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“激光雷达”进展如何?技术路线“百花齐放”

来源:科创板日报 | 作者:wxf | 分类:技术 | 时间:2021-03-05 | 浏览:10347
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锂电网讯:我国总共35项“卡脖子”技术中,“激光雷达”与半导体核心设备“光刻机”、芯片、核心算法等共同出现在这份名单之中,位列第10项。

从产业应用及市场占有率来看,美国Velodyne在无人驾驶激光雷达领域深耕了10多年时间,占据了近80%的市场份额。尤其在2017年前,Velodyne几乎是市场上唯一的高线数激光雷达厂商。

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不过,近年来,激光雷达行业涌现出一批包括禾赛科技、华为、大疆、速腾聚创等中国公司,这些公司面向的市场以及技术积累各有不同。其中,成立于2014年的禾赛科技已成长为国内激光雷达头部企业,后者也是全球无人驾驶领域销售金额最高的激光雷达供应商之一。目前正在科创板IPO,有望成为国内激光雷达行业第一股。

针对激光雷达行业现状,以及国内各激光雷达厂商背后的技术路线、产品布局等,《科创板日报》记者进行了深入采访。


应用:场景多样,从“天上”到“地面”

激光雷达的应用场景较多。近日,国家卫星气象中心卫星气象研究所所长、国家大气环境监测卫星工程应用系统副总师张兴赢在接受采访时透露,我国将在今年7月发射全球首颗主动激光雷达二氧化碳探测卫星。上述激光雷达的作用主要用于气体检测。张兴赢称,这颗大气环境监测卫星最大的特点是搭载主动激光雷达载荷,从天上往下发射一束激光雷达,可以获取全球大气二氧化碳、云和气溶胶的垂直分布信息。

此外,激光雷达还可用于测绘。1971年阿波罗15号载人登月任务使用激光雷达对月球表面进行测绘。 在2020年全国两会期间,全国政协委员、成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室常务副主任许强呼吁:尽快在我国推动实施“激光雷达计划”,加强地质灾害防治。

与上述应用场景相比,目前激光雷达更大、更具前景的应用领域则是无人驾驶。

2000年至2010年早期,高线数激光雷达开始用于无人驾驶的避障和导航,彼时其市场主要是国外厂商。典型的应用案例是,2010年Ibeo与法国Tier 1公司Valeo(法雷奥)开始合作开发面向量产车的激光雷达产品SCALA,这是最早量产的车规级激光雷达。

从2016年开始,国内激光雷达厂商逐步入局,行业的技术方案呈现多样化的特点,并且国内激光雷达厂商在部分技术研发上,呈现赶超国外厂商的趋势。

2019年至今,激光雷达行业开始迎来上市潮,一批境外激光雷达公司通过借壳方式争相上市,而国内公司禾赛科技也在申报科创板,激光雷达这一细分行业正逐渐被外界所熟知。


技术:多路线,各有各的覆盖产品

值得注意的是,无人驾驶市场对激光雷达需求的技术路线不尽相同。

激光雷达按照技术架构划分可分为:机械式、半固态式以及固态式。机械式指在垂直方向上排布多束激光器、通过电机带动光电结构360度旋转,其特点在于具有高分辨率、高测距等,“机械式是过去几年市场比较成熟的技术,这个市场的主要收入也都来自于机械式”,一位业内人士向《科创板日报》记者表示。

国外机械式激光雷达的代表企业是Velodyne,后者在2005年推出的64线激光雷达在第二届 DARPA挑战赛中得到广泛关注,此后Velodyne在高线数激光雷达市场深耕多年。而在国内市场,禾赛科技亦推出多款机械式激光雷达,其中公司于2020年9月推出Pandar128激光雷达,该款产品的点频(激光雷达性能的主要参数指标之一)为 Pandar64的三倍,然而重量和体积的增加均不超过10%,这是当前市场性能和集成度领先的旗舰级激光雷达。

但机械式激光雷达也非技术完美。为实现高频准确转动,其机械结构复杂,平均失效时间仅1000-3000小时,与车规要求的最低13000小时差距明显,难以实现前装量产;激光器堆叠需要人工操作,早期高线数机械式激光雷达成本高企成为最大痛点。

在成本方面,Velodyne2014年推出的HDL-64售价为75000美元,2019年推出的HDL-32售价为29000美元;禾赛科技2017年激光雷达销售均价为11.38万元,但2020年1至9月,其激光雷达销售单价已降低至8.94万元。

总体来看,后期随着系统通道数目、集成度提高及规模化生产,行业ASP显著降低。由于当前行业尚没有“完美”的方案,因此主机厂需进行取舍,由此也有厂商选择研发用于以转镜或者振镜为扫描原理的半固态激光雷达产品。

中金公司在其发布的研报中认为,转镜方案是当前最接近同时满足:1,可过ISO26262安全认证并过车规;2,成本可控;3,性能满足需求门槛;4,可批量稳定供货,这四大条件方案。

据了解,国内厂商中,华为、大疆亦依托转镜方案推出各自的产品,并将在北极狐、小鹏等搭载。而禾赛科技也有在半固态方案进行布局,公司2019年1月推出的PandarGT ,即是应用于高级辅助驾驶的半固态式激光雷达。

而固态式激光雷达是指无任何机械运动部件的激光雷达类型,虽然该技术方案被部分业界专家认为是激光雷达最终的主流形态。但目前技术尚不成熟,“固态式不会是一两年内就会成熟的产品,并且固态式成熟后,半固态或机械式也不会被淘汰,这几个路线各有各的覆盖范围和特性”,上述业内人士认为。


趋势:芯片化

自激光雷达产业诞生以来,就呈现出技术水平高的特点:从激光器发明之初的单点激光雷达到后来的单线扫描激光雷达,再到多线扫描激光雷达、固态式激光雷达等。而目前行业正在经历芯片化的发展趋势。

《科创板日报》记者了解到,基于飞行时间(ToF)测距是激光雷达当前技术的主流,大部分ToF激光雷达产品采用分立器件,但分立器件存在零部件多、生产成本高、可靠性低等问题。而芯片化架构的激光雷达可将数百个分立器件集成于一颗芯片,实现收发单元阵列化、核心模块芯片化,即SoC。此架构的优势在于:降低物料、人力安装成本、提升可靠性。

目前国外厂商Luminar、Innoviz、Ouster、Aeva、Quanergy等都在布局芯片化技术,其中Ouster从创立开始就选择数字化的芯片方案。有观点认为,该方案架构先进,但产品的整体性能非常依赖芯片架构和器件的成熟度,其当前的产品性能和成本尚不具备优势。

国内厂商中禾赛科技则走在芯片化布局前列。据了解,禾赛科技于2020年10月发布基于芯片架构的中距旋转式激光雷达PandarXT,该款产品用于对成本较为敏感的低速服务型机器人应用领域。该款产品的优势也较为明显:自研多通道发射芯片使得发射端驱动电路成本降低约 70%,自研多通道模拟前端芯片使得接收端模拟电路成本降低约80%。另外禾赛科技在其招股书中透露,其基于微振镜架构的低成本方案以及基于转镜方案的PandarST将搭载公司自研的V1.0 多通道激光驱动芯片以及多通道模拟前端芯片,截至招股书披露,相关产品处于样机迭代及OEM洽谈阶段。

值得注意的是,除了自研SOC芯片外,亦有部分厂商选择研发固态式激光雷达芯片—OPA芯片。 国金证券发布研报指出,OPA产业链培育不足,零部件大部分需要自研、制造工艺要求高,对激光雷达厂商而言难度较大。目前国内厂商力策科技已成功自研OPA芯片,但目前未有车企合作消息。另外扬州群发换热器有限公司也有OPA芯片的研发,公司于2020年12月初样品测试数据符合设计要求。

总体来看,目前激光雷达市场还处于百花齐放的阶段,技术路线繁多,即将迎来规模放量。激光雷达厂商需要各领域业务共同推进,在布局创新技术及上游核心器件的同时,需要加快推进芯片架构研究及工厂规模化生产,与车企积极接洽,提供创新型、定制化、高性价比的产品。


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