華為12月首次面向行業(yè)正式發(fā)布車規(guī)級高性能激光雷達產(chǎn)品和解決方案。這是一款96 線中長距激光雷達產(chǎn)品，可以實現(xiàn)城區(qū)行人車輛檢測覆蓋，并兼具高速車輛檢測能力，更符合中國復(fù)雜路況下的場景。華為的激光雷達產(chǎn)品在性能與可靠性方面都滿足車規(guī)級要求，依托在光通訊領(lǐng)域積累的精密制造能力以及先進工藝裝備實驗室，華為快速建立了第一條車規(guī)級激光雷達的第一條Pilot 產(chǎn)線，已按照年產(chǎn)10 萬套/線推進產(chǎn)能，以適應(yīng)未來大規(guī)模量產(chǎn)需求。

激光雷達的市場格局

市場總量：根據(jù)咨詢機構(gòu) Yole 的數(shù)據(jù)，在 2020 年，全球激光雷達出貨量大約為 34 萬個，用于智能駕駛的大約 20萬個；全球激光雷達的銷售額約 12.95 億美元，智能駕駛相關(guān)的銷售額大約為 9500 萬美元。

至 2025 年，全球激光雷達的出貨量有望達到 470 萬個，其中用于智能駕駛的大約 340 萬個；全球激光雷達銷售額有望達到 61.9 億美元，智能駕駛相關(guān)的銷售額大約為 15.35 億美元。

主要玩家：激光雷達目前國外巨頭主要是 Velodyne、Ibeo 和 Quanergy 三家。國內(nèi)除華為外，還有禾賽科技、速騰科技、鐳神、一徑科技、思嵐科技等。著名無人機企業(yè)大疆內(nèi)部孵化的 Livox 于 2020 年發(fā)布了兩款激光雷達產(chǎn)品，售價分別為 6499 元和 9000元，線數(shù)分別等效于傳統(tǒng) 64 線和 128 線。

車載激光雷達的定位：華為汽車業(yè)務(wù)在“云-管-端”的架構(gòu)下，發(fā)力智能駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)、智能座艙、智能電動、智能車云五大模塊，其中智能駕駛對應(yīng)“端”。智能駕駛的工作原理是通過激光雷達、毫米波雷達等感知層硬件來探測汽車周圍的環(huán)境，獲取數(shù)據(jù)后傳輸至決策層進行處理判斷，最后由執(zhí)行層硬件具體控制車輛的行駛活動。

激光雷達是智能駕駛感知層的的關(guān)鍵傳感器，是目前實現(xiàn) 3D 空間建模的必備硬件。相比于毫米波雷達和攝像頭，激光雷達在目標輪廓測量、角度測量、光照穩(wěn)定性、通用障礙物檢出等方面都具有出色的性能表現(xiàn)。

華為激光雷達定位前裝量產(chǎn)：華為激光雷達產(chǎn)品的研發(fā)始于 2016 年，在調(diào)研主流車企對激光雷達產(chǎn)品的需求后，華為明確了研發(fā)攻關(guān)方向，即做一款性能優(yōu)越，符合車規(guī)級標準，能夠大規(guī)模前裝量產(chǎn)的激光雷達。在研發(fā)過程中，華為的激光雷達首先具體分析了實際行駛過程中的難點場景，比如地庫場景、隧道場景等；然后，華為進一步明確了激光雷達的規(guī)格定義，對測距規(guī)格、水平 FOV 和垂直 FOV 規(guī)定了性能要求；最后，華為考慮了激光雷達實際安裝適配的問題，對安裝數(shù)量、安裝位置、環(huán)境適應(yīng)性問題制定了具體的解決方案。

華為激光雷達產(chǎn)品實現(xiàn)了性能、成本、可靠性三方面的平衡。

在前文中我們已經(jīng)提到，按掃描方式劃分，激光雷達可分為 MEMS、Flash、相控陣、機械旋轉(zhuǎn)式四類。根據(jù)2020年世界知識產(chǎn)權(quán)組織對華為激光雷達技術(shù)專利的披露，華為的產(chǎn)品應(yīng)該屬于 MEMS 激光雷達，并且采用多線程微振鏡激光測量模組技術(shù)進行了改進。

MEMS 激光雷達的特征：MEMS 激光雷達與機械激光雷達相比，有三大優(yōu)勢。

1）機械結(jié)構(gòu)簡化：微振鏡幫助 MEMS 激光雷達拜托了馬達、多棱鏡等機械裝置，毫米級尺寸的微振鏡縮減了激光雷達的尺寸；

2）成本降低：微振鏡的引入可以有效降低激光器和探測器的需求數(shù)量，機械激光雷達的發(fā)射模組數(shù)量與線數(shù)完全同步，但是 MEMS 僅需一束激光光源就可以通過微振鏡反射來實現(xiàn)多線數(shù)的效果；

3）分辨率高：MEMS 微振鏡可以精確控制光線角度，而機械激光雷達僅可以調(diào)整馬達轉(zhuǎn)速。同時，MEMS 激光雷達由于只采用一組激光發(fā)射和接收裝置，激光功率較低，也存在著信噪比較低、有效距離較短和 FOV 較窄的問題。

激光雷達是 L3-L5 級別智能駕駛的核心零部件，從 L3 級別開始應(yīng)用，部分外資廠商生產(chǎn)的 64 線激光雷達價格高達 8 萬美元。華為的 96 線激光雷達目前的成本大約在數(shù)百美元，未來計劃將成本壓縮至 200 美元。

目前常見的車載激光雷達都是置于車頂，在華為的智能駕駛解決方案中，每輛車需要大約3 個激光雷達，將分布在車頭前格柵處和車前左右兩側(cè)輪眉上方。

華為激光雷達產(chǎn)品實現(xiàn)了功率與成本的平衡：華為針對 MEMS 激光雷達功率較低的問題，采用多線程微振鏡激光測量模組技術(shù)做了改進。華為借鑒了機械激光雷達的做法，采用了多個發(fā)射和接收組件，利用 MEMS 振鏡的垂直掃描密度易于控制的優(yōu)點，使同線數(shù)下的華為產(chǎn)品所含有的激光發(fā)射接收模組的數(shù)量處于機械激光雷達和 MEMS 激光雷達之間，在提升功率和控制成本之間實現(xiàn)了平衡。

華為的這種技術(shù)模式可以快速推出多種用途的激光雷達，適應(yīng)不同的市場需求。華為的激光雷達定位為中距激光雷達，最遠可達到大約 150 米的探測距離，其水平視野可達到FOV120 度的視角。

華為重構(gòu)了激光雷達的核心部件：得益于 ICT 領(lǐng)域光學(xué)設(shè)計、信號處理、整機工程等長期積累，華為重構(gòu)了激光雷達的核心部件，包括發(fā)送模塊，接收模塊和掃描器。

比如：華為選擇微轉(zhuǎn)鏡掃描器架構(gòu)，不是簡單的做微轉(zhuǎn)鏡，而是解構(gòu)了電機、軸承等關(guān)鍵部件，通過精準的掃描控制，提升點云精度的穩(wěn)定性與一致性；收發(fā)端華為通過精準的光路控制，精巧的電路設(shè)計來提升收發(fā)模塊的光電轉(zhuǎn)換效率。

華為激光雷達產(chǎn)品的可靠性滿足多項車規(guī)級要求：華為車載激光雷達的可靠性不僅來源于車規(guī)級器件選型、還依賴整體架構(gòu)設(shè)計以及海量可靠性測試驗證。電機作為核心部件，車規(guī)能力一直是行業(yè)關(guān)注的重點，華為憑借了 20 年深厚的機電能力積累和 25 億次電機可靠性測試經(jīng)驗，設(shè)計了滿足車規(guī)要求的激光雷達掃描電機。

此外，針對車規(guī)要求的高低溫濕熱，水壓、振動、鹽霧、人眼安全、EMC（電磁兼容）、碎石沖擊等場景，華為都嚴格按照 ISO 國際標準執(zhí)行，甚至基于 TOP 車企的特殊要求，做了更加嚴苛的測試。華為有信心成為全球第一個真正車規(guī)的高線束激光雷達的供應(yīng)商。

華為激光雷達具有強大的清洗與加熱功能：在激光雷達被臟污覆蓋的場景下，可使用智能清洗系統(tǒng)，華為做了大量測試來驗證不同的噴嘴、不同的位置、不同水壓的清洗效果。由于行駛過程中也需要清洗，為了很好地測試這個場景，華為自主設(shè)計了智能清洗風(fēng)洞系統(tǒng)，模擬在 130km/h 下清洗能力，然后再測試不同的噴嘴和壓力對清洗效果的影響，得到寶貴的一手數(shù)據(jù)。除了智能清洗系統(tǒng)外，華為也開發(fā)了智能加熱系統(tǒng)。在被霜、霧、凝露、薄冰覆蓋的場景，激光雷達內(nèi)置的智能加熱系統(tǒng)會自動啟動。

華為激光雷達產(chǎn)品有望配套長安、北汽：在 2020 年廣州車展前，長安汽車董事長宣布，將攜手華為、寧德時代，一起打造高端智能汽車品牌。在其公布的長安方舟架構(gòu)中，將預(yù)留 36 個傳感器，其中包含 5 個激光雷達。

在 2020年 11 月的“互聯(lián)網(wǎng)汽車烏鎮(zhèn)夜話”論壇上，北汽 ARCFOX BU 總裁透露，北汽和華為聯(lián)合打造了 ARCFOX 極狐最新款產(chǎn)品 HBT。新車搭載 3 顆 96 線激光雷達、6 個毫米波雷達、12 個攝像頭、13 個超聲波傳感器，華為提供的芯片算力達到 352 萬億次每秒。

華為激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈布局：華為哈勃在激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈上主要投資了分別為縱慧芯光(VCSEL 芯片）、炬光科技（激光雷達發(fā)射端）、南京芯視界（SPAD）、裕太微電子(汽車以太網(wǎng) PHY)。

1）縱慧芯片的產(chǎn)品 VCSEL 芯片是激光雷達的光源。作為一種光電半導(dǎo)體，VCSEL 廣泛應(yīng)用于智能手機、數(shù)據(jù)通信、激光雷達等領(lǐng)域。縱慧芯片同時也是華為手機 ToF 光源的主要供應(yīng)商，自有 6 寸外延產(chǎn)線。

2）南京芯視界的產(chǎn)品有單光子雪崩二極管 SPAD（接收器），SPAD 對光具有高敏感度，裝配 SPAD 的激光雷達可以準確探測低反射率的物體，例如暗色著裝的行人等。

3）裕太微的主要產(chǎn)品是汽車以太網(wǎng) PHY 芯片，汽車以太網(wǎng)也是新型汽車電子電器架構(gòu)的主干網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng) PHY 不止用在激光雷達中傳輸點云數(shù)據(jù)，在毫米波雷達、智能座艙、自動駕駛域控制器上均有應(yīng)用。

華為里程碑：華為早在 2014 年就成立了“車聯(lián)網(wǎng)實驗室”，致力于汽車互聯(lián)化、智能化、電動化和共享化的技術(shù)創(chuàng)新，延伸華為“端、管、云”的 ICT 能力，面向智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車的應(yīng)用場景儲備技術(shù)。2019 年 5 月華為正式成立智能汽車解決方案 BU，進一步明確了自身的定位和業(yè)務(wù)邊界：華為不造車，聚焦 ICT 技術(shù)，提供智能網(wǎng)聯(lián)汽車增量部件，幫助車企造好車。如今，華為自主研發(fā)的激光雷達產(chǎn)品正式發(fā)布，是華為在智能駕駛感知層零部件的重大突破，構(gòu)成了華為汽車業(yè)務(wù)體系的重要一環(huán)。

激光雷達的性能優(yōu)勢：分辨率高，信號精度高，3D 空間建模

各類傳感器的性能優(yōu)劣：智能駕駛感知層的主要硬件有攝像頭、毫米波雷達和激光雷達，其中激光雷達性能最優(yōu)、成本最高，是目前實現(xiàn) 3D 空間建模的必備硬件。這三種感知硬件可以同時使用，通過卡爾曼濾波算法實現(xiàn)融合傳感：

1） 攝像頭是視覺影像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，適用于目標分類，比如交通信號燈分類、車道檢測等，探測精度一般，可實現(xiàn)車道偏離預(yù)警、全景泊車等較為基礎(chǔ)的 ADAS 功能；

2） 毫米波雷達的波長介于厘米波和光波之間，兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點，能夠大范圍檢測車輛的運行情況，可實現(xiàn)自適應(yīng)巡航、自動緊急剎車等 ADAS 功能；

3） 激光雷達性能最優(yōu)，分辨率高，精度極高，抗有源干擾能力強，可以通過點云數(shù)據(jù)實現(xiàn) 3D 空間建模，即使在夜間仍能準確檢測障礙物。

各類傳感器的價格與用量：車載攝像頭的價格近年來持續(xù)走低，2010 年市場價大約 300 元，2014 年降至大約 200元，目前部分車載攝像頭價格已低至 100 元以內(nèi)，要實現(xiàn)全套 ADAS 功能，單車至少需要配備 5 個攝像頭。

毫米波雷達按頻率劃分主要有 24GHZ 和 77GHZ 兩種，價格分別大約為 500 元和 1000 元,要實現(xiàn)全套 ADAS 功能一般至少需要“1 長+4 短”共 5 個毫米波雷達。

激光雷達的原理：激光雷達（LiDAR, Light Detection and Ranging)是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱，是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)，由激光發(fā)射機、光學(xué)接收機、掃描系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等組成。

其工作原理是向目標發(fā)射探測信號(激光束)，然后將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發(fā)射信號進行比較,作適當處理后,即可獲得目標的有關(guān)信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù),從而實現(xiàn)對目標進行探測、跟蹤和識別。激光雷達生成的通常是點云數(shù)據(jù)。

四個系統(tǒng)，九個指標：從激光雷達內(nèi)部的運轉(zhuǎn)流程來看，可以劃分為四大系統(tǒng)。

1）激光發(fā)射系統(tǒng)：激勵源驅(qū)動激光器按一定周期發(fā)射激光脈沖，激光調(diào)制器通過光束控制器對激光的方向和線數(shù)進行調(diào)試，然后通過發(fā)射系統(tǒng)將激光射向目標；

2）激光接收系統(tǒng)：光電探測器接受目標物體反射回來的激光，產(chǎn)生接收信號；3）信息處理系統(tǒng)：接收信號經(jīng)過放大處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換，由信息處理模塊進行分析計算，獲取目標表面形態(tài)、物理屬性等數(shù)據(jù)并建立 3D 空間模型。

4）掃描系統(tǒng)：以穩(wěn)定的速度進行旋轉(zhuǎn)，同時對所在平面的掃描，獲取實時的平面圖信息。此外，一款激光雷達的性能具體可以從九個維度去做評估。

激光雷達的分類：激光雷達集激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）、和 IMU（慣性測量裝置）三種技術(shù)于一體，具有廣泛的應(yīng)用場景，可以按照功能用途、工作介質(zhì)、激光發(fā)射波形、探測方式、線數(shù)、掃描方式、載荷平臺等方式進行多種分類。

激光雷達的五項關(guān)鍵技術(shù)

測距技術(shù)：激光雷達主要有兩種測距方法，一種是基于時間的測量方法飛行時間法（TOF），主要有脈沖式和三角式）；另一種是不基于時間的測量方法，主要是相位式和調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）。

1）脈沖式，也叫直接式，通過公式距離=光速 X 激光往返時間/2 即可測得目標距離。

2）三角式，也叫間接式，將光源、被測物、接收系統(tǒng)三點組成一個三角形光路，接收系統(tǒng)接收來自于被測物面的散射光，并將其成像在光電探測器敏感面上，通過光點在敏感面上的位移，從而計算出被測物的移動距離。

3）相位式，將一調(diào)制信號對激光光強進行調(diào)制，通過測量相位差來間接測量往返時間，計算公式為距離=信號波長/2X 相位差/(2 π)。

4）調(diào)頻連續(xù)波，通過比較反射信號與發(fā)射信號頻率的方法來得到目標的距離信息。脈沖式和三角式難度較大，精度也較低，相位式適用于終端距離測量，是目前精度最高的一種方式。

發(fā)射技術(shù)：激光的發(fā)射需要激光發(fā)射器與透鏡系統(tǒng)協(xié)同完成。

1）激光發(fā)射器有半導(dǎo)體激光器、固體激光器、光纖激光器和二氧化碳氣體激光器四種類型。無人駕駛大多采用半導(dǎo)體激光器，分為激光由邊緣發(fā)出的邊發(fā)射激光器（EEL）和激光垂直于頂面的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）。垂直腔面發(fā)射激光器，其出射光束圓形對稱，光能轉(zhuǎn)換效率高，光源具有高度一致性和高指向性等優(yōu)點，被業(yè)界看好。

2）透鏡系統(tǒng)，一般由準直鏡、擴束鏡和輔助光學(xué)系統(tǒng)組成。準直鏡是為了解決激光器準直輸出問題，擴束鏡為了解決激光發(fā)散角問題，而輔助光學(xué)系統(tǒng)為了解決激光束偏振太難控制、光隔離等問題。

掃描技術(shù)：激光雷達的掃描技術(shù)直接關(guān)系到 3D 空間模型的搭建，可以分為掃描式和 Flash 面陣式兩種。

1）掃描式激光雷達具體有三種技術(shù)路徑可以實現(xiàn)：機械式掃描是將激光雷達安裝在車頂以一定的速度旋轉(zhuǎn)，在水平方向采用機械 360°旋轉(zhuǎn)掃描，在垂直方向采用了定向分布式掃描；MEMS（微電機系統(tǒng)）微鏡是把所有機械部件集成到單個芯片上，利用半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，以電的方式來控制光束；固態(tài)掃描，采用光學(xué)相控陣（OPA）技術(shù)，由元件陣列組成，通過控制每個元件發(fā)射光的相位和振幅來控制光束。

2）Flash 面陣式，用激光器同時照亮整個場景，對場景進行光覆蓋，一次性實現(xiàn)全局成像。目前 MEMS 和 Flash 技術(shù)越來越受到激光雷達廠商的重視，有望逐步取代傳統(tǒng)的機械式激光雷達。

探測技術(shù)：目前有兩種主流的探測技術(shù)，即直接探測法與相干探測法。

1）直接探測法，利用探測器的光電轉(zhuǎn)換功能直接實現(xiàn)對光信號的信息解調(diào)，系統(tǒng)簡單但是精度較低；

2）相干探測法，額外添加一路激光輸出，對信號進行混頻分析，靈敏度和精度較高，但是系統(tǒng)比較復(fù)雜。激光探測的核心器件是光電探測器，能把光能轉(zhuǎn)換成一種便于測量（電壓或電流）物理量的半導(dǎo)體器件，主要有 PIN 光電二極管、雪崩二極管（APD）、單光子雪崩二極管(SPAD)和硅光電倍增管(SiPM)等。

數(shù)據(jù)處理技術(shù)：激光雷達數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)是對信號進行分析計算，完成三維圖像重構(gòu)。目前主要采用大規(guī)模集成電路和計算機完成，可利用 FPGA 技術(shù)（Field Programmable Gate Array）和高速 DSP 等完成。

我們認為，華為入局對國內(nèi)智能汽車生態(tài)整體利好，有望發(fā)揮現(xiàn)有手機電子算法優(yōu)勢，結(jié)合資金、人才優(yōu)勢，將原來掌握在國際巨頭谷歌、英偉達、Velodyne 等手中的智能汽車關(guān)鍵要素國產(chǎn)化，同時帶動產(chǎn)業(yè)鏈上游硬件企業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈軟件合作企業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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