激光雷达行业分析报告：产品分类、市场规模、产业链及相关公司
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激光雷达定义
激光雷达简称LiDAR（光探测和测距，Light detection and ranging），是利用激光作为信号波的一种探测装置。激光雷达集激光、全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)于一身。与普通雷达类似，激光雷达通过探测被物体弹回的信号波实现测量，不同的是其利用激光作为信号波。由于激光具有高亮度、高相干性以及良好的单色性和方向性，激光雷达常有测量准确、不易受扰等优势。
从结构上看，激光雷达分为四大部分：发射模块、接收模块、扫描模块、控制模块。在激光雷达工作时，发射模块负责发射激光，扫描模块负责对特定区域进行扫描，接收模块探测回光，控制模块则对点云图进行处理，最终完成探测。
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激光雷达行业历史发展
激光雷达历史悠久，近年在自动驾驶领域发展迅猛。1960年，人类第一台激光器诞生。1968年，美国Syracuse大学的Hickman和Hogg建造了第一个激光海水深度测量系统。20世纪90年代，激光雷达被用于地形勘测。1990年德国Stuttgart大学的Ackermann教授研制出第一台激光断面测量系统，形成机载激光扫描仪。此后，星载激光雷达的技术逐渐成熟。2003年，NASA提出将其用于测量两极冰面变化，正式将地学激光测高仪列入地球观测系统。近年来，激光雷达被用于自动驾驶领域，迎来了全新发展机会。
激光雷达发展历史可分为概念期、萌芽期、运行期、量产期四大阶段，2021年为车载激光雷达的量产启动元年。
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激光雷达技术分类
关于激光雷达的技术分类，下面我们以扫描模块、激光波长、探测原理为尺度进行具体分析。
1.以扫描模块为尺度，激光雷达可分为机械式、半固态式和固态式
（1）机械式激光雷达
带有机械式转台，通过转动发射模块可以实现360度的水平测量角度。且机械式激光雷达扫描速度快，抗干扰能力强。但是机械式激光雷达依靠机械结构转动实现扫描，有物理磨损严重、成本高昂、体积笨重等缺点。为了绘制更精细的点云图，机械式激光雷达常配备多个发射和接收器，即常说的16线、32线、64线等。多线束激光雷达的角分辨率较优，可捕捉远处较小的物体。
（2）半固态式激光雷达
常见的半固态式激光雷达有MEMS振镜式、转镜式和棱镜式。
半固态式激光雷达各种方案均有长短。
MEMS方案的优点是成本较低，尺寸小，但是微振镜通过单晶硅悬臂固定，系统相对脆弱。且信噪比、视场角、探测距离等方面也存在一定限制。
转镜方案中镜片绕圆心旋转，因此功耗低、耐用性强，易通过车规。但转镜方案在信噪比、视场角、探测距离等方面也有待提升。
棱镜方案可增加激光线束提高精度和探测距离，但是中心点云密集，边缘稀疏，扫描图形复杂，后端算法成熟度较低。
从终端应用上看，各种方案均有较成熟的玩家。MEMS方案玩家有Innoviz、禾赛科技等；转镜方案主要玩家有华为、法雷奥、Luminar、Innovusion等；棱镜方案是大疆Livox览沃首创。
（3）固态式激光雷达
固态式激光雷达即没有机械振动结构，所有部件均固定。目前常见的有OPA和Flash两种技术路径。OPA即光学相控阵，由若干单元组成一个阵列。激光干涉以半个波长为步，因此OPA的单元尺寸要求苛刻，工艺难度极高，信号处理运算的问题也尚未良好解决，现在还处在实验室阶段。Flash方案结构上较为简单，目前是固态激光雷达的主流方案。
目前激光雷达技术路线变化：从机械式向固态式进行迁移。从汽车级应用看，固态式激光雷达是理想的选择，半固态式激光雷达是过渡产品。机械式激光雷达虽然FOV大，性能优良，但是也存在诸多致命缺陷：机械转台转动带来了物理磨损，设备损耗严重；转台要求四周无遮挡，因此必须安装在车顶；成本昂贵，包括制造成本和调试成本。
长期看，固态式激光雷达不存在机械运动，使用寿命和体积的问题都可以解决，并且随着大规模量产，边际成本可以降到很低，尤其是固态激光雷达的OPA方案是车规级激光雷达的理想方案。
2.以激光波长为尺度，激光雷达有905nm和1550nm
（1）905nm
成本低，技术较为成熟。905nm的激光雷达在短距测量上基本满足需求，是当前市场的主流。
（2）1550nm
需要使用LnGaAs等材料探测器，因此成本较高。1550nm激光雷达是公认的安全选择，但是其成本和工程难度是阻碍普及的最大障碍。
905nm的激光雷达探测距离可达150m左右，基本可以覆盖日常驾驶场景。
3.以探测原理为尺度，激光雷达可分为三角测距法、飞行时间法(TOF)、连续调频法(FMCW)等
(1)三角测距法
激光经过不同位置的物体被散射后返回的光线被透镜聚焦在光电器件的不同位置上，通过计算便可得出被测物体之间的距离。
(2)飞行时间法：TOF（Time of Flight)
激光从发射器发出后经被测物体弹回再被接收，由于光速是确定的，因而激光飞行的时间差便包含了物体的位置信息。TOF方法发展较为成熟，是目前车规级激光雷达的主流技术。
(3)连续调频法(FMCW)
将发射激光的光频进行调制，通过回波信号与参考光相干并利用混频探测技术可得到频率差，间接得到飞行时间从而算出目标物距离，若被测物体正在移动，则结合多普勒效应可测出物体的速度。FMCW法具有很强的抗干扰性，但是由于技术难度高，目前在研居多。总体来讲，TOF方案性能优于三角测距法，目前是车规级应用的主流。FMCW方案性能优越，但技术难度大，成本很高，目前在研居多。
综上所述，从技术角度看，技术方面，905nm和机械式激光雷达是当前市场主流，但是1550nm+FMCW+OPA方案是激光雷达的理想方案，但是短期内905/1550nm+TOF+半固态/Flash的方案将占据主流市场。随着汽车智能化的发展，TOF方案面临的串扰会日渐突出，FMCW的优越性会逐步展露，而且FMCW方案天然的适合OPA。当然这些都是在理想情况下，要实现量产还须具备条件：技术成熟度提升；规模化量产，降低边际成本。
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激光雷达产业链分析
1.上游产业链
产业链上游主要有发射器、接收器、扫描器和信息处理四个模块。发射器模块包括分束器，扩散片，准直镜和激光器；接收器模块包括分束器，滤光片，透镜和光电探测器；扫描器模块包括微振镜，扫描镜和电机；信息处理模块包括模数转换器，FPGA和放大器。
从产业链角度分析，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，可以把激光雷达核心元器件主要分为光电探测器，激光器，扫描器。
（1）激光器
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（按照谐振腔制造工艺的不同分为边发射激光芯片EEL和面发射激光芯片VCSEL）和光纤激光器。
激光器主要厂商：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、AMS、Lumentum、HAMAMATSU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、山东华芯半导体等，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
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。
光电探测器目前仍由海外厂商主导，主要有HAMAMATSU,Osram，Firstsensor，安森美半导体等，国内厂商中主要有灵明光子等。
（3）扫描器及光学组件
主要分为MEMS和光学系统。MEMS振镜是一种基于微机电系统（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System）技术制作而成的微小可驱动反射镜，实现激光光束的高速、动态扫描。MEMS厂商海外主要有HAMAMTSU，英飞凌，ST等，光学系统国内厂商主要有腾景科技、天孚通信、中际旭创、舜宇光学、永新光学、炬光科技等。
2.下游产业链
激光雷达下游应用广泛，主要包括测绘和导航两个模块，测绘包括高精度地图，地形勘测和自然勘测，导航模块包括ADAS，无人机和机器人。民用场景逐渐拓宽，包括采矿、林业、考古学、地质学、地震学、地形测量、林业勘测、灾害预警、AR/VR、无人驾驶、物联网等场景。从下游看，因成本较高、体积巨大等因素，激光雷达主要用于军事或公共领域。但是近年来，随着技术发展和产业链成熟，激光雷达也在民用领域逐渐展开拳脚，例如在手机、AR/VR、自动驾驶等领域的普及加速。
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相关龙头公司分析
在智能驾驶、移动机器人、智慧城市与测绘领域蓬勃发展的背景下，激光雷达行业相关公司有望随市场规模不断增长持续受益。
1.炬光科技：激光器领军企业，布局拓展激光雷达发射模块
炬光科技主要从事激光行业上游的高功率半导体激光元器件（“产生光子”）、激光光学元器件（“调控光子”）的研发、生产和销售，目前正在拓展激光行业中游的光子应用模块和系统（“提供解决方案”，包括激光雷达发射模组和UV-L光学系统等）的研发、生产和销售。其中，激光雷达发射模组已签署4亿元框架协议，收入在爬坡阶段。公司激光雷达产品收入占比逐年提升，由2018年的0.02亿元上升至2021年0.52亿元，占营业总收入的10.92%。
炬光科技拥有车规级汽车应用（激光雷达）核心能力。公司正在拓展面向智能驾驶激光雷达（LiDAR）、智能舱内驾驶员监控系统（DMS）等汽车创新应用场景的车规级核心能力，已通过IATF16949质量管理体系认证、德国汽车工业协会VDA6.3过程审核，拥有车规级激光雷达发射模组设计、开发、可靠性验证、批量生产等核心能力，并通过首个量产项目积累了大量可靠性设计及验证经验。作为线光斑扫描发射模组方案的行业领导者，公司基于EEL和VCSEL激光器发布了多款线光斑激光雷达发射模组产品，并为多家激光雷达客户送样，其中Beam Razor TM系列线光斑模组LE02产品获得Laser Focus World杂志颁发的“2021年度激光和光电行业创新者奖（Innovators Awards）”。
炬光科技与多家车载激光雷达行业头部客户开展合作，项目有序推进，未来公司业绩有望提升。公司已与包括美国纳斯达克激光雷达上市公司VelodyneLiDAR、Luminar、福特旗下知名无人驾驶公司ArgoAI等达成合作意向，其中激光雷达线光源产品已与多家客户建立新产品开发项目，2016年起开始研发的高峰值功率固态激光雷达面光源已与德国大陆集团签订批量供货合同，现已进入批量生产阶段。2021年成功获得一家国内知名激光雷达客户的项目定点，项目正在有序推进中，预计将于2022年第三季度进入量产。
2.长光华芯：高功率半导体激光芯片龙头
长光华芯专注于半导体激光芯片、器件及模块等激光行业核心元器件的研发、制造及销售，主要产品包括高功率单管系列产品、高功率巴条系列产品、高效率VCSEL系列产品及光通信芯片系列产品等。公司纵向延伸开发器件、模块及直接半导体激光器等下游产品，横向扩展VCSEL芯片及光通信芯片领域。2021年公司业绩稳步提升，实现营业收入4.29亿元，同比增长73.59%；实现归母净利润1.15亿元，同比增长340.49%。
长光华芯系半导体激光行业全球少数具备高功率激光芯片量产能力的企业之一，打破激光芯片依赖国外进口局面。公司已建成3吋、6吋激光芯片量产线，拥有一套外延生长、晶圆制造、封装测试、可靠性验证相关的设备，并突破了外延生长、晶圆工艺处理、封装、测试的关键核心技术及工艺。公司高功率半导体激光芯片在国内市场的占有率为13.41%，在全球市场的占有率为3.88%，在高功率半导体激光芯片领域的国内市场占有率第一，居于国内领先位置。随着激光芯片的国产化程度加深，公司的市场占有率有望进一步提升。
3.奥比中光：布局VCSEL+SPAD的单光子面阵固态激光雷达
奥比中光的主营业务是3D视觉感知产品的设计、研发、生产和销售，3D视觉感知技术处于应用发展初期，公司依托3D视觉感知一体化科研生产能力和创新平台，不断孵化、拓展新的3D视觉感知产品系列。报告期内，公司主要产品包括3D视觉传感器、消费级应用设备和工业级应用设备。公司3D视觉感知技术产品的下游应用领域包括生物识别、AIoT、消费电子和工业三维测量等，每个应用领域对应众多不同细分场景。旗下控股子公司之一奥锐达主要经营汽车激光雷达的相关产品研发与销售，自2019年成立起一直致力于创新的激光雷达和车载3D摄像头底层核心元器件和新型架构的设计。2021年，奥比中光实现营业收入4.74亿元，同比增长83.11%；3D视觉传感器产品占比稳步提升，由2020年的1.8亿元上升至2021年3.53亿元，占营业收入的74%。
在全固态激光雷达领域，目前主流的技术路线包括OPA光学相控阵技术、Flash快闪技术等。其中，OPA光学相控阵技术难度高，成本居高不下；Flash快闪技术则因其发射面阵光源的物理特性，能量分散，探测距离较为受限。奥锐达选择了一条全新的技术路径——VCSEL（激光发射器）+SPAD（探测器）的单光子面阵固态激光雷达。相较于Flash方案，可寻址VCSEL激光器的发射光峰值功率密度和信号信噪比均显著提高。这意味着在相同的功率下奥锐达的激光雷达方案可以实现更远的探测距离。在接收端，奥锐达的方案采用了SPAD即单光子雪崩二极管阵列传感器，从而使得激光雷达具备单光子探测能力，探测灵敏度大幅提升，可实现低激光功率下的远距离探测。此外，奥锐达激光雷达采用全固态结构设计，可大幅降低体积和故障率，从而提高可靠性。同时，奥锐达车规级工厂和产线也已提上议程，2022年符合IATF16949标准的车规级产线有望逐步投产。
4.万集科技：多技术路线布局激光雷达
万集科技是国内领先的智能交通产品与服务商，为公路交通和城市交通客户提供激光产品、汽车电子、智能网联、专用短程通信（ETC）、动态称重系列产品的研发和生产，以及相关的方案设计、施工安装、软件开发和维保等相关服务。公司激光雷达产品涵盖交通用激光雷达、工业制造、商用服务机器人用激光雷达、智能装备用激光雷达和面向多维感知多线激光雷达等多系列产品。万集科技是交通用激光雷达领域龙头企业，产品已在全国城市及公路交通获得规模化应用。
公司在激光雷达领域坚持自主研发，截止2021年12月31日，公司关于激光雷达产品累积获得专利274项。2021年，公司实现营业收入9.45亿元，同比下降43.17%，主要是由于ETC行业进入稳步发展期。激光产品业务收入占比稳步增长，由2020年的6%上升到2021年的15%。
公司对车载激光雷达产品同时进行机械式、MEMS、OPA多技术路线布局。2021年12月16日，万集科技发布混合固态128线车规级激光雷达，支持200米测距，综合性能出众。同时万集科技预计于2022年发布MEMS车载激光雷达和可测距30米的OPA激光雷达，有望在2024年发布OPA激光雷达上车的工程样机。
其他重点相关公司：
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竞争环境分析
激光雷达市场参与者众多，竞争格局较为分散，具有较强竞争力的厂商主要集中在中国、美国和欧洲。由于激光雷达尚处在量产初期，不同厂商选择不同技术路线进行探索时或存在随技术演进取得性能及成本优势的可能性，竞争格局仍不稳定。当前激光雷达市场具有较强竞争力的厂商主要集中在中国、美国和欧洲。
激光雷达市场份额分布较为分散。VALEO为激光雷达头部企业，占据28%的市场份额，而中国企业速腾聚创、大疆、图达通、华为和禾赛科技分别占据10%、7%、3%、3%和3%的市场份额。
激光雷达扫描系统的固态化进程或将影响激光雷达市场未来竞争格局。扫描系统的固态化是激光雷达提高性能降低成本的重要路径，部分机械式激光雷达厂商在MEMS激光雷达以及固态激光雷达领域有所布局。重要激光雷达厂商如Valeo、Velodyne、速腾聚创在机械式激光雷达、MEMS激光雷达和纯固态激光雷达领域均有所布局，Quanergy等企业则直接瞄准纯固态激光雷达领域。
FMCW激光雷达的量产或对激光雷达市场未来竞争格局有较大影响。AEVA、Aurora、SiLC、Mobileye、光勺科技等企业对FMCW激光雷达有所布局。目前，AEVA已宣布将于2022年完成C样的开发和测试验证，并将于2023年底实现量产，Mobileye预计将于2024年实现FMCW激光雷达的量产，光勺科技则预计将于2025年实现FMCW激光雷达的芯片化。
激光雷达技术密集度较高，已授权专利数量和申请中专利数量或能一定程度上反映公司技术储备、科研能力和发展潜力。据Knowmade统计，海外厂商Velodyne、ibeo、Luminar及中国厂商禾赛科技、速腾聚创在专利储备中处于领先地位。
当前各厂商激光雷达性能、价格竞争仍较为焦灼，不存在具备明显优势的厂商。性能较高产品总体而言售价也相对较高。
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市场规模分析
目前激光雷达市场规模较大且处于快速发展期，据Velodyne预测，2022年激光雷达总市场规模达到119亿美元。激光雷达将分别应用于自动驾驶汽车、工业、无人机、机器人和3D绘图等终端市场中。
根据沙利文的统计及预测，至2025年全球激光雷达市场规模为135.4亿美元，较2019年可实现64.5%的年均复合增长率。
据麦肯锡研究报告显示，中国将是全球最大的自动驾驶市场。根据沙利文的研究报告，至2025年，中国激光雷达市场规模将达240.7亿元，较2019年实现63.1%的年均复合增长率。车载领域的中国激光雷达市场规模，将由2019年的3.8亿元增长至2025年的144.3亿元，年复合增长率达到83.5%。
激光雷达在智能汽车上的应用逐渐受到市场的关注。在汽车的L3级中，激光雷达的搭载数量要求为1个；在L4/L5级中，激光雷达的搭载数量要求分别为2-3个和不少于4个。
2025年，汽车领域激光雷达市场规模预计将达到80亿美元，服务型机器人激光雷达市场规模预计达到7亿美元，车联网激光雷达市场规模预计将超过45亿美元，其中汽车领域市场规模占比达到60%。
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发展趋势分析
激光雷达作为核心传感器之一，在稳定性、抗干扰和环境获取信息量等方面表现突出，已获得包括传统车企、自动驾驶厂商和科技公司加注入局。根据Frost&Sullivan的统计和预测，2025年激光雷达全球市场规模将达到135.4亿美元，较2019年实现64.5%的年化复合增速。
华西证券认为激光雷达在朝着更低成本、更长使用寿命、更高集成度、更低功耗不断发展的过程中，面对ToF生产成本的高居不下，FMCW在性能优化的同时，通过OPA+FMCW的结合对成本下降效果显著，市场阶段尚在初期，技术壁垒较高对该技术路线的头部厂商更具备优势。而能把两者结合的技术就是硅光技术（将电芯片与光器件结合）。
目前在激光雷达上游元件中，电芯片仍由海外厂商主导，光学组件整体技术门槛相对较低，国内光学厂商具有明显的供应链和规模成本优势。同时从技术同源性上讲，光通信与激光雷达具有极大相似性，看好光模块厂商切入激光雷达上游供应链。激光器领域国产替代迎风而起，建议关注具有设计以及外延采购封装模组一体化能力的公司。
展望后市，在汽车电动化、智能化、网联化大势所趋下，全球L3及以上自动驾驶渗透率将不断提升，并带动激光雷达单车用量和总体需求呈现爆发式增长，预计到2030和2035年车载激光雷市场规模将分别接近200和400亿美元，年均复合增速在30%左右。中国作为全球最大的汽车消费市场，随着传统主机厂商和新势力车企自动驾驶车型的不断上市，国内激光雷达龙头厂商的市场份额有望进一步提升，撬动近千亿产值。
