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依托智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的重大前沿成果，發(fā)揮汽車、電子、通信、交通等領(lǐng)域豐富的專家資源優(yōu)勢，國汽智聯(lián)將重點圍繞政策鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)鏈、資本鏈開展高水平的產(chǎn)。

依托智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的重大前沿成果，發(fā)揮汽車、電子、通信、交通等領(lǐng)域豐富的專家資源優(yōu)勢，國汽智聯(lián)將重點圍繞政策鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)鏈、資本鏈開展高水平的產(chǎn)業(yè)研究和戰(zhàn)略服務(wù)工作，打造國家級智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新發(fā)展行業(yè)智庫，推動汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量、上水平發(fā)展與智能化轉(zhuǎn)型升級。國汽智聯(lián)將定期發(fā)布深層次行研、專家觀點、熱點分析、行業(yè)資訊等研究成果，幫助從業(yè)者掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動態(tài)、緊跟生態(tài)發(fā)展新模式、洞悉行業(yè)發(fā)展新脈絡(luò)。

本報告節(jié)選于《智能網(wǎng)聯(lián)汽車藍皮書（2018）》中車用激光雷達技術(shù)趨勢的部分內(nèi)容，原文題目是《車用雷達技術(shù)動態(tài)與發(fā)展》。報告深入探討和分析了激光雷達的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)路線，基于產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、行業(yè)數(shù)據(jù)和技術(shù)路線對車用雷達技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進行了總結(jié)、分析與展望。

作者簡介：張雷，博士，副教授，博士生導(dǎo)師，清華大學(xué)微電子與納電子學(xué)系，研究方向為毫米波雷達芯片與系統(tǒng)設(shè)計等。

1、車用激光雷達類型及用途

激光雷達是一種新型傳感器，（簡稱：LiDAR – Light Detecting and Ranging）是激光主動探測傳感器設(shè)備的一種統(tǒng)稱，分為測量型激光雷達和導(dǎo)航型激光雷達兩個大類，其主要工作原理是通過高頻測距和掃描測角實現(xiàn)對目標(biāo)輪廓三維掃描測量，即成像。相比攝像頭和毫米波雷達等常見的輔助駕駛傳感器，激光雷達具備強大的空間三維分辨能力。

汽車導(dǎo)航型激光雷達根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)“動”的程度分為：機械旋轉(zhuǎn)、混合固態(tài)、微動和全固態(tài)激光雷達；根據(jù)其視場角分為360°視場激光雷達和局部視場激光雷達；根據(jù)探測距離分為用于高速行駛的長測程激光雷達和適于低速行駛的短測程激光雷達。

激光雷達適用于道路環(huán)境檢測和行駛中的目標(biāo)檢測與跟蹤，可以獲得環(huán)境的深度信息，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)障礙物，構(gòu)建可行駛區(qū)域。基于豐富的點云數(shù)據(jù)可獲得包括車道、路沿等在內(nèi)的道路要素，還可獲得非結(jié)構(gòu)化道路的障礙物和可行駛區(qū)域、行人和車輛、交通信號燈和交通標(biāo)志等其他豐富信息。同時，激光雷達通過對行駛環(huán)境中車輛周圍的各類目標(biāo)進行有效檢測、跟蹤和預(yù)測，還能夠?qū)崿F(xiàn)跟車、換道和交叉口通行等復(fù)雜場景下的安全自動駕駛。

激光雷達可以用于地圖構(gòu)建和定位。通過采用激光雷達多次行駛獲取道路的三維點云數(shù)據(jù)，進行人工標(biāo)注，過濾一些點云圖中的錯誤信息，對多次收集的點云數(shù)據(jù)進行對齊拼接最終形成高清地圖。通過局部點云匹配和全局點云匹配的位置估計方式，獲得給定的當(dāng)前位置情況下觀測到點云信息的概率分布，結(jié)合對當(dāng)前位置預(yù)測的概率分布，就可以提高無人車定位的準(zhǔn)確度。

車用激光雷達在結(jié)構(gòu)化道路檢測、可行駛區(qū)域檢測、汽車和自行車檢測、高精度地圖構(gòu)建和定位等場景中的應(yīng)用

2、車用激光雷達發(fā)展歷程

世界第一款汽車導(dǎo)航用激光雷達是美國Velodyne公司生產(chǎn)的64線激光雷達，首次亮相于2005年DARPA的無人駕駛挑戰(zhàn)賽。從2005年開始，Velodyne公司推出了系列產(chǎn)品，近期推出了混合固態(tài)的16線/32線超小型激光雷達和128線高分辨率激光雷達，以及微動型激光雷達Velarray。

目前激光雷達主要用于后裝市場，做產(chǎn)品測試或研發(fā)使用。除了IBEO聯(lián)合Valeo開發(fā)的SCALA激光雷達滿足車規(guī)并已經(jīng)安裝到奧迪A8汽車，其它例如谷歌、百度、Uber和通用等打造的無人車隊和園區(qū)車，或者用于小批量后裝測試和試運營，或者本身仍處于研發(fā)狀態(tài)。

1、車用激光雷達技術(shù)趨勢

從國內(nèi)外主流廠商的市場行為報道和產(chǎn)品發(fā)布計劃分析，未來車用激光雷達的技術(shù)發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，技術(shù)指標(biāo)提升。激光雷達的測程、視場覆蓋和測量網(wǎng)格密度是評價激光雷達技術(shù)能力的主要技術(shù)參數(shù)，也是激光雷達的主要應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)，激光雷達技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展必然伴隨著上述技術(shù)指標(biāo)的不斷提高。

其次，全固態(tài)是車用激光雷達的技術(shù)發(fā)展趨勢。機械旋轉(zhuǎn)掃描激光雷達尚屬傳感器的初級階段，其機械掃描結(jié)構(gòu)外置，尺寸重量大，不能適應(yīng)廣泛裝車應(yīng)用，盡管支持前期評估測試，但難以進入車用激光雷達前裝產(chǎn)品線。未來發(fā)展趨勢為取消機械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，利用半導(dǎo)體工藝將所有機械部件全集成，實現(xiàn)體積小、質(zhì)量輕、堅固可靠、高效率和低成本的全固態(tài)激光雷達，同時提高激光雷達的環(huán)境適應(yīng)性。

第三，未來的車用激光雷達須具備小型化和輕量化的特點。可以類似車燈分布在四周，實現(xiàn)汽車周邊監(jiān)控或探測。另外，激光雷達單機重量不應(yīng)該超過1kg，對于多線短距激光雷達更應(yīng)限制在300g-500g，便于嵌入車身，有利于主機廠整車設(shè)計，這些將在前裝市場受到高度重視。

第四，環(huán)境適應(yīng)和抗干擾能力是未來激光雷達技術(shù)發(fā)展需要克服的瓶頸。車用激光雷達需要做到全天時、全天候工作并保持優(yōu)秀的探測能力。另外，由于波長、傳播特性等原因，容易受到其他車輛上激光雷達的干擾，這些都是未來亟待解決的重要問題。

2、車用激光雷達技術(shù)路線對比

車用激光雷達的技術(shù)路線主要有機械式激光雷達、MEMS激光雷達、相控陣激光雷達和Flash（面陣）激光雷達等。

機械式激光雷達技術(shù)相對成熟，面臨量產(chǎn)：Ibeo利用擺鏡結(jié)構(gòu)同軸收發(fā)，Velodyne通過電機帶動收發(fā)對整體旋轉(zhuǎn)，各個廠商機械式多線激光雷達檢測距離一般在100-150米，水平角分辨率0.5度左右，垂直角分辨率約1度，可以滿足L3級自動駕駛需求。但機械式激光雷達具有成本高、可靠性不夠高、性能限制等問題。解決方案包括，一方面在現(xiàn)有框架下優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，另一方面，研發(fā)固態(tài)化激光雷達。

主流固態(tài)方案對比：1）Innoviz等采用的MEMS方案，前景相對看好；2）Quanergy的相控陣方案，原理尚不成熟短期應(yīng)用困難；3）Tetravue的Flash方案，難以解決人眼安全及測距有限的問題。以上激光雷達技術(shù)路線中，有些有理論缺陷或難以突破的技術(shù)瓶頸，業(yè)內(nèi)寄予希望較大的技術(shù)路線是面陣式，還有待時間和市場逐步考證。

車用激光雷達總體技術(shù)路線圖

車用激光雷達的產(chǎn)業(yè)鏈條包括：上游的激光發(fā)射器、激光接收器（光敏及光電轉(zhuǎn)化器件）、光學(xué)元器件、驅(qū)動裝置、信號處理芯片廠商，中間的整機企業(yè)和一級供應(yīng)商和下游的整車企業(yè)。

國內(nèi)企業(yè)在激光雷達領(lǐng)域的研究與國際基本同步，禾賽科技與速騰聚創(chuàng)企業(yè)等的機械式激光雷達產(chǎn)品性能已達世界先進水平。粗略估計后裝市場的激光雷達年需求量為2萬臺左右，其中Velodyne占據(jù)了絕對地位，其余市場由禾賽、速騰聚創(chuàng)等企業(yè)瓜分，三家企業(yè)的激光雷達已見諸于在美國、澳大利亞、法國、新加坡等國家的無人車上。

國際車用激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈主要參與企業(yè)及技術(shù)水平

國內(nèi)車用激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈主要參與企業(yè)及技術(shù)水平