據(jù)麥姆斯咨詢報道，激光雷達(dá)（LiDAR）廠商AEye已經(jīng)收到了來自高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）汽車廠商的15~16份激光雷達(dá)報價請求。顯然，激光雷達(dá)正開始打入ADAS市場。然而，汽車行業(yè)觀察員警告：不要指望某家激光雷達(dá)供應(yīng)商能夠在該市場“一家獨大”。

在所有旨在增強傳感和目標(biāo)檢測的汽車傳感器模組中，激光雷達(dá)提供了迄今為止最復(fù)雜且多樣化的選擇。每種激光雷達(dá)系統(tǒng)所采用的技術(shù)往往不僅在光源選擇上不同，而且在“測距”和“成像”方式上也大相徑庭。一些成熟的激光雷達(dá)正進入量產(chǎn)階段。但許多新型激光雷達(dá)技術(shù)（通常被認(rèn)為是更有發(fā)展前途的技術(shù)）還在研發(fā)或概念驗證階段。不可避免地，這些激光雷達(dá)在成本、尺寸和性能上存在巨大差異。

更為復(fù)雜的是，越來越多的激光雷達(dá)廠商（預(yù)估有70~80家）擠占了該市場。并購行為大量涌現(xiàn)。部分激光雷達(dá)公司通過選擇SPAC（特殊目的收購公司）的方式獲得了改變現(xiàn)狀的新生機。許多初創(chuàng)企業(yè)將SPAC視為融資和進入公開股票市場的另一種方式。

全球激光雷達(dá)企業(yè)上市進展（麥姆斯咨詢總結(jié)）

更為撲朔迷離的在激光雷達(dá)應(yīng)用市場。由于各家激光雷達(dá)廠商所追求的技術(shù)不同，汽車制造商和汽車一級供應(yīng)商（Tier 1）在如何將激光雷達(dá)應(yīng)用于各類場景方面也存在分歧。

“我們最近采訪了部分激光雷達(dá)廠商，他們表示，每家汽車原始設(shè)備制造商（OEM）和汽車一級供應(yīng)商均有著不同的要求（視場角、探測距離等參數(shù)，以及安裝激光雷達(dá)的位置）。”Yole固態(tài)光源和光源系統(tǒng)分析師Pierrick Boulay在接受EE Times采訪時表示。

“這不會是一家獨大的市場。”AEye首席營銷官Stephen Lambright表示。Lambright指出，“許多激光雷達(dá)公司仍在試驗更多想法，這與生物技術(shù)行業(yè)狀況非常相似。”

當(dāng)然，將激光雷達(dá)與生物技術(shù)等同，讓人很難安心。

但汽車行業(yè)對激光雷達(dá)的需求是真實存在的。Lambright發(fā)現(xiàn)，僅在ADAS領(lǐng)域，AEye就收到了15~16份不同激光雷達(dá)的報價請求，這些需求都是針對計劃在2025~2026年生產(chǎn)的ADAS汽車。Lambright指出，“盡管激光雷達(dá)市場出現(xiàn)了分化，但汽車制造商將在18個月內(nèi)下注未來四至五年的激光雷達(dá)產(chǎn)品部署。”

本文將主要介紹當(dāng)前和未來激光雷達(dá)市場發(fā)展情況，包含AEye等成熟企業(yè)和Opsys等初創(chuàng)企業(yè)情況。

激光雷達(dá)的技術(shù)分析

檢驗激光雷達(dá)技術(shù)多樣性的最佳方法是繪制一張二維圖表：一個維度是成像，另一個維度是測距。從機械式、MEMS、光學(xué)相控陣到閃光式（Flash），激光雷達(dá)的成像技術(shù)千差萬別。同時，測距技術(shù)也五花八門，主要有脈沖測距、調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）測距以及相移測距。

不同激光雷達(dá)使用的光源不同。大多數(shù)激光雷達(dá)制造商使用905 nm的邊發(fā)射激光器和雪崩光電二極管（APD），因為這些器件易于量產(chǎn)。還有部分激光雷達(dá)制造商，例如Luminar，已經(jīng)開始使用1550 nm的全光纖激光源。全光纖激光源面臨的挑戰(zhàn)是降低成本。然而，1550 nm激光器在符合人眼安全標(biāo)準(zhǔn)下能夠?qū)崿F(xiàn)更長的測量距離。困擾905 nm激光器的主要問題，除了分辨率低和測量距離短外，人眼安全問題是關(guān)鍵。

但是，邊發(fā)射激光器（EEL）和光纖激光器并不是唯一的選擇。目前，激光雷達(dá)公司正在迅速采用垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL），該器件是由蘋果公司最先應(yīng)用在iPad Pro 11的激光雷達(dá)掃描儀引發(fā)熱潮的。德國Ibeo采用奧地利ams的VCSEL技術(shù)設(shè)計了新款固態(tài)激光雷達(dá)，并與中國長城汽車簽訂供貨合同，計劃于2022年發(fā)布。Ouster則是從機械式激光雷達(dá)起家，去年宣布將VCSEL與單光子雪崩二極管（SPAD）相結(jié)合，推出用于ADAS的激光雷達(dá)，計劃于2024年量產(chǎn)。以色列Opsys也在開發(fā)一款固態(tài)掃描式激光雷達(dá)，該激光雷達(dá)采用完全可尋址的VCSEL和SPAD探測器，計劃將于今年發(fā)布。該款Opsys激光雷達(dá)的探測距離為200米，掃描頻率為1000 Hz。

不同激光雷達(dá)技術(shù)的利弊分析

激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展歷程經(jīng)歷著從機械式到MEMS，再到Flash和FWCW。然而，這種發(fā)展并非是簡單的直線式進程。

例如，許多機械式激光雷達(dá)至今仍占據(jù)市場主導(dǎo)地位，很大程度上是因為它們成本更低。然而，Boulay指出，機械式激光雷達(dá)最大的缺點是，機械部件可能成為故障的來源。而MEMS激光雷達(dá)的主要優(yōu)勢就是體積小。Boulay認(rèn)為，MEMS激光雷達(dá)的固態(tài)化使其更加可靠，但這類激光雷達(dá)仍然使用了微小的活動部件。

相比之下，F(xiàn)lash激光雷達(dá)沒有任何活動部件。Boulay補充道：“全固態(tài)被認(rèn)為更為可靠，但目前這一代Flash激光雷仍然受制于其有限的探測范圍。”

Yole將FMCW技術(shù)放入了研發(fā)一類，稱之為“待定”。Boulay認(rèn)為，“預(yù)計在2025年之前，F(xiàn)MCW激光雷達(dá)不會實現(xiàn)量產(chǎn)。”去年，Waymo公司曾談到未來自產(chǎn)的FMCW激光雷達(dá)。最引人注目的是，Mobileye今年年初討論了FMCW，稱它是其正在研發(fā)的全自動駕駛汽車激光雷達(dá)的選擇。

相干探測比直接探測靈敏得多，而且性能更佳，如單脈沖速度測量與眩光及其他光源（包括其他汽車使用的激光雷達(dá)）的抗干擾性。然而，Boulay解釋道，F(xiàn)MCW激光雷達(dá)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)包括“硅光子學(xué)的制造能力”以及技術(shù)成本。然而，Mobileye認(rèn)為自己可以通過利用英特爾的硅光子學(xué)專業(yè)技術(shù)（包括其自有代工廠、制造能力以及知識產(chǎn)權(quán)）來克服這一難點。

激光雷達(dá)當(dāng)前的技術(shù)成果

預(yù)測激光雷達(dá)市場發(fā)展趨勢的最佳方法就是研究當(dāng)前的技術(shù)成果。目前宣布搭載激光雷達(dá)的車型包括：法雷奧（Valeo）激光雷達(dá)——奧迪A8、法雷奧（Valeo）激光雷達(dá)——奔馳、Innoviz激光雷達(dá)——寶馬，以及Luminar激光雷達(dá)——沃爾沃。雖然這里提到的許多技術(shù)成果都是在ADAS或全自動駕駛汽車上搭載的某款激光雷達(dá)，但最新趨勢是汽車制造商直接將短程、中程和遠(yuǎn)程激光雷達(dá)融合在同一輛汽車上。

ADAS激光雷達(dá)發(fā)展路線圖
（圖片來源：Yole）

ADAS激光雷達(dá)典型用例：雷克薩斯汽車部署了4臺激光雷達(dá)（1臺日本電裝 + 3臺大陸集團），現(xiàn)代汽車部署了2臺激光雷達(dá)（原來是Velodyne，現(xiàn)正換為法雷奧），本田汽車部署了5臺法雷奧激光雷達(dá)，長城汽車部署了3臺Ibeo激光雷達(dá)。融合是自動駕駛汽車的新趨勢。Boulay透露，雷克薩斯汽車將部署1臺日本電裝的遠(yuǎn)程激光雷達(dá)，同時部署3臺大陸集團的中程激光雷達(dá)。

ADAS汽車采用的新激光雷達(dá)技術(shù)主要包括MEMS、光纖激光器以及用于Flash激光雷達(dá)的SPAD陣列。

“高速公路自動駕駛”時代來了！

直到幾年前，激光雷達(dá)還被認(rèn)為是一項昂貴的技術(shù)，只有機器人出租車（Robotaxi）行業(yè)才能負(fù)擔(dān)得起。現(xiàn)在情況已經(jīng)改變。盡管Elon Musk曾有一句名言，稱激光雷達(dá)是“愚蠢的差事”，但如今激光雷達(dá)已成為新型ADAS汽車的首選。

從原始設(shè)備制造商的詢價情況來看，ADAS市場對“高速公路自動駕駛”的需求正在攀升。AEye的Lambright解釋道，原始設(shè)備制造商希望ADAS汽車能讓駕駛員“充滿信心地”將手從方向盤上移開。Lambright補充：“我們從原始設(shè)備制造商了解到，在高速公路上快速行駛的自動駕駛汽車，需要能夠探測150至200米以外的如輪胎、磚塊等可能存在的小物體。”

雖然小于300米的探測距離對于許多應(yīng)用來說都夠了，但激光雷達(dá)應(yīng)用仍渴求能夠?qū)崿F(xiàn)探測精度更高、距離更遠(yuǎn)，以便提升其性能和安全性。

Lambright表示，高速公路場景的自動駕駛汽車可能會被納入SAE的L3級，這種情況下，汽車與駕駛員之間的切換就“變得至關(guān)重要”。他指出，“自動駕駛汽車能夠探測的距離越遠(yuǎn)，就能給駕駛員更多的時間完成接管，并提供安全的解決方案。”Lambright將“遠(yuǎn)距離小目標(biāo)探測”視為“原始設(shè)備制造商為激光雷達(dá)設(shè)計提出的主要挑戰(zhàn)”。

VSI Labs是一家專注于主動安全和自動駕駛控制技術(shù)的應(yīng)用研究公司，近日在美國加州拜倫監(jiān)督了AEye激光雷達(dá)性能測試的全過程。VSI Labs的驗證報告證實，AEye激光雷達(dá)可探測1000米處未改裝的雪佛蘭Bolt車上的幾十個點。

VSI Labs負(fù)責(zé)人Phil Magney表示，“我們認(rèn)為激光雷達(dá)能夠探測到1公里的物體是難以置信的。此前我們還從未見過這樣的情況。”

Magney認(rèn)為，在高速公路自動駕駛方面，激光雷達(dá)與其他傳感器相比，其他傳感器存在的主要問題有：“攝像頭探測距離不夠遠(yuǎn)。來自攝像頭的信息是估算出來的。”雷達(dá)能否彌補這一問題？“盡管雷達(dá)很好，但在橫向定位方面的表現(xiàn)很糟糕。”因此，激光雷達(dá)是“一種能給出精確判斷的傳感器”。

應(yīng)用場景對激光雷達(dá)位置及規(guī)格的影響示例
（圖片來源：Yole）

但是，如果一輛在高速公路自動駕駛的ADAS汽車必須改變車道，Boulay明確表示，需要在車輛側(cè)面安裝中短程激光雷達(dá)。

多場景應(yīng)用要求激光雷達(dá)更具靈活性

考慮到激光雷達(dá)的多種應(yīng)用場景，在架構(gòu)、波長和視場角等方面的靈活性設(shè)計變得愈加重要。

盡管Opsys不是第一家追求高性能SPAD和VCSEL的激光雷達(dá)公司，但該公司聲稱，其Micro-flash激光雷達(dá)可提供比Flash激光雷達(dá)分辨率和掃描速率高四倍的性能。Opsys董事會執(zhí)行總裁Eitan Gertel在接受采訪時表示，將推出一款純固態(tài)Micro-flash激光雷達(dá)，探測距離為200米，并且能以每秒1000幀的速度進行全視場角掃描。

Opsys的Micro-flash激光雷達(dá)介紹
（圖片來源：Opsys）

“Opsys比Ouster更年輕，”Boulay指出，“但Opsys也擁有深厚的技術(shù)背景。Opsys的領(lǐng)導(dǎo)團隊來自光通信器件和子系統(tǒng)制造商Finisar，他們是光電系統(tǒng)方面的專家，對自己公司的產(chǎn)品非常了解。”O(jiān)psys執(zhí)行總裁Eitan Gertel曾在2008年至2015年期間擔(dān)任Finisar的首席執(zhí)行官。

Opsys的Micro-flash激光雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)是將多種基礎(chǔ)傳感器整合到一臺激光雷達(dá)系統(tǒng)中，提供了集成的單幅4D點云并具備靈活的視場角。Gertel表示，該特點使得Micro-flash激光雷達(dá)“可定制”，對于汽車制造商和汽車一級供應(yīng)商來說，他們需要為不同類型汽車提供不同視場角的激光雷達(dá)。

更勝一籌的是，Opsys的多波長專利技術(shù)可實現(xiàn)在一輛汽車上安裝多種傳感器，并且相互不受干擾。

激光雷達(dá)應(yīng)該安裝在汽車的什么位置？

最后但同樣重要的一點，無論是從外形美觀還是從實際探測精度考量，激光雷達(dá)的安裝位置都非常重要。“我們通常將激光雷達(dá)安裝在車輛頂部。”VSI Labs的Magney表示，“但當(dāng)我們開車遇到雨雪天氣時，激光雷達(dá)將可能是第一個無法使用的傳感器。”

Magney繼續(xù)解釋道，“這很大程度上與傳感器能夠產(chǎn)生多少熱量來融化冰凍物質(zhì)有關(guān)。但是當(dāng)激光雷達(dá)在汽車頂部時，就會完全暴露在惡劣天氣中。這種情況下，傳感器清潔就成了一個問題。”

VSI Labs在評估AEye激光雷達(dá)的性能時，令其印象深刻的是，AEye可將激光雷達(dá)置于擋風(fēng)玻璃后，這對激光雷達(dá)性能的影響很小。AEye表示，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)安裝在擋風(fēng)玻璃后的激光雷達(dá)性能下降了不到10%。AEye的Lambright猜測，考慮到玻璃（尤其是擋風(fēng)玻璃）的色散性非常強，可能會對依靠頻率的FMCW激光雷達(dá)產(chǎn)生“巨大干擾”。

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