激光雷达正经历从机械式到固态化的技术演进。东兴证券激光雷达五问五答报告指出,混合半固态激光雷达因技术成熟度较高,是当前车载主流方案,未来十年半固态份额预计58%(转镜式52%、MEMS 6%),Flash激光雷达将显著增长至37%。数字化是激光雷达突破性能天花板的关键——SPAD技术让信号以离散状态呈现并直接输出数字信号,实现性能质的飞跃。905nm光源仍将占据主导地位,固态化+数字化是激光雷达技术演进的核心趋势。
固态化——半固态仍为主流,纯固态长期方向
机械式激光雷达扫描范围大但结构复杂、可靠性较差、寿命低于车规要求,当前用于车载领域较少。混合半固态(转镜式、MEMS振镜)较为成熟,是当前和未来车载激光雷达主流方案。据Yole预测,未来十年半固态激光雷达份额预计58%(转镜式52%、MEMS 6%)。固态Flash方案逐步产业化,在车载领域占比持续提升,预计将显著增长至37%。目前纯固态Flash雷达主要应用于补盲,尚未能兼顾FOV和远距离测量。但长期来看,纯固态激光雷达因优化体积和耐久度,有望成为最优选择。OPA(光学相控阵)固态方案同样在发展,通过调节发射阵列中各个单元的相位差来改变激光束发射角度。
数字化——SPAD技术突破性能天花板
数字化是激光雷达突破性能天花板的关键,其变化可以类比照相机从胶片进化到数码。核心在于数字化LiDAR采用了能以“单光子”形态检测激光的SPAD(单光子雪崩二极管)器件,让信号以离散状态呈现在接收端,并直接输出数字信号,达成信号感知的数字化。SPAD技术可以在成本没有显著增加的情况下实现性能质的飞跃。得益于数字化的架构,满足未来高阶智驾对于LiDAR灵活ROI的需求——软件定义激光雷达不再是梦。禾赛科技在2016年开始前瞻布局SPAD技术,第四代芯片架构将于2025年全面量产,FTX搭载的正是SPAD面阵探测器。速腾聚创发布的EM4、Airy等产品均为数字化LiDAR。
光源与测距路线——905nm主导,ToF仍为主流
905nm光源仍将占据主导地位。随着905nm技术持续升级,1550nm成本偏高(虽然探测距离更远),预计未来905nm激光器仍将占主导地位。测距技术方面,ToF(飞行时间)仍为主流,FMCW(调频连续波)未来可期。相对于毫米波雷达,FMCW激光雷达有更高的点云密度;相对于常规ToF激光雷达,FMCW每个点增加了速度信息,但目前FMCW技术成熟度较低,仍处于发展初期。VCSEL和SPAD/SiPM技术预计将逐渐取代EEL和APD技术,成为激光雷达核心器件的升级方向。
激光雷达技术路线演进趋势| 技术维度 | 当前主流 | 未来趋势 |
|---|
| 扫描方式 | 半固态(转镜式/MEMS) | 纯固态(Flash/OPA) |
| 光源波长 | 905nm | 905nm仍将主导 |
| 探测技术 | ToF | ToF为主,FMCW逐步渗透 |
| 接收器件 | APD | SPAD/SiPM逐步取代 |