激光雷达行业研究包报告

激光雷达行业研究包报告1.激光雷达：智能化利器，迎来高速发展黄金期1.1L3进阶下，汽车智能化之利器当前汽车产业呈现出“新四化”趋势，即所谓的电动化、网联化、智能化和共享化。在这四个趋势中，电动化为基础，网联化可实现大数据的收集，助力实现智能化出行，最终达到自动驾驶的终极目标。所谓自动驾驶的终极形态是摆脱人的控制，通过电脑系统实现汽车的自动安全稳定运行。从自动驾驶的硬件结构来看，可分为感知层、决策层和控制层三个层次，其中感知层是前提和基础。L3级别是进入完全自动驾驶的开始阶段，对于车身周围环境信息感知要求将明显提高，激光雷达重要性开始凸显，是实现智能化升级的利器。由于绝对的无人驾驶/自动驾驶在实现路径上无法在短期达到最终形态，根据美国SAE协会标准，自动驾驶根据其自动化程度的不同分为了L0-L56个等级。L0级：即传统汽车，由驾驶员完全掌控车辆。L1级：驾驶操控为主，系统适时辅助。特定的时候系统会介入，如ESP电子车身稳定系统或ABS防锁死煞车系统，主要用于提高行车安全性。L2级辅助驾驶：部分自动化，驾驶者仍需专心于路况，目前主流车厂都可以实现。L1级别自动驾驶仪主要辅助油门和刹车，L2级别加入方向盘，可以实现高速路的快速行车和驾驶员在车内的自动泊车等新功能。当前主流车厂均可实现L2级别自动驾驶。L3级半自动驾驶：有条件自动控制，该系统可自动控制车辆在大多数路况下，驾驶注意力不需专注于路况，但当系统发出请求时，驾驶员必须重新取得驾驶控制权，因此驾驶员仍无法进行睡觉或者深度休息。L4级高度自动驾驶：在某些环境和特定条件下，能够完成驾驶任务并监控驾驶环境。L5级完全自动驾驶：全自动化，人类完全成为乘客。根据上述分类，自动驾驶系统（ADS）通常是指L3-L5级别，当前主流车厂已经突破L2级别，陆续向L3级别进行突破，进入真正自动驾驶的初步阶段。当前自动驾驶处在L2级向L3级别过渡阶段，激光雷达配置方案是大部分主流厂商的选择。当前L3级的发展路线，大部分车厂是在高速L2上面做升级。L3与L2的差异更多是让车辆负责主要周边监控，人类驾驶员只是部分复杂场景主导，因此到L3更强调感知层的作用，利用传感器准确传输驾驶周围信息。目前在L3级别感知层的实现路径上，主要有以下两种类型：1）视觉路线：特斯拉选的方案，强调“弱硬件强算法”，即对硬件传感器要求较低，一般只需要摄像头和毫米波雷达即可，但对算法要求极高。视觉方案的优点在于硬件已经较为成熟，成本低，但由于摄像头捕捉到的环境信息为2D的，需要利用算法将2D信息转化为3D呈现；同时毫米波雷达探测角度小，远距离探测能力一般，仍需要优异的算法进行弥补。因此这种视觉解决方案对厂商的算法能力要求非常高，而算法的搭建需要海量的数据作为基础，目前业内只有特斯拉具备完全自主软硬件算法的掌握与开发能力，且在数据储备、商业化变现等方面占据较为明显的优势，因此视觉方案是特斯拉选择的部署方案。2）激光雷达路线：除特斯拉外，大部分主流车厂选择的方案，强调“强硬件弱算法”，是实现弯道超车的利器。激光雷达方案就是在原来摄像头、毫米波雷达视觉方案的基础上增加了激光雷达，可以实现远距离、全方位探测，收集到的数据更加全面和立体，因而对于后期算法处理能力要求有明显降低。在自动驾驶这个领域里，特斯拉具备较为明显的先发优势，而其他传统车厂或者新势力厂商大多起步较晚，在较短时间里无法用到类似特斯拉一样的强大的算法能力。而通过强化硬件部署能力，弱化算法层要求，既可以加快达到L3级自动要求，又有希望在新一轮竞争中实现弯道超车。因此目前来看，在车身传感器中增加激光雷达是除了特斯拉以外大部分主流车厂的共同选择。基于以上分析可知，当前自动驾驶已经逐步步入L2+、L3阶段，对于车身周围环境信息感知要求将明显提高，对于除了特斯拉以外的大部分主流车厂，搭载激光雷达的配置方案是其共同选择，因而汽车行业对于激光雷达的需求将开启高速发展阶段。1.2技术成熟+成本下行，激光雷达发展提速两个因素造成激光雷达加速渗透，一是技术成熟，二是成本下行。激光雷达发展历史：起源于激光器，2019年后行业开始进入快速发展阶段。阶段一（1960-2000年起源阶段）：激光雷达是利用激光器发出的激光进行探测，世界上第一台激光器诞生于1960年，此后激光技术实现持续发展。早期激光雷达主要用于科研及测绘项目，直到1970年后才实现应用领域的拓展，如Sick（西克）及Hokuyo

（北洋）等厂商推出的2D扫描式单线激光雷达产品被应用于工业测量以及早期的无人驾驶研究项目。阶段二（2000年后商业化起步阶段）：2000年后激光雷达系统架构得到拓展，2004年开始的美国国防高级研究计划局无人驾驶挑战赛（DARPAGrandChallenge）推动了无人驾驶技术的快速发展并带动了高线数激光雷达在无人驾驶中的应用，由于能够完成比赛的参赛队伍大都使用Velodyne的高线数激光雷达，因此这类激光雷达在无人驾驶中的应用前景开始得到广泛的重视。车载激光雷达的车规化发展也在该时间段起步。2010年Ibeo同Valeo（法雷奥）合作进行车规化激光雷达SCALA的开发，SCALA为基于转镜架构的4线激光雷达，经过多年的测试和验证，于2017年实现量产。阶段三（2019年后提速发展阶段）：随着激光雷达技术方案的不断创新和发展，其在无人驾驶方面项目规模不断扩大，并陆续进入商业化上车测试，2019年后激光雷达进入发展的提速阶段。技术路线：激光雷达从机械式向固态进行迁移，逐步满足车规要求。根据扫描方式的不同来分，当前激光雷达可分为机械式、半固态（转镜、MEMS型等）和固态型（Flash和OPA型等）三大类。机械旋转式虽方案成熟，但较难通过车规认证，混合固态是当前主流方案。机械旋转式激光雷达是发展最早的激光雷达，其工作原理是通过内部的马达带动激光束进行水平方向360°旋转扫描。机械激光雷达由于是通过机械部件进行旋转扫描，因此其体积一般较大，难以实现集成，同时由于存在运动部件，激光雷达的可靠性差且寿命短，较难通过车规级认证。混合固态激光雷达处于机械式和全固态之间，主要分为转镜、MEMS微振镜和棱镜三种，其中转镜激光雷达是最早上车量产方案。这种方案是指反射镜的镜面围绕圆心不断旋转扫描激光的方法，2017年，奥迪发布的全球首款量产的L3级自动驾驶汽车A8上搭载的激光雷达使用的就是转镜结构。MEMS虽然没有机械式激光雷达探测角度范围大，但其具备良好的性能、探测距离及高分辨率，同时体积减小、可靠性提高且成本可实现明显降低，目前有望成为作为下一个上车量产方案。固态式激光雷达：激光雷达长期演进方向，技术仍未完全成熟。固态式激光雷由于内部有没有需要旋转和可动的扫描部件，可实现高集成度，且更易满足车规级设备在连续振动、高低温、高湿高盐等环境下连续工作的要求。固态激光雷达主要有OPA光学相控阵和Flash闪光激光雷达两种。成本端：激光雷达价格已呈现下降趋势。成本较高是激光雷达一直未得到大面积普及的原因之一，最早一代的机械旋转式激光雷达在刚推出的时候，如Velodyne的机械式激光雷达产品单价往往在万元美金以上。最近几年，激光雷达的单价已经开始出现明显下降。2020年CES展会期间，多家参展供应商发布低成本车载激光雷达，部分价格下探至1000美元以下。在CES2020展会期间，Velodye、速腾聚创、大疆等明星科技公司均推出新一代激光雷达：在激光雷达业界名气最盛的Velodyne推出新品Velabit，仅一副扑克牌大小，价格为100美元，全车需要装5个；大疆内部孵化出来的子公司览沃Livox新推出两款激光雷达Horizon和Tele-15，价格分别为999美元、1499美元，颇受市场关注（结合性能参数来看，大疆览沃激光雷达性价比并非第一）。从下表梳理中可以看出，大部分激光雷达供应商新推出的激光雷达价格都降至1000美元以下。从供给角度，技术（是否满足车规要求）和成本（是否可明显降低）是此前制约激光雷达大规模应用的核心因素，当前激光雷达技术路径不断清晰，后续将更易符合车规要求，同时成本已实现明显下降，结合当前较多车厂已经开始发布搭载激光雷达方案的智能车型，我们认为激光雷达将加速在汽车前装市场普及，加速汽车智联化进程。2.千亿蓝海：2022起量，5年CAGR超90%2.12022起量元年，商用产品加速落地2022年可视为激光雷达量产元年。将2022年视为激光雷达量产元年，主要出于以下2个判断：（1）多款搭载激光雷达的车型将在2022年量产，其中包括了小鹏、蔚来、非凡汽车等众多厂商；（2）2022年CES展上多家激光雷达厂商发布了多款车规级别激光雷达新方案，如速腾聚创、禾赛科技等。2022年CES展激光雷达厂商再次发布新品，MEMS方案已有过车规方案。2022年CES展，国内外主流激光雷达厂商几乎全部出席，包括Robosense（速腾聚创）、禾赛、Innovusion等国内激光雷达企业，以及Velodyne、Luminar、Ibeo等国外激光雷达企业。以国内厂商来看，速腾聚创和禾赛均已有过车规的方案。速腾聚创：发布全新128线产品，M1作为过车规方案，已和多家车厂签订合作。速腾聚创此次展会展示了最新128线机械扫描激光雷达产品，该产品主要用于L4级自动驾驶Robotaxi的主雷达，目前已有自动驾驶科技公司采用该产品。2021年上半年，速腾聚创的固态激光雷达M1经过一系列严格的车规测试，完成了SOP版锁定和车规级量产，成为全球唯一实现车规前装量产交付的第二代智能固态激光雷达，目前获得了来自比亚迪、广汽埃安、威马汽车、极氪、路特斯等企业的众多乘用车和商用项目定点订单，覆盖超跑、轿跑、SUV、重卡等各类车型。禾赛科技：发布新一代车规级激光雷达AT128，下半年量产。在CES2022期间，禾赛科技首次公开展出搭载新一代自研芯片的车规级半固态激光雷达AT128，并发布了全新近距超广角激光雷达QT128。目前，禾赛AT128已经获得超过全球数百万台的主机厂前装量产定点，包括理想、集度、高合、路特斯，并将于今年下半年全面量产交付；QT128则是一款为L4级robotaxi和robotruck等自动驾驶应用打造的补盲雷达，将于2023年第一季度量产交付。激光雷达主流厂商加速推出商用产品与上车量产规划，不断丰富车企的合作与落地。从中游厂商激光雷达厂商进展来看，一方面，各家都在强化产品布局，提高产品性能，MEMS方案和转镜方案是新品主要方向，另一方面，各家也在积极和车厂达成定点合作，加快产品落地。当下海外激光雷达厂商以Luminar、Innoviz、Velodyne等为代表，国内以速腾聚创、禾赛科技、图达通等为代表。2.2市场空间：千亿蓝海，未来五年行业CAGR超90%基于上述分析与未来趋势判断，我们对激光雷达市场空间进行中期（2025年）和远期（2030年）测算：中期：2025年，我们预计车载激光雷达全球市场规模超60亿美金。2022年激光雷达发展提速，新势力车厂+激光雷达厂商均有明显变化，对于智能辅助驾驶市场激光雷达市场规模可保持乐观。2021-2022年我们看到了更多积极变化的因素，具体表现在：1）众多激光雷达厂商在本年度发布新型方案，华为也开始加入激光雷达阵列，发布激光雷达方案的厂商明显增多；2）小米、苹果等新势力厂商同样加入智能汽车行业。我们认为新玩家的不断加入和现有玩家方案的快速更新迭代，有望加速智能驾驶演进的进程，激光雷达的渗透率有望实现快速增长。我们对于激光雷达2025年智能辅助驾驶市场规模测算如下：市场规模=乘用车市场销量∗前装渗透率∗单车配激光雷达个数∗激光雷达单价1）乘用车市场销量：根据乘用车市场信息联席会数据，2020年全球汽车销量总计7803万辆，同比下降13%（主要受疫情影响）。结合历史数据，我们近似假定2025年全球乘用车销量约为9000万辆（假设疫情影响消除，需求日渐恢复）。2）L3级别搭载激光雷达方案渗透率：根据汽车产业中长期发展规划、智能汽车创新发展战略等国家规划以及行业自身发展的规律等，预计2020年底，中国市场中L1/L2/L3级别自动驾驶汽车渗透率合计达到50%，L3级别开始进入市场；到2025年，各级别自动驾驶渗透率合计达到80%，其中L3级别为20%，L4级别开始进入市场。由于一般L2+/L3级别智能驾驶车辆才开始搭载激光雷达，同时考虑到目前特斯拉并不采用激光雷达方案以及全球各地渗透率进程不一。我们近似假定2025年全球L3级别车辆且配备激光雷达方案的渗透率为10%，即上述L3级渗透率的一半。3）单车搭载个数：根据目前发布的搭配激光雷达的车辆的配置情况来看，大部分车辆搭载的激光雷达的数量在1-3个之间（部分车型计划搭载4个），保守估计，我们假定2025年单车搭载的平均激光雷达个数为1.5个。4）激光雷达单价：2020年我们看到激光雷达的单价下探到1000美元附近。我们认为后续激光雷达还会继续保持单价下降趋势，假定2025年激光雷达平均单价下降到450美金。即使如此，较低的价格会对渗透率提升大有裨益。可测算出2025年全球智能辅助驾驶领域激光雷达的市场规模约为60.75亿美元，具体测算如下：年市场规模=万∗%∗.∗=.亿美元基于上述测算结果，根据第三方沙利文咨询机构数据，2019年车载激光雷达市场规模约为1.2亿美金，则2019-2025行业复合增速超90%。远期2030年：若激光雷达渗透率超30%，激光雷达市场空间超千亿人民币。1）关于全球车辆：考虑远期2030年全球人口增加和生活水平的提高，我们假定全球车辆需求有一定增长，保守假设增加至1亿辆；2）关于渗透率：根据数据，到2030年全球乘用车L1/L2级别渗透率达到30%，L3级别渗透率会达到21%，L4/L5级别渗透率会达到15%，即合计L3级别及以上渗透率达到36%。考虑到存在厂商并没有选择激光雷达方案，我们假设远期2030年激光雷达在乘用车市场渗透率为35%；3）关于单车配置数量：考虑到随着汽车自动驾驶将会进阶到L3级别及以上，我们认为单车部署激光雷达数量会有提升，假定单车平均数量从1.5提升到2个；4）关于激光雷达平均单价：假设激光雷达产业逐步走向成熟，单价下降到250美金。则远期2030年市场规模测算如下：年市场规模=万∗%∗∗=亿美元3.全景解构：光学组件将率先突破3.1解构：产业链全解，光学组件价值占比突出从激光内部构成来看：激光雷达主要构成要素包括发射系统、接收系统、扫描系统和信号处理系统。激光雷达的工作原理为：激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，被接收器所接收。接收器能够准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。根据光速和激光器的高度，激光扫描角度等可以得到每一个地面光斑的三位坐标，进而实现三维建模，提供高分辨率的几何图像、距离图像、速度图像等。从激光产业链角度来看，激光雷达上游主要是光学组件和电子元件，结合激光雷达工作原理进行分类，可从发射、探测、扫描以及处理系统四个部分进行元器件拆分，核心组件主要有激光器、扫描器及光学组件、光电探测器及接收芯片等。激光雷达下游应用领域较为丰富，包括了早期的测绘、军事到新兴的无人驾驶、机器人等领域。从激光雷达BOM成本拆分来看，激光器和光学组件是重要组成部分。根据汽车之心数据，以Velodyne的PuckVLP-1616线激光雷达为例，激光器的成本占比超过30%，光学组件占比超过10%。同时根据SystemPlus的数据，法里奥Scala一代（转镜式）的成本主要集中在主板、激光器，分别占据了总成本的45%、23%。Livox（双楔形旋转棱镜式）的制造成本主要来在透镜模组以及防护罩，分别占了成本的54%、16%。结合上述两种方案分析，我们认为激光器和光学组件是激光雷达成本里重要组成部分，其中光学组件价值量平均占比有望超过20%。3.2光学组件或成国内厂商最快突破环节通过对于激光器上游关键组件供应商进行梳理，我们发现，在激光器及各类芯片环节，虽已有国内厂商布局，但整体市场还是掌握在国外厂商手中；而光学组件，由于国内厂商储备积累相对深厚，成本管控能力强，有望成为产业链成熟过程中快速突破的环节。1）激光器：在激光雷达中，激光器作为光源用来发射光束，当前激光雷达的激光器可分为半导体激光器和光纤激光器。半导体激光器，EEL是当前主流方案，未来或向VCSEL演进的趋势。EEL作为探测光源具有高发光功率密度的优势，但EEL激光器因为其发光面位于半导体晶圆的侧面，切割工艺复杂，依赖产线工人的手工装调技术，但因为发展时间较长，是目前行业主流方案。VCSEL（垂直腔面发射激光器）制造工艺与边发射半导体激光器相兼容，无需人工单独装调，大规模制造的成本较低，成为下一代半导体激光器的选择。光纤激光器：1550nm激光器首选方案。上述半导体激光器的波长均为905nm，部分激光雷达厂商选择1550nm波长的光纤激光器，因为1550nm激光不会被人眼吸收，相比于905nm激光,同等功率的1550nm激光人眼安全性提高40倍。另外在相同人眼安全等级的功率下，1550nm激光雷达可以将检测距离提高到300m以上（905nm激光雷达一般很难超过200m）。光纤激光器当前的应用的难点在于其成本较高。目前行业内主要的半导体激光器厂商还是海外为主，包括国外的OSRAM（欧司朗）、AMS（艾迈斯半导体）、Lumentum（鲁门特姆）等；国内有深圳瑞波光电子有限公司、常州纵慧芯光半导体科技有限公司等，光纤激光器厂商主要为海外的Lumibird、昂纳、Luminar和国内的镭神智能等。2）光电探测器：是激光接收系统的核心器件，用来实现光信号和电信号相互转换。当前主流方案是线性雪崩二极管探测器（APD）配合多通道跨阻放大器（TIA），SiPM单光子探测器是后续演进方向。（SiPM是集成了成百上千个单光子雪崩二极管的光电探测器件）。光电探测器当前主要掌握在国外巨头手中，如国外的FirstSensor、Hamamatsu

（滨松）、ONSemiconductor（安森美半导体）、Sony（索尼）等，但中国也有一些初创企业，如成都量芯集成科技有限公司、深圳市灵明光子科技有限公司、南京芯视界微电子科技有限公司等。3）光学组件：激光雷达发射和接收系统正常运转的基础。激光雷达发射光学系统：主要由透镜、反射器件、衍射器件等光学元器件组成，包含了准直镜、分束器、扩散片等。其中准直镜是通过利用光折射原理，将发散的光源通过透镜聚焦成平行光射出；分束器可以将一束光分成两束光或多束光；扩散片是利用光的衍射原理，将点光源转换为散斑图案。激光雷达接收光学系统主要作用是尽可能收集经目标反射后的光能量，将其汇集到探测器的光敏面上，主要由透镜、分束器、滤光片等组成。其中滤光片主要作用是只允许特定波段的光信号通过。激光雷达最核心的部分在于发射和接收系统，从当前架构来看，发射部分本质就是激光器系统，从激光器的产业链环节来看，芯片层一直由海外厂商主导，国内厂商虽有发展，但短时间较难实现快速追赶，相反国内已有较多厂商进入到激光器光学组件部分并实现稳定供货。激光雷达的接收系统核心在于光电探测器系统，从当前主流采用的APD+TIA模式来看，这部分同样呈现出芯片海外厂商主导，光学组件国内厂商供应的局面。国内光学产业链成熟原因：国内深厚的光学研发基础。梳理上述产业链部分公司发展情况，可以看到：1）芯片环节海外厂商营收规模相对领先国内厂商，但其基本成立时间均在2000年前，具备较长的时间积累，相比之下国内大部分芯片公司成立时间均在2000年之后，国内相对起步较晚。2）光学部分：国内具备较高成熟度源于国内深厚研发基础，国内大部分光学公司研发均依托浙江大学光电系、西安光机所、福建物构所等科研机构，而这些机构大都建立于1960年前后，具备长期深厚的研发基础，能够输出优质人才，加快国内光学产业链相关进展。4.激光雷达光学组件重点公司分析4.1

永新光学：激光雷达镜头出货已破万2018年已与激光雷达厂商实现合作，2021年激光雷达镜头出货超万件。通过公司年报梳理，我们发现公司早在2018年就已经和激光雷达厂商Quanergy达成合作（考虑到公司2018年上市，或在此前已经有相关业务合作），布局相关业务，到2021年实现小批量供货，共历时3年。根据公司公告，2021年公司激光雷达镜头出货量为1.19万件，对应营收规模为320万元（不包括供应的激光雷达其他光学元件组件）。从光学部件提供商延伸至激光雷达整机代工是下一阶段突破点。当前公司车载激光雷达镜头及光学部件仍处于小批量验证阶段。当前随下游客户业务的实际进度逐步推进，公司已经将激光雷达客户群体扩展至轨道交通和工业