如此火爆的激光雷达市场，为何没有大赢家？

据报道，现在市面上有十几份激光雷达的询价单（RFQ）。可见，激光雷达已经开始渗透ADAS市场。但汽车行业的观察家们发出警告，不要期望有哪家激光雷达供应商可以一家独大。

在所有致力于增强感测和物体检测能力的汽车传感器类型中，激光雷达是迄今为止最复杂、最多样化的一个选择。每种激光雷达系统中采用的技术通常不仅光源不同，而且“测距”和“成像”方法也不同。一些较成熟的激光雷达目前已经可以批量生产，但新型激光雷达技术（通常被认为具有更大的发展前景）则齐刷刷地处在研发或概念验证阶段。这些激光雷达技术不可避免地在成本、尺寸和性能上存在巨大差异。

更为复杂的是，现在有大约七、八十家公司蜂拥而至挤满了激光雷达市场。各种并购行为充斥市场。 还有一些激光雷达公司通过寻求SPAC（特殊目的收购公司）合并上市的方式融资以维持生存。许多初创公司都将SPAC视为募集资金和进入公共股票市场的另一种途径。

然而，更加复杂的是，因为激光雷达公司采用不同的技术，汽车制造商和一级零部件供应商（Tier One）在如何部署和为哪些应用部署激光雷达的问题上，意见分歧很大。

Yole Développement固态照明和照明系统分析师Pierrick Boulay告诉EE Times，“我们最近采访的激光雷达公司声称，每个OEM和Tier One都有不同的要求，他们均要求在特定的视场、距离和位置上将激光雷达集成到车辆中。”

“因此不会有哪家公司能够独得头筹。” AEye首席营销官Stephen Lambright告诉我们。他指出，很多激光雷达公司仍在尝试各种想法，就像生物科技产业一样。

当然，如果将激光雷达领域等同于生物科技，这可不能让人安心。

但汽车行业对激光雷达的需求不可否认。Lambright发现，仅在ADAS领域，其公司就收到了15到16种不同的激光雷达询价请求，而且这些询价都针对计划于2025至2026年生产的ADAS车辆。Lambright指出：“尽管激光雷达市场存在分歧，但汽车公司将在未来18个月内开始押注四五年后的部署。”

本文回顾了激光雷达市场的当前状况和未来前景，涵盖了现有的多个合作设计，以及一些有潜力扮演关键角色的初创公司，例如AEye和Opsys。

技术矩阵

检验激光雷达技术多样性的最好方法是绘制一张二维图表（如图1）：一个维度表示成像技术，另一个维度表示测距技术。成像技术差别巨大，从机械、MEMS、光学相控阵到Flash都有。测距技术则包括脉冲、FMCW（调频连续波）和相移等。

图1：Yole Développement将不同的厂商放在不同的类别栏中，用图表展现出了激光雷达市场的全景图。该图可能不会涵盖到所有的参与者，因为新玩家不断涌现出来，但这个鸟瞰图足以说明激光雷达技术的多样性。

各种激光雷达技术采用的光源各不相同。大多数激光雷达制造商采用905nm边缘发射器和雪崩光电二极管（APD），因为这些元器件都可批量购买。还有一些激光雷达厂商（例如Luminar）已经开始使用1550nm全光纤激光源。对后者来说，最大的挑战是降低成本。但1550nm激光在不损害人眼安全的情况下能实现更长的探测距离，而困扰905nm激光器的问题是它除了分辨率低和探测范围小之外，对人眼也不安全。

但边缘发射器和光纤激光器并不是唯一的选择。最初来源于苹果iPad Pro 11激光雷达扫描仪的垂直腔表面发射激光器（VCSEL）迅速崛起，成为激光雷达公司的新宠。采用奥地利Ams公司VCSEL技术的德国公司Ibeo最近与中国长城汽车公司签署了合作协议，相关车型计划于2022年推出。以机械激光雷达为起点的Ouster去年推出了由VCSEL和单光子雪崩二极管（SPAD）相结合的激光雷达用于ADAS，并计划于2024年开始生产。而以色列公司Opsys也正在开发固态扫描激光雷达，这种激光雷达将使用完全可寻址VCSEL收发器和SPAD接收器，据称可以实现200米的探测范围和1000 Hz的扫描速率，Opsys计划于今年晚些时候推出该产品。

各有优缺点

激光雷达的发展经历了从机械到MEMS、flash和FMCW的过程，这并不是一条简单的直线式进程。

Boulay指出，许多机械激光雷达至今仍然占据主导地位，最主要的原因就是其低廉的成本。但它最大的缺点就是机械组件可能会成为故障的根源。MEMS激光雷达的主要优势在于其小巧的尺寸。但Boulay表示，固态让它更加可靠，不过仍然需要使用一些小的运动部件。

相比之下，flash激光雷达则绝对没有活动部件。Boulay补充说，flash激光雷达被认为是更可靠的激光雷达，但当前仍然受到探测范围有限的问题困扰。

Yole将FMCW放在研发一栏中，称它为“ TBD”（待定）。 Boulay说：“预计FMCW激光雷达在2025年之前不会出现。”去年，Waymo曾谈到要将FMCW用于其未来的自产激光雷达。值得一提的是，Mobileye在今年初讨论了FMCW，并称正在开发这种激光雷达用于全自动驾驶汽车。

FMCW采用的相干检测比直接检测灵敏很多，而且性能更佳，例如单脉冲速度测量以及对太阳眩光和其它光源（包括其它汽车使用的激光雷达）的抗干扰能力。但是，FMCW激光雷达也面临严峻挑战，如“硅光子学的生产能力”和技术成本，Boulay说。 但Mobileye认为充分利用英特尔的硅光子学专门技术（包括他们自己的晶圆厂、产能和知识产权）可以解决这一挑战。

目前被采纳的设计

预测激光雷达市场路线趋势的最佳方法是总结目前的设计中标情况。目前已经宣布装有激光雷达的上市车型有：法雷奥-奥迪（Valeo-Audi）A8；法雷奥-梅赛德斯-奔驰；Innoviz -宝马；Luminar –沃尔沃。尽管这里提到的许多设计中标都集中在ADAS或全自动驾驶汽车上安装一个激光雷达，但汽车制造商的最新动向是将短距、中距和远程激光雷达融合在一辆汽车中。举例来说，雷克萨斯汽车部署了4台激光雷达（1台Denso，3台Continental）；现代汽车部署了两台激光雷达（之前是Velodyne，现在过渡到法雷奥）； 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。混搭模式已成为一种新趋势。Boulay透露，雷克萨斯汽车将部署一台Denso的远程激光雷达，同时部署三台Continental的中距离激光雷达。

ADAS车辆采用的最新激光雷达技术包括MEMS、光纤激光器和用于flash激光雷达的SPAD阵列。

“高速自主驾驶“时代来临

直至几年前，激光雷达还被认为是一种昂贵的技术，只有机器人出租车业务才能负担得起，但世界变化很快。尽管埃隆·马斯克（Elon Musk）曾称激光雷达是“傻瓜”才用的技术，但时过境迁，激光雷达如今已经稳稳出现在新型ADAS车辆的设计中。

分析OEM的询价单可以得出，ADAS界对“高速自主驾驶”的需求正在不断增长。AEye公司的Lambright解释说，OEM希望ADAS车辆能够让驾驶员“放心地”将手从方向盘上移开。他说：“厂家告诉我们，如果在高速公路上高速行驶，这类车辆要能够检测出150到200米以外道路上的任何小物件，如轮胎和石块等。”

尽管小于300米的探测范围已经足够好，但激光雷达应用要提高性能和安全性，需要以更高的精度看到更远的距离。

Lambright指出，高速公路自主驾驶可以归入SAE 3级自动驾驶，汽车与驾驶员之间的交接变得“至关重要”。“看到的越远，给驾驶员过渡的时间就越多，并且能够提供更安全的解决方案。”Lambright将“远程小物体探测”描述为“ OEM给我们提出的主要考验。”

专注于主动安全和自主控制技术的应用研究公司VSI Labs，最近监测了AEye在加利福尼亚拜伦市进行的激光雷达性能测试。VSI Labs的验证报告证实，AEye的iDAR传感器可以在1公里开外未改装的雪佛兰Chevy Bolt上读取到数十个点。

VSI Labs负责人Phil Magney告诉EE Times：“看到激光雷达在1公里以外检测到一个物体，这真的令人难以置信，这是前所未有的成果。”

将激光雷达与其它用于高速公路自主驾驶的传感器进行比较，Magney说，“摄像头真的看不到那么远，从摄像头得到的任何信息都是估算值。”那雷达呢？“嗯，雷达表现好一些，但它的横向定位却很糟糕。”而激光雷达是一种可以为它看到的东西提供精确值的仪器”。但是，如果用于高速公路自主驾驶的ADAS车辆需要改变车道，Yole的Boulay明确表示：“那就需要在侧面安装中短距离激光雷达。”

灵活性的要求

考虑到激光雷达的各种预期用例，其架构、波长和视场的灵活性变得越来越重要。

Opsys并不是第一家致力于高性能SPAD和VCSEL激光雷达方法的公司，但该公司声称，其Micro-flash激光雷达的探测距离可超过flash LiDAR的四倍，而且具有出色的分辨率和扫描速率。Opsys董事会执行主席Eitan Gertel在接受EE Times采访时称，Opsys将提供200米探测范围的纯固态micro-flash激光雷达，它能够以每秒1,000帧的速率扫描全视场。

Yole公司的Boulay指出：“Opsys虽然比Ouster更年轻，但却拥有扎实的背景（其领导团队来自光通信组件和子系统制造商Finisar）。他们是光电系统领域的专家，知道自己在做什么。”Gertel曾在2008至2015年间担任Finisar的首席执行官。

Opsys micro-flash激光雷达的关键技术是将多个基础传感器捆绑到一个激光雷达系统中，从而提供具有灵活视场的集成单4D点云。Gertel说，这使micro-flash激光雷达“可定制”，因此非常适合那些在不同类型的车辆上想要得到不同视场的汽车制造商和一级汽车供应商们。

更好的消息是，Opsys已获得专利的多波长技术允许将多个传感器安装在车辆中，并且可以不受干扰地运行。

激光雷达应安装在什么位置？

最后但很重要的一点是，出于美观和实际应用的需求，激光雷达应安装在车辆的什么位置？ 谈到自家正在路测的自动驾驶汽车时，VSI Lab的Magney说，“我们将传统的激光雷达安装在车辆顶部。但当我们四处行驶测试时，如果在雨雪天气下，激光雷达将是首先失效的传感器。”

他解释说：“这在很大程度上取决于传感器可以积聚多少热量来融化冰冻物质。但是，当激光雷达安装在车顶上时，它就完全暴露在空气条件下。这样，传感器清洁也成为一个问题。”

在评估AEye激光雷达的性能时，让VSI Labs惊讶的是，AEye可以将激光雷达放在挡风玻璃后面，这对激光雷达的性能影响很小。AEye表示，由此产生的影响是性能下降不到10%。 但由于玻璃（尤其是挡风玻璃）的色散性非常强，AEye的Lambright猜测，这样安装会对FMCW之类以频率主导的激光雷达产生相当的干扰。

(参考原文：Lidar Sweepstakes Draws 15 RFQs, But No Frontrunner)

责编：Amy Guan

本文为《电子工程专辑》2021年5月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅