2024年激光雷達專題報告：產(chǎn)業(yè)化加速_國產(chǎn)供應鏈迎來投資機遇1.激光雷達：從傳統(tǒng)科研、測繪應用，向自動駕駛延伸1.1一種優(yōu)秀的測距傳感器激光雷達（LightDetectionAndRanging，簡稱LiDAR）是一種利用激光束來計算物體到目標表面距離的傳感器。其通過向目標發(fā)射激光束，再接收反射回來的信號，測量激光束往返的時間差，計算出目標物體的距離、速度和位置信息。激光雷達探測具備精度高、抗干擾能力強、測量范圍廣、測量速度快等優(yōu)勢。激光雷達應用從科研、地形測繪等場景，向無人駕駛、機器人等領域延伸。1960~1970年，隨著激光器的誕生，使用激光進行探測的激光雷達在科研及測繪項目上開始得到應用；1980~1990年，激光雷達商業(yè)化技術起步，Sick與Hokuyo等激光雷達廠商推出單線掃描式2D激光雷達產(chǎn)品，應用領域擴展到工業(yè)探測及早期無人駕駛領域；2000~2010年，高線數(shù)激光雷達開始用于無人駕駛的避障和導航，2010年Ibeo與法國Tier1公司Valeo開始合作開發(fā)面向量產(chǎn)車的激光雷達產(chǎn)品SCALA；2016~2018年，國內(nèi)激光雷達廠商入局，激光雷達在無人駕駛、高級輔助駕駛、服務機器人等領域開始有商用化項目落地；2019年至今，激光雷達市場發(fā)展迅速，在無人駕駛、高級輔助駕駛、服務機器人、車聯(lián)網(wǎng)等市場加速應用，行業(yè)內(nèi)公司迎來上市潮。1.2多技術路線并行，固態(tài)和混合固態(tài)路線或成為未來主流ToF和FMCW技術有望并存。按照測距方法，激光雷達可以分為飛行時間（TimeofFlight，ToF）測距法、基于相干探測的調(diào)頻連續(xù)波（FrequencyModulatedContinuousWave，F(xiàn)MCW）測距法以及三角測距法。其中，ToF和FMCW方法在室外陽光下能夠實現(xiàn)100~250米的測程，被廣泛認為是車載激光雷達的優(yōu)選方案。目前市場上，ToF是車載中長距激光雷達的主流方案，隨著FMCW激光雷達技術的成熟，未來市場上可能會出現(xiàn)ToF和FMCW激光雷達并存的情況，為自動駕駛技術的發(fā)展提供更加全面的解決方案。固態(tài)和混合固態(tài)激光雷達未來有望成為主流。根據(jù)掃描方式的不同，激光雷達可以分為固態(tài)激光雷達、混合固態(tài)激光雷達、機械式激光雷達。其中，混合固態(tài)激光雷達包括轉鏡式、色散棱鏡式、MEMS，固態(tài)式激光雷達包括Flash、光學相控陣（OPA）式激光雷達。相比機械式激光雷達結構復雜、體積龐大、價格昂貴、在極端的環(huán)境中可靠性較低等特點，固態(tài)和混合固態(tài)激光雷達更可靠、尺寸更小、更經(jīng)濟，更能滿足客戶對感知性能的需求。根據(jù)灼識咨詢報告，固態(tài)（Flash）和混合固態(tài)（轉鏡式、MEMS）激光雷達預期在許多應用場景中會逐步取代機械式激光雷達，成為未來的主流。2.智能駕駛開啟激光雷達市場加速成長2.1政策推動自動駕駛商業(yè)化落地自動駕駛可以提升駕駛體驗和道路交通安全。WHO數(shù)據(jù)顯示，每年約有119萬人因道路交通事故而喪生，還有2000萬至5000萬人受到非致命傷害，其中許多因此而殘疾。道路交通事故造成的損失占大多數(shù)國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%。CIDAS數(shù)據(jù)庫分析顯示，約81.5%的交通事故由駕駛人因素造成。自動駕駛可以有效減少由于駕駛員疲勞駕駛、酒后駕駛、分神、操作不當、情緒影響及不遵守交通規(guī)則等人為錯誤原因引起的道路交通風險。據(jù)國外機構EnoCentreforTransportation研究顯示，如果美國公路上90%的汽車變成自動駕駛汽車，每年交通事故數(shù)量將從600萬起降至130萬起，死亡人數(shù)從3.3萬人降至1.13萬人。政策推動自動駕駛商業(yè)化落地。在相關產(chǎn)業(yè)政策引領下，自動駕駛市場迎來了蓬勃發(fā)展。2020年11月，CAICV發(fā)布《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術路線圖2.0》，其規(guī)劃了國內(nèi)智能駕駛目標，2020-2025年預計L2-L3級汽車銷量占比超過50%，在特定場景和限定區(qū)域開展L4級車輛商業(yè)化應用；2026-2030年，預計L2-L3級汽車銷量占比超過70%，L4級占比達到20%。IDC預測，2024年中國乘用車市場中滿足L2級自動駕駛標準的新車占比有望達到59.8%。2.2多傳感器融合方案成為主流感知是自動駕駛先決條件，其探測的精度、廣度與速度直接影響自動駕駛的行駛安全。智能駕駛實現(xiàn)系統(tǒng)分為感知層、決策層、執(zhí)行層。感知層，通過感知傳感器對環(huán)境信息和車輛信息進行采集與處理；決策層，對感知信息數(shù)據(jù)進行處理分析；執(zhí)行層，控制車輛完成動力供給、方向控制等動作，最終實現(xiàn)自動駕駛的目標。感知層包括車輛運動感知和環(huán)境感知。車輛運動感知提供車輛行駛中速度角度及高精度定位等信息，感知傳感器包括自感應傳感器和定位傳感器。環(huán)境感知提供車輛行駛中交通路況和車身環(huán)境等信息，感知傳感器包括攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達和激光雷達等。智能駕駛感知方案主要分為純視覺感知和多傳感器融合感知兩條技術路線。純視覺感知方案以攝像頭為主導感知外界信息，通過單個或多個相機實現(xiàn)對人眼睛的模擬，希望模仿人開車時候的感知過程，特斯拉主要采用純視覺方案。多傳感器融合感知方案是以激光雷達為核心，同時輔以攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達等多種傳感器協(xié)同配合來感知外界信息，不同傳感器的優(yōu)劣勢可進行互補，國內(nèi)電動車廠商普遍采用多傳感器融合方案。純視覺方案有其局限性，且壁壘較高。視覺方案優(yōu)勢在于采集信息相對較全，硬件成本較低。攝像頭不僅可以快速識別車道線，還能識別道路中的限速等交通標志、其他車輛和行人等。但該方案也有其明顯的缺點。一是攝像頭感知環(huán)境有其局限性，如果遇到會暗光、逆光等影響“視線”的情況，攝像頭會像人眼一樣看不清從而丟失目標。二是隱性成本高，包括算法、路測、云計算、數(shù)據(jù)標注、仿真訓練和系統(tǒng)軟件等都需要巨大成本投入。特斯拉不僅自研FSD芯片和自建數(shù)據(jù)中心，還有海量的數(shù)據(jù)支撐，自動駕駛系統(tǒng)每天可以接收到車隊回傳的1600億幀視頻數(shù)據(jù)，支持其神經(jīng)網(wǎng)絡訓練，其他廠商很難模仿特斯拉的方案。多傳感器融合方案成為當前眾多車企的選擇。車載超聲波雷達，成本低，但有效探測距離通常小于5m，無法對中遠距離物體進行測量；毫米波雷達，具有同時測距和測速的功能，有效探測距離可達200m，然而單顆車載毫米波雷達的角度分辨能力通常較弱。激光雷達，通過主動發(fā)射激光光束去確定物體的位置、距離、角度、反射強度、速度等信息，生成目標的三維圖像，同時不易受光線影響。多傳感器融合感知方案中，激光雷達、攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達等不同傳感器的優(yōu)劣勢可進行互補，可顯著提升自動駕駛系統(tǒng)的可靠性，有效彌補純視覺方案的不足。根據(jù)禾賽科技數(shù)據(jù)，截止2023H1，純視覺方案和融合方案（激光雷達+攝像頭）對目標物追蹤準確度（AMOTA）上仍有較大差距，二者相差接近20個百分點（56%VS75%）。目前激光雷達融合方案已經(jīng)成為眾多車企L3級及以上自動駕駛的選擇。2.32030年全球車用激光雷達市場872億美元規(guī)模自動駕駛汽車滲透率提升推動激光雷達市場規(guī)模持續(xù)擴大。Frost&Sullivan數(shù)據(jù)顯示，中國ADAS滲透率預計從2023年的6.3%增長到2030年的87.9%；美國ADAS滲透率有望從2023年的4.9%上升到2030年的69.9%。ADAS和自動駕駛汽車的快速滲透，預計將提升單車激光雷達搭載數(shù)量。中國信通院發(fā)布的《車載激光雷達技術與應用研究報告》認為，L3、L4和L5級別自動駕駛分別需要平均搭載1顆、2-3顆和4-6顆激光雷達。Frost&Sullivan預計，2026年全球車用激光雷達市場規(guī)模有望達到247億美元，其中，ADAS（L3以下）預計129億美元規(guī)模，自動駕駛（L4、L5）預計118億美元規(guī)模。2030年全球車用激光雷達市場規(guī)模有望進一步增長到872億美元，其中ADAS649億美元，自動駕駛223億美元規(guī)模。2.4催化劑：2023年激光雷達密集上車，產(chǎn)業(yè)化加速成本大幅降低，激光雷達車型價格區(qū)間持續(xù)下探。隨著產(chǎn)業(yè)化推進，激光雷達ASP在過去兩年大幅下降。根據(jù)禾賽科技季報出貨量和收入數(shù)據(jù)分析，其ASP從1Q22的35869元/臺大幅下降到了4Q23的6394元/臺。成本的下降推動了越來越多的車企推出搭載激光雷達的車型。搭載激光雷達的車型也從最開始的10萬美元以上高端車下探到了5萬美元以下的普通車型。2023年激光雷達密集上車，產(chǎn)業(yè)化加速。根據(jù)佐思汽研調(diào)研，國內(nèi)車企陸續(xù)落地多款激光雷達車型，如蔚來ET5、ET7、ES7、ES8、ES6；理想L9、L8和小鵬P5、G9、G6等；據(jù)不完全統(tǒng)計，2023年國內(nèi)有20款以上新車型搭載激光雷達上市；2024年后，寶馬、奔馳、沃爾沃等外資品牌也將加入到激光雷達上車潮中。激光雷達密集上車帶動了其出貨量的快速增長。高工智能汽車研究院統(tǒng)計，2023年中國市場乘用車前裝激光雷達合計出貨57.09萬顆，同比增長341.19%；2024年全年交付有望到150-180萬顆，行業(yè)正加速成長。3.產(chǎn)業(yè)鏈梳理3.1產(chǎn)品拆解：發(fā)射模塊、掃描模塊、接收模塊和控制模塊四部分構成激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游零部件、中游整機制造和下游機器人、自動駕駛汽車等應用。激光雷達整機一般由發(fā)射模塊、掃描模塊、接收模塊和控制模塊四部分組成。中國信通院預計，發(fā)射模塊、接收模塊、測時模塊（TDC/ADC）和控制模塊，四大光電系統(tǒng)約占激光雷達整機成本的70%。3.2整機：中國激光雷達企業(yè)全球領先整機領域，中國企業(yè)在技術水平和全球市占率方面都保持領先。中國企業(yè)激光雷達產(chǎn)品性能處于第一梯隊。2020年7月，日本科學技術振興機構JST下屬的CREST和日本OPERA共同支持的激光雷達測評組發(fā)表測評文章，測評中國內(nèi)激光雷達企業(yè)禾賽科技的Pandar64及Pandar40P在實際測遠及目標物點云數(shù)目、全距離范圍精準度、全距離范圍內(nèi)對不同反射率目標的探測一致性、噪點和丟點控制、反射強度分離度等方面表現(xiàn)突出。HDL-64探測距離僅至85m，OS1-64探測距離僅至35m，Pandar64探測距離達180m；從角分辨率來看，Pandar64比線數(shù)為其兩倍的VLS-128表現(xiàn)更好。中國激光雷達企業(yè)全球市占率超過七成。當前激光雷達市場競爭力較強的廠商主要集中在中國、美國、歐洲。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2022年禾賽科技以47%的市場份額連續(xù)兩年穩(wěn)居全球車載激光雷達市占率第一，其在ADAS和自動駕駛激光雷達領域均保持了全球領先地位；圖達通（Innovusion，現(xiàn)改名為Seyond）依靠蔚來汽車的持續(xù)出貨，以15%的市場份額奪得第二名；法雷奧（Valeo）、速騰聚創(chuàng)（Robosense）、覽沃（Livox）分別以13%、9%、5%的市場份額位列三、四、五名。中國激光雷達企業(yè)全球市占率合計超過七成。3.3發(fā)射模塊：發(fā)射器進口替代潛力大，國內(nèi)光學產(chǎn)業(yè)鏈具備競爭力激光發(fā)射模塊主要包括激光器發(fā)射器、光學系統(tǒng)，是激光雷達的核心系統(tǒng)。激光發(fā)射器為整個激光雷達提供激光光源。光學系統(tǒng)主要對激光器的輸出光束進行準直整形，通過改變光束的發(fā)散度、波束寬度和截面積，改善輸出光束質(zhì)量。光學系統(tǒng)一般由準直鏡、分束器、擴散片等組成。激光發(fā)射器VCSEL占比有望提升，2027年市場規(guī)模預計39億美元。按結構分，激光發(fā)射器可以分為邊發(fā)射激光器（EEL）和垂直腔面激光器（VCSEL）及光纖激光器。EEL優(yōu)勢在于輸出功率及電光效率較高，缺點是光束質(zhì)量較差，生產(chǎn)成本相對VCSEL較高。VCSEL優(yōu)點包括體積小易于集成、易于規(guī)?；a(chǎn)、成本低、可靠性較高等優(yōu)勢，不足之處是輸出功率及電光效率較EEL低。光纖激光器復雜度較高，在激光雷達領域應用占比較小。近年來國內(nèi)外廠商陸續(xù)推出多層級結高功率VCSEL，大幅提升了光功率密度，高功率VCSEL開始代替部分傳統(tǒng)的EEL方案。Yole預計，2033年，VCSEL的占比有望從2023年的39%逐步提升到45%；EEL則小幅下降到43%。市場規(guī)模方面，2027年，VCSEL有望達到39億美元，EEL預計74億美元。905nm光源預計仍將占主導地位。激光器波長選擇主要兼顧性能和對人眼安全性，目前主流的激光雷達主要有905nm和1550nm兩種波長。905nm優(yōu)勢是基于GaAs材料體系，產(chǎn)業(yè)成熟，成本低；缺點是發(fā)射功率受到對人眼安全性限制，探測距離較短。1550nm優(yōu)點是對視網(wǎng)膜更加友好，可以發(fā)射更大功率，探測距離可以做到更遠；不足是其無法采用常規(guī)的硅吸收，而需要更加昂貴的銦鎵砷（InGaAs）材質(zhì)，成本更高。不過隨著905nm技術持續(xù)升級（禾賽發(fā)布了905nm的艙內(nèi)激光雷達ET25，探測距離為250米@10%，與1550nm相當），1550nm成本偏高，預計未來905nm激光器預計仍將占主導地位。Yole數(shù)據(jù)顯示，2033年NIR（0.75-1.1μm，主要是905nm和940nm）占比預計從2023年的84%提升到86%。海外企業(yè)領先激光發(fā)射器市場，進口替代潛力大。VSCEL市場參與者主要包括Coherent（高意）、Lumentum、Ams-Osram、Trumpf等，其中Osram（歐司朗）在汽車應用（如激光雷達或車內(nèi)傳感）市場相對領先。EEL市場領導者主要包括Coherent（高意）、Lumentum、Ams-Osram、濱松光子、LaserComponents等。國內(nèi)相關產(chǎn)業(yè)鏈公司包括長光華芯、炬光科技、瑞波光電、縱慧芯光等。光學系統(tǒng)國內(nèi)光學系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈具備競爭力。光學系統(tǒng)一般由準直鏡、分束器、擴散片等組成。準直鏡，激光器發(fā)射的光束并不是平行的直線，存在發(fā)散角度大、光斑形狀不規(guī)則等問題，準直鏡可以改變光束的發(fā)散度、波束寬度和截面積，從而改善輸出光束質(zhì)量。分束器，又稱激光分光鏡、分光片，BeamSplitterDOE，分束器功能是把一束入射激光均勻地分成N束出射光，出射光的光束直徑、發(fā)散角和入射激光相同，只是傳播方向發(fā)生改變。擴散片，又稱勻化鏡、擴散器或勻化器（DF/HM），Homogenizer，其作用是將入射激光轉化成任意形狀尺寸、強度均勻的光斑。國內(nèi)光學系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟，炬光科技、永新光學、藍特光學、水晶光電、騰景科技、福晶科技等公司均有相關業(yè)務布局。3.4接收模塊：探測器以海外廠商為主，國產(chǎn)供應鏈亟待發(fā)展激光探測器是將光信號轉變?yōu)殡娦盘柕钠骷?。探測器類型主要有PIN型光電二極管（PIN）、雪崩光電二極管（APD）、單光子雪崩二極管（SPAD）、硅光電倍增二極管（MPPC/SiPM）。PIN，價格低、結構簡單，但因為不具備增益（光電探測器將光信號轉換為電子信號后，對電子信號的放大能力），探測光的靈敏度較低。APD，由于“雪崩”效應（即光電流成倍地激增），使其具有高的靈敏度，可以探測微弱的光，在光纖通信、激光測距和其他光電轉換數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)中應用較廣。MPPC/SiPM，是由多個工作在蓋革模式的APD組成的光子計數(shù)型器件。SPAD，是由一個能工作在蓋革模式下的APD構成的光子計數(shù)型器件。探測器從APD向SiPM、SPAD演進。SiPM已經(jīng)取代APD成為激光雷達主流方案。光電增益的提升能夠降低電路噪聲對系統(tǒng)信噪比的影響，SiPM可以比APD實現(xiàn)更高的能量利用率，使系統(tǒng)探測距離更遠。當前，SiPM探測器已經(jīng)是市場主流產(chǎn)品，如禾賽AT128、速騰聚創(chuàng)M1Plus、圖達通RobinE等。相比MPPC，SPAD是一個單像素蓋革模式的探測器，探測器尺寸較小，更容易實現(xiàn)集成化和高分辨率。對小型化和高分辨率的追求，加上技術的逐步成熟，使得越來越多的廠商推出SPAD激光雷達，如禾賽AT512和FT120、速騰聚創(chuàng)E1等。探測器行業(yè)主要企業(yè)包括國外的FirstSensor、Hamamatsu（濱松）、onsemi（安森美）、Sony（索尼）等；國內(nèi)的深圳阜時科技有限公司、成都量芯集成科技有限公司、深圳市靈明光子科技有限公司、南京芯視界微電子科技有限公司、奧比中光等。此外禾賽科技、速騰聚創(chuàng)等整機企業(yè)也在推進自研相關芯片。3.5掃描模塊：國內(nèi)光學、電機供應鏈相對成熟混合固態(tài)是主流，F(xiàn)lash占比有望提升。根據(jù)掃描方式的不同，激光雷達可以分為固態(tài)激光雷達、混合固態(tài)激光雷達、機械式激光雷達。其中，機械激光雷達因為結構復雜、可靠性較差、壽命低于車規(guī)要求，當前用于車載領域較少?；旌瞎虘B(tài)（轉鏡式、MEMS振鏡）較為成熟，是當前和未來車載激光雷達主流方案。固態(tài)Flash方案（無掃描模塊）逐步產(chǎn)業(yè)化，在車載領域占比持續(xù)提升。OPA方案對材料和工藝的要求都極為苛刻，由于技術難度高，尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。Yole預計，混合固態(tài)激光雷達（主要是轉鏡式）占比預計從2023年的68%下降到2033年的56%；MEMS方案從2023的30%下降到2033年的7%；固態(tài)Flash方案迎來大發(fā)展，從2023年的2%，大幅提升到2033年的33%。國內(nèi)光學、電機供應鏈相對成熟。轉鏡式激光雷達，收發(fā)模塊保持不動，發(fā)射器發(fā)射激光照射鏡面，電機帶動反射鏡面圍繞圓心不斷旋轉，使光束反射至空間的一定范圍，從而實現(xiàn)掃描。棱鏡式激光雷達，包括兩個楔形棱鏡，激光通過第一個棱鏡后發(fā)生偏轉，通過第二個棱鏡后再一次發(fā)生偏轉，通過控制兩面棱鏡的相對轉速實現(xiàn)激光束的