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【如山洞察】重磅!市场规模将超百亿?激光雷达行业加速发展

admin 汽车零件 2021-01-13 02:38:16 14 0

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星辉app【总代QQ223345】原标题:【如山洞察】重磅!市场规模将超百亿?激光雷达行业加速发展

导语

激光雷达应用市场定义包含先进驾驶辅助系统、自动驾驶、产业、运输与智慧城市。其中在高级别自动驾驶领域中,激光雷达是目前各大无人车企的唯一传感器解决方案,在其竞争技术视觉神经网络算法突破之前将持续独占该地位。根据沙利文预测 2020~2025 年车载激光雷达市场复合增速将达到 80.89%,到 2025 年市场规模将达到 35 亿元。2021 年激光雷达行业有望加速发展,当前行业处于规模商用及渗透率快速提升的前夜。

如山资本投资的深圳市镭神智能系统有限公司(简称“镭神智能”)是全球领先的激光雷达及整体解决方案提供商,打造了市面最齐全的激光雷达产品矩阵,服务覆盖无人驾驶及汽车辅助驾驶、智慧交通、机器人、物流、安防、测绘、港口和工业自动化等八大产业生态圈。

激光雷达是一种向被测目标发射探测信号,然后测量反射或散射信号的到达时间、强弱程度等参数,以确定目标的距离、方位、运动状态及表面光学特征的雷达系统。

激光雷达的优点包括

① 具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率;

② 抗干扰能力强;

③ 获取的信息量丰富,可直接获取目标的距离、角度、反射强度、速度等信息,生成目标的多维度图像;

④ 可全天时工作。相比于毫米波雷达,激光雷达可实现对人体的探测,相比于摄像头,激光雷达的探测距离更远。

激光雷达的测距原理可以分为 ToF 和 FMCW,前者在产业链成熟度上更领先,成为当前市场上主要采用的方法。 两种方法具体的特点如下:

1、ToF:飞行时间法,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,具有相应速度快、探测精度高的优势。

2、 FMCW:相干测距法,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排频得到频率差,从而间接获得飞行时间反推目标物距离,其中调频连续波是相干法中面向无人驾驶应用的主要方法。

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针对 ToF 原理,从技术实现路径上,激光雷达可以分为机械式、混合固态和纯固态。

图表1. 车载激光雷达发展路线图

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图表2. 不同技术路线激光雷达优缺点比较

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一个激光雷达包括四大要素:分别为测距原理、光束操纵方法、光源以及探测器。在此基础上,不同技术路线是以上相关元素的组合。

图表3. 车载激光雷达四大组成要素

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01

激光雷达类型

1)机械式激光雷达

具体是指发射系统和接受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受信息的目的。

机械式激光雷达的优点是结构设计相对简单,易于实现商业化。2012 年谷歌展示的无人车上使用的便是由Velodyne 提供的机械式激光雷达。

图表4. 谷歌无人车示意图

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根据竖直方向上发射单元的数量,机械式激光雷达可以分为不同线束,常见的包括 4 线、 16 线、32 线、64 线和 128 线。线束越高的激光雷达能够更全面的反应物体特征,但制造难度和成本也将提升。

此外,机械是激光雷达依靠机械组件实现水平方向的扫描,这些旋转部件,如齿轮、马达等,容易产生磨损,影响雷达精度,因此需要定期维护。

成本较低的 16 线激光雷达,还不能达到自动驾驶汽车全场景应用的标准,而 64 线较高的价格也难以支撑其规模化量产。以 16 线激光雷达为例,其探测距离为 100 米,测量精度为±3 厘米,在高速运行场景下,较短的端侧距离导致其安全隐患较为突出。通过提高线束可以提升探测距离,提高安全性,但另一方面,价格也将大幅提升。

2)混合固态激光雷达

根据咨询机构麦姆斯的定义,所谓“混合固态”是指对采用半导体“微动”器件——MEMS扫描镜在微观尺度上实现LiDAR 发射端的激光扫描方式。

混合固态激光雷达相比于机械式激光雷达,其优点体现为,采用MEMS 微振镜替代了机械式产品中的宏观扫描仪,利用MEMS微振镜可将机械部件集成到单个芯片,并借助半导体工艺生产,降低成本和产品体积。

图表5. MEMS 微振镜工作原理

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图表6. MEMS 微振镜工作原理

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相比于机械式激光雷达,混合固态激光雷达在体积、成本端皆有优势,但由于 MEMS 微振镜技术门槛较高,供应量相对不成熟,且 MEMS 微振镜对于振动敏感,需要研究隔离振动技术。

3)固态激光雷达

固态激光雷达是指完全没有移动部件的激光雷达,根据技术路线,主要包括光相控阵(OPA)和 Flash 两种。相比于前两种, 固态激光雷达的优点包括:数据采集速度快、分辨率高,对于温度和振动的适应性强,通过波束控制,探测点可以任意分布。

OPA 固态激光雷达

OPA,全称激光相控阵技术。工作时,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。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。

相控阵利用的是波的干涉效应,多个波相互叠加时,有的方向增强,有的方向抵消,通过天线的相位差控制主光束的角度,进而实现扫描的功能。

图表7. OPA激光雷达工作原理

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其优点在于

①尺寸小,无需旋转部件,在结构和尺寸上可大大压缩,提高使用寿命并使其成本降低。

②扫描精度高,光学相控阵的扫描进度取决于控制电信号的精度,理论上可以达到千分之一度量级以上。

③可控性好。

④扫描速度快。

其劣势包括

①扫描角度有限,无法实现 360°扫描。

②旁瓣问题,在一定程度上分散了激光的能量。

③加工难度大。

④接收面大、信噪比较差:传统机械式激光雷达只需要很小的接收窗口,但固态激光雷达需要一个接收面。

Flash 固态激光雷达

Flash 激光雷达不用像 MEMS 或者 OPA 的方案去进行扫描,原理是在短时间内发射出一大片覆盖探测区域的激光,再以高度灵敏的接收器来完成对于环境图像的测绘。

根据激光光源的不同,Flash 激光雷达可以分为脉冲式和连续式,前者可实现远距离探测(100 米以上),后者主要用于近距离探测(数十米)。Flash 激光雷达的性能主要取决于焦平面探测器阵列的灵敏度。目前对于远距离探测需求,需要使用到雪崩型光电探测器。

Flash 激光雷达的优势在于能够快速记录整个场景,避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦。其缺点在于光子预算,一旦传播距离超过几十米,返回的光子太少,导致无法进行可靠的探测。

图表8. Flash激光雷达工作原理

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02

市场规模有望突破百亿美元

激光雷达(LiDAR)下游应用领域包括先进驾驶辅助系统(ADAS)、自动驾驶(Autonomous Vehicle)、产业(Industry)、运输(Delivery)与智慧城市(Smart City)等。

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TrendForce集邦咨询指出,从车用激光雷达来看(先进驾驶辅助系统与自动驾驶),尽管2020年全球汽车产业受疫情冲击,然汽车大厂持续推出新能源车款, 在高阶传统车与新能源车搭配ADAS系统,其中激光雷达是等级4~5自动驾驶汽车的必备传感器,车厂透过搭载激光雷达藉以累积数据库与提升精准度。除此之外,车用激光雷达也应用于无人巴士(Autonomous Bus)、无人驾驶出租车(Robo-Taxi)与货车,预期车用激光雷达产值将于2025年达到24.34亿美元。沙利文预计在 2025 年全球市场规模有望达到 35 亿美元,2020~2025 年复合增速为 80.89%。

目前全球主要相关厂商包含Velodyne、Valeo、Quanergy Systems, Inc.、ibeo、Continental、LeddarTech、INNOVIZ、HESAI 禾赛、 LeiShen 镭神智能Luminar等;激光雷达雷射主要厂商为 OSRAM、Laser Components、Excelitas 与 Hamamatsu。

从物流运输面来看,随着电子商务蓬勃发展,电商与快递公司为降低最后一哩的运送成本与提升效率,选择透过无人送货机、自行车快递员、自动驾驶货车等工具,具备自动导航和自主决策功能的配送机器人需求逐步增加,目前主要推动的电商公司为Alibaba、Amazon、FedEx、京东等。

从产业自动化来看,工业自动化市场发展同样因疫情导致发展不如预期,多数厂商考虑到预算而递延原先发展计划。然仍有部分厂商考虑到未来人力短缺问题,反而加大力度。历经2020 年的发展递延,预期欧美市场将有望在2021年第三季开始大幅拉升工业自动化需求。整体而言,TrendForce集邦咨询预估至2025年产业与物流运输的激光雷达市场产值可达4.69亿美元,目前全球主要产业与运输的激光雷达厂商包含SICK、Hokuyo、OMRON、Velodyne等。

图表9. 激光雷达应用市场规模(单位:百万美元)

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图表10. 激光雷达市场供应链(上下游关系)

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Gartner 2019 年汽车电子技术成熟度曲线显示,以 MEMS 激光雷达为代表自动驾驶硬件在经历触发期和期望膨胀期后,产业链逐渐走向成熟。

Gartner 预测,从 2020 年起具有L3 级自主驾驶硬件能力的车辆将被广泛生产,光探测和测距(LiDAR)等传感器技术主要用于实现自动驾驶,将是未来 5 年内汽车产业普及的元器件,助力自动驾驶成熟。今年以来激光雷达产业正在发生积极的变化,2021 年行业或迎来加速发展期。

图表11. Gartner 2019 年汽车电子技术发展曲线

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03

巨头车企加入,加速产业成熟

激光雷达作为实现高阶自动驾驶的关键技术,受到来自两大阵营的关注度在持续提升。具体体现为:

① 越来越多的传统车企以及造车新势力表示,将在其后期量产车型中使用激光雷达技术;

② 以华为为代表的科技巨头推出激光雷达相关产品,产业生态持续拓展,加速激光雷达产业成熟。

车企扎堆在 2021 年展示激光雷达相关技术。宝马规划,将采用固态激光雷达系统,用在其自动驾驶汽车上,并于 2021 年投入生产,该技术将由以色列公司 Innoviz(未上市)和汽车供应商 Magna(MGA US)合作提供。

此外,蔚来(NIO US)表示将在 2021 年成都举行的 NIO DAY 上发布旗下首款纯电动轿车,同时也将展示蔚来的激光雷达技术。

小鹏汽车(XPEV US)在 2020 年 11 月 20 日举办的广州国际车展开幕式上,创始人何小鹏表示,将在下一代自动驾驶架构中使用激光雷达技术。车企加速引入激光雷达技术,对于产业链的成熟将产生重要的推动。

图表12. 主要车企激光雷达技术进展

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海外从事激光雷达的公司主要包括 Velodyne、Luminar、Innoviz、Aeva、Ouster 等,近期,相关公司相继规划通过 SPAC(SpecialPurpose Acquisition Company)方式上市,海外激光雷达公司加速资产证券化进程,有望借助资本市场力量加速自身业务发展,推动产业成熟。

图表13. 海外激光雷达公司资产证券化进展

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04

激光雷达产业链梳理

全球激光雷达产业链下游为车企,中游为激光雷达整机厂商,上游为芯片供应商。全球激光雷达产业链主要公司梳理如下表所示:

图表14. 全球激光雷达产业链主要公司梳理

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05

激光雷达领先企业:镭神智能

全球领先的激光雷达及整体解决方案提供商镭神智能自成立以来坚持致力于以稳定、可靠的激光雷达环境感知技术赋能产业升级。凭着深厚的科研实力,镭神智能成为广东省科技厅唯一认定的“广东省激光雷达工程技术研究中心”,以完整的研产销一体化经营体系,打造了市面最齐全的激光雷达产品矩阵,不仅是全球唯一一家同时掌握了TOF时间飞行法、相位法、三角法和调频连续波等四种测量原理的激光雷达公司,也是国内唯一 一家自主研发出激光雷达专用16通道TIA芯片、激光雷达自动化及半自动化生产线、1550nm光纤激光器的激光雷达公司。

图表15. 镭神智能产品图

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图表16. 镭神智能车路协同路侧感知系统

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2020年虽受新冠疫情影响,汽车行业推动自动驾驶进程减缓,但镭神智能不仅逆势增长,技术持续突破业界瓶颈,推出了一个又一个激光雷达新品,并在自动驾驶、车路协同、智慧交通、轨道交通、AGV/无人叉车、桥梁防撞、测绘、安防等多个领域继续得到了进一步的深入拓展, 同时还有CH32线混合固态激光雷达成为中国首个成功通过车规检测的激光雷达、HS1高速扫描激光雷达成为中国首个通过公安部质量检测的激光雷达、以及成功拿下国际汽车质量管理体系IATF16949:2016认证等等捷报频传,于近日再度收获了来自业界多个权威咨询机构、行业协会和媒体的十余项重磅荣誉认可!

图表17. 镭神智能频频斩获多项荣誉

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资料来源:

① 智车行家,《2021激光雷达产业链技术分析报告》

② TrendForce集邦,《估2025年激光雷达市场规模将达29亿美元,ADAS与自动驾驶为主流应用领域 | TrendForce集邦咨询》

③ 镭神智能官网:https://www.leishen-lidar.com

星辉app探测规模重磅技术发射市场目标
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