激光雷达正开始打入ADAS市场

据麦姆斯咨询报道，激光雷达（LiDAR）厂商AEye已经收到了来自高级辅助驾驶系统（ADAS）汽车厂商的15~16份激光雷达报价请求。显然，激光雷达正开始打入ADAS市场。然而，汽车行业观察员警告：不要指望某家激光雷达供应商能够在该市场“一家独大”。

在所有旨在增强传感和目标检测的汽车传感器模组中，激光雷达提供了迄今为止最复杂且多样化的选择。每种激光雷达系统所采用的技术往往不仅在光源选择上不同，而且在“测距”和“成像”方式上也大相径庭。一些成熟的激光雷达正进入量产阶段。但许多新型激光雷达技术（通常被认为是更有发展前途的技术）还在研发或概念验证阶段。不可避免地，这些激光雷达在成本、尺寸和性能上存在巨大差异。

更为复杂的是，越来越多的激光雷达厂商（预估有70~80家）挤占了该市场。并购行为大量涌现。部分激光雷达公司通过选择SPAC（特殊目的收购公司）的方式获得了改变现状的新生机。许多初创企业将SPAC视为融资和进入公开股票市场的另一种方式。

全球激光雷达企业上市进展（麦姆斯咨询总结）

更为扑朔迷离的在激光雷达应用市场。由于各家激光雷达厂商所追求的技术不同，汽车制造商和汽车一级供应商（Tier 1）在如何将激光雷达应用于各类场景方面也存在分歧。

“我们最近采访了部分激光雷达厂商，他们表示，每家汽车原始设备制造商（OEM）和汽车一级供应商均有着不同的要求（视场角、探测距离等参数，以及安装激光雷达的位置）。”Yole固态光源和光源系统分析师Pierrick Boulay在接受EE Times采访时表示。

“这不会是一家独大的市场。”AEye首席营销官Stephen Lambright表示。Lambright指出，“许多激光雷达公司仍在试验更多想法，这与生物技术行业状况非常相似。”

当然，将激光雷达与生物技术等同，让人很难安心。

但汽车行业对激光雷达的需求是真实存在的。Lambright发现，仅在ADAS领域，AEye就收到了15~16份不同激光雷达的报价请求，这些需求都是针对计划在2025~2026年生产的ADAS汽车。Lambright指出，“尽管激光雷达市场出现了分化，但汽车制造商将在18个月内下注未来四至五年的激光雷达产品部署。”

本文将主要介绍当前和未来激光雷达市场发展情况，包含AEye等成熟企业和Opsys等初创企业情况。

激光雷达的技术分析

检验激光雷达技术多样性的最佳方法是绘制一张二维图表：一个维度是成像，另一个维度是测距。从机械式、MEMS、光学相控阵到闪光式（Flash），激光雷达的成像技术千差万别。同时，测距技术也五花八门，主要有脉冲测距、调频连续波（FMCW）测距以及相移测距。

不同激光雷达使用的光源不同。大多数激光雷达制造商使用905 nm的边发射激光器和雪崩光电二极管（APD），因为这些器件易于量产。还有部分激光雷达制造商，例如Luminar，已经开始使用1550 nm的全光纤激光源。全光纤激光源面临的挑战是降低成本。然而，1550 nm激光器在符合人眼安全标准下能够实现更长的测量距离。困扰905 nm激光器的主要问题，除了分辨率低和测量距离短外，人眼安全问题是关键。

但是，边发射激光器（EEL）和光纤激光器并不是唯一的选择。目前，激光雷达公司正在迅速采用垂直腔面发射激光器（VCSEL），该器件是由苹果公司最先应用在iPad Pro 11的激光雷达扫描仪引发热潮的。德国Ibeo采用奥地利ams的VCSEL技术设计了新款固态激光雷达，并与中国长城汽车签订供货合同，计划于2022年发布。Ouster则是从机械式激光雷达起家，去年宣布将VCSEL与单光子雪崩二极管（SPAD）相结合，推出用于ADAS的激光雷达，计划于2024年量产。以色列Opsys也在开发一款固态扫描式激光雷达，该激光雷达采用完全可寻址的VCSEL和SPAD探测器，计划将于今年发布。该款Opsys激光雷达的探测距离为200米，扫描频率为1000 Hz。

不同激光雷达技术的利弊分析

激光雷达技术的发展历程经历着从机械式到MEMS，再到Flash和FWCW。然而，这种发展并非是简单的直线式进程。

例如，许多机械式激光雷达至今仍占据市场主导地位，很大程度上是因为它们成本更低。然而，Boulay指出，机械式激光雷达最大的缺点是，机械部件可能成为故障的来源。而MEMS激光雷达的主要优势就是体积小。Boulay认为，MEMS激光雷达的固态化使其更加可靠，但这类激光雷达仍然使用了微小的活动部件。

相比之下，Flash激光雷达没有任何活动部件。Boulay补充道：“全固态被认为更为可靠，但目前这一代Flash激光雷仍然受制于其有限的探测范围。”

Yole将FMCW技术放入了研发一类，称之为“待定”。Boulay认为，“预计在2025年之前，FMCW激光雷达不会实现量产。”去年，Waymo公司曾谈到未来自产的FMCW激光雷达。最引人注目的是，Mobileye今年年初讨论了FMCW，称它是其正在研发的全自动驾驶汽车激光雷达的选择。

相干探测比直接探测灵敏得多，而且性能更佳，如单脉冲速度测量与眩光及其他光源（包括其他汽车使用的激光雷达）的抗干扰性。然而，Boulay解释道，FMCW激光雷达面临的严峻挑战包括“硅光子学的制造能力”以及技术成本。然而，Mobileye认为自己可以通过利用英特尔的硅光子学专业技术（包括其自有代工厂、制造能力以及知识产权）来克服这一难点。

激光雷达当前的技术成果

预测激光雷达市场发展趋势的最佳方法就是研究当前的技术成果。目前宣布搭载激光雷达的车型包括：法雷奥（Valeo）激光雷达——奥迪A8、法雷奥（Valeo）激光雷达——奔驰、Innoviz激光雷达——宝马，以及Luminar激光雷达——沃尔沃。虽然这里提到的许多技术成果都是在ADAS或全自动驾驶汽车上搭载的某款激光雷达，但最新趋势是汽车制造商直接将短程、中程和远程激光雷达融合在同一辆汽车上。
 

ADAS激光雷达发展路线图
（图片来源：Yole）

ADAS激光雷达典型用例：雷克萨斯汽车部署了4台激光雷达（1台日本电装 + 3台大陆集团），现代汽车部署了2台激光雷达（原来是Velodyne，现正换为法雷奥），本田汽车部署了5台法雷奥激光雷达，长城汽车部署了3台Ibeo激光雷达。融合是自动驾驶汽车的新趋势。Boulay透露，雷克萨斯汽车将部署1台日本电装的远程激光雷达，同时部署3台大陆集团的中程激光雷达。

ADAS汽车采用的新激光雷达技术主要包括MEMS、光纤激光器以及用于Flash激光雷达的SPAD阵列。

“高速公路自动驾驶”时代来了！

直到几年前，激光雷达还被认为是一项昂贵的技术，只有机器人出租车（Robotaxi）行业才能负担得起。现在情况已经改变。尽管Elon Musk曾有一句名言，称激光雷达是“愚蠢的差事”，但如今激光雷达已成为新型ADAS汽车的首选。

从原始设备制造商的询价情况来看，ADAS市场对“高速公路自动驾驶”的需求正在攀升。AEye的Lambright解释道，原始设备制造商希望ADAS汽车能让驾驶员“充满信心地”将手从方向盘上移开。Lambright补充：“我们从原始设备制造商了解到，在高速公路上快速行驶的自动驾驶汽车，需要能够探测150至200米以外的如轮胎、砖块等可能存在的小物体。”

虽然小于300米的探测距离对于许多应用来说都够了，但激光雷达应用仍渴求能够实现探测精度更高、距离更远，以便提升其性能和安全性。

Lambright表示，高速公路场景的自动驾驶汽车可能会被纳入SAE的L3级，这种情况下，汽车与驾驶员之间的切换就“变得至关重要”。他指出，“自动驾驶汽车能够探测的距离越远，就能给驾驶员更多的时间完成接管，并提供安全的解决方案。”Lambright将“远距离小目标探测”视为“原始设备制造商为激光雷达设计提出的主要挑战”。

VSI Labs是一家专注于主动安全和自动驾驶控制技术的应用研究公司，近日在美国加州拜伦监督了AEye激光雷达性能测试的全过程。VSI Labs的验证报告证实，AEye激光雷达可探测1000米处未改装的雪佛兰Bolt车上的几十个点。

VSI Labs负责人Phil Magney表示，“我们认为激光雷达能够探测到1公里的物体是难以置信的。此前我们还从未见过这样的情况。”

Magney认为，在高速公路自动驾驶方面，激光雷达与其他传感器相比，其他传感器存在的主要问题有：“摄像头探测距离不够远。来自摄像头的信息是估算出来的。”雷达能否弥补这一问题？“尽管雷达很好，但在横向定位方面的表现很糟糕。”因此，激光雷达是“一种能给出精确判断的传感器”。
 

应用场景对激光雷达位置及规格的影响示例
（图片来源：Yole）

但是，如果一辆在高速公路自动驾驶的ADAS汽车必须改变车道，Boulay明确表示，需要在车辆侧面安装中短程激光雷达。

多场景应用要求激光雷达更具灵活性

考虑到激光雷达的多种应用场景，在架构、波长和视场角等方面的灵活性设计变得愈加重要。

尽管Opsys不是第一家追求高性能SPAD和VCSEL的激光雷达公司，但该公司声称，其Micro-flash激光雷达可提供比Flash激光雷达分辨率和扫描速率高四倍的性能。Opsys董事会执行总裁Eitan Gertel在接受采访时表示，将推出一款纯固态Micro-flash激光雷达，探测距离为200米，并且能以每秒1000帧的速度进行全视场角扫描。

Opsys的Micro-flash激光雷达介绍
（图片来源：Opsys）

“Opsys比Ouster更年轻，”Boulay指出，“但Opsys也拥有深厚的技术背景。Opsys的领导团队来自光通信器件和子系统制造商Finisar，他们是光电系统方面的专家，对自己公司的产品非常了解。”Opsys执行总裁Eitan Gertel曾在2008年至2015年期间担任Finisar的首席执行官。

Opsys的Micro-flash激光雷达的关键技术是将多种基础传感器整合到一台激光雷达系统中，提供了集成的单幅4D点云并具备灵活的视场角。Gertel表示，该特点使得Micro-flash激光雷达“可定制”，对于汽车制造商和汽车一级供应商来说，他们需要为不同类型汽车提供不同视场角的激光雷达。

更胜一筹的是，Opsys的多波长专利技术可实现在一辆汽车上安装多种传感器，并且相互不受干扰。

激光雷达应该安装在汽车的什么位置？

最后但同样重要的一点，无论是从外形美观还是从实际探测精度考量，激光雷达的安装位置都非常重要。“我们通常将激光雷达安装在车辆顶部。”VSI Labs的Magney表示，“但当我们开车遇到雨雪天气时，激光雷达将可能是第一个无法使用的传感器。”

Magney继续解释道，“这很大程度上与传感器能够产生多少热量来融化冰冻物质有关。但是当激光雷达在汽车顶部时，就会完全暴露在恶劣天气中。这种情况下，传感器清洁就成了一个问题。”

VSI Labs在评估AEye激光雷达的性能时，令其印象深刻的是，AEye可将激光雷达置于挡风玻璃后，这对激光雷达性能的影响很小。AEye表示，测试结果发现安装在挡风玻璃后的激光雷达性能下降了不到10%。AEye的Lambright猜测，考虑到玻璃（尤其是挡风玻璃）的色散性非常强，可能会对依靠频率的FMCW激光雷达产生“巨大干扰”。

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