市場，與奔馳、寶馬等國際車廠也有合作。

　　速騰聚創(chuàng)(RoboSense)

　　2014年成立于深圳，以激光雷達(dá)和機(jī)器人感知技術(shù)為核心。公司官網(wǎng)稱，速騰聚創(chuàng)已成為全球LiDAR市場占有率第一的企業(yè)，累計(jì)為2800多家機(jī)器人及相關(guān)產(chǎn)業(yè)客戶和310多家整車廠提供傳感器和解決方案。2024年1月5日，速騰聚創(chuàng)在香港交易所主板成功上市，股票代碼2498.HK。速騰聚創(chuàng)產(chǎn)品覆蓋短距到長距，如機(jī)械旋轉(zhuǎn)型M系列(M1/M2/MX等)和全固態(tài)E系列(E1/E2等)。公司2023年下半年業(yè)務(wù)爆發(fā)：2023年10月單月銷量首次突破3萬臺(tái)，第四季度累銷超過15萬臺(tái)，全年銷量近25萬臺(tái)。速騰聚創(chuàng)還自研了車規(guī)級(jí)LiDAR專用SoC芯片和大面陣探測(cè)芯片，用于其全固態(tài)產(chǎn)品線，代表國產(chǎn)進(jìn)步。

　　總的來看，中國廠商在激光雷達(dá)領(lǐng)域迅速崛起，已占據(jù)全球龍頭地位。據(jù)市場分析，截至2024年，速騰聚創(chuàng)、華為、禾賽科技、圖達(dá)通等四家中國廠商合計(jì)控制了約88%的全球車載LiDAR市場。隨著量產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、成本下降，中國LiDAR企業(yè)的優(yōu)勢(shì)將愈發(fā)明顯。未來幾年，預(yù)計(jì)智能汽車將標(biāo)配LiDAR，行業(yè)進(jìn)入“批量生產(chǎn)時(shí)代”，相關(guān)技術(shù)也將不斷優(yōu)化升級(jí)，為自動(dòng)駕駛和智能機(jī)器人開辟更廣闊的應(yīng)用前景。