2022年激光雷达行业深度报告:放量元年产业布局正当时.docx
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1、2022年激光雷达行业深度报告:放量元年,产业布局正当时一、激光雷达:主动控制之眼1.1. 激光雷达应用广泛,深度适配人工智能无人驾驶汽车、无人物流和机器人技术是人工智能深度应用的产物,其发展将带来席卷全球的技术革命。激光雷达被广泛用于无人驾驶和机器人领域,被誉为机器人的“眼睛”,是一种通过发射激光来测量物体与传感器之间精确距离的主动测量装置。1.2. TOF是当前主流,FMCW应用有望逐渐增多激光雷达通过激光器和探测器组成的收发阵列,结合光束扫描,可以对所处环境进行实时感知,获取周围物体的精确距离及轮廓信息,以实现识别和避障功能;同时,结合预先采集的高精地图,机器人在环境中通过激光雷达的定位
2、精度可达厘米量级,以实现自主导航。基本原理:激光雷达成像可以简单理解为使用激光发射部件向一定视场角FOV(Fie1.dOfView)内发射光线,同时使用接收部件收集反射回的光线,利用已知和获取的发射光线与反射光线的相关信息,进行计算并推导出反射点的速度、距离、高度、反射强度等信息。性能参数激光雷达的产品参数指列示在产品参数表中的信息,主要包含测远能力、点频、角分辨率、视场角范围、测距精准度、功耗、集成度(体积及重量)等。技术原理激光雷达按照测距方法可以分为飞行时间(TimeOfFIight,TOF)测距法、基于相干探测的FMCW测距法、以及三角测距法等,其中ToF与FMCW能够实现室外阳光下较
3、远的测程(IoO250m),是车载激光雷达的优选方案。ToF是目前市场车载中长距激光雷达的主流方案,预计未来随着FMCW激光雷达整机和上游产业链的不断发展,ToF和FMCW激光雷达将在市场上并存。ToF法:飞行时间(ToF)探测方法是通过通过直接测量发射激光与回波信号的时间差,基于光在空气中的传播速度得到目标物的距离信息,具有响应速度快、探测精度高的优势。FMCW法:相干探测方法通过将发射激光的光频进行线性调制,通过回波信号与参考光进行相干得到频率差,从而获得飞行时间反推目标物体距离。FMCW激光雷达具有可直接测量速度信息以及抗环境光和其他激光雷达干扰等优势。激光雷达F0V:不同的技术路线基本
4、都是为了能够实现对FOV区域内的探测,FOV指激光雷达能够探测到的视场范围,可以从垂直和水平两个维度以角度来衡量范围大小。下图比较形象的展示了激光雷达FOV范围:水平F0V:常见的机械式激光雷达可以达到360范围,通常布置于车顶;常见的车载半固态激光雷达通常可以达到120。范围,形状呈扇形,可布置于车身或车顶;垂直FOV:常见的车载激光雷达通常在25,形状呈扇形。1.3. 核心三部件:激光器+扫描部件+感光芯片从功能及结构上可以把激光雷达分为激光器、扫描部件、感光芯片三部分。激光器:VCSE1.有望取代EE1.由于激光器发射的光线需要投射至整个FOV平面区域内,除了面光源可以直接发射整面光线外
5、,点光源则需要做二维扫描覆盖整个FOV区域,线光源需要做一维扫描覆盖整个FOV区域。其中点光源根据光源发射的形式又可以分为EE1.(Edge-Emitting1.aser边发射激光器)和VCSE1.(Vertica1.-CavitySurface-Emitting1.aser垂直腔面发射激光器)两种,二者区别在于EE1.激光平行于衬底表面发出,VCSE1.激光垂直于衬底表面发出。VCSE1.优势:相比于EE1.结构,VCSE1.具有易实现光纤耦合、电流阀值低、调制频率高等优点。近几年VCSE1.激光器逐渐发展成为多层结构,其功率密度相比提升了5-10倍,考虑到其成本低、易于集成等多项优势,我们
6、认为VCSE1.未来或将逐渐取代EE1.o扫描结构:MEMS体积小、成本低激光雷达扫描结构通常分为运动式和非运动式扫描两种。接收器:SPAD是当前主流激光雷达接收器主要可以分为PIN、APD(雪崩光电二极管)、SPAD(单光子雪崩二极管)、SiPM(硅光电倍增管)几种,其本质都是各类型PN结。1.4. 机械式难符车规要求,固态、半固态更适乘用车按结构:激光雷达根据结构,可以分为机械式激光雷达、混合固态激光雷达(MEMS)和固态激光雷达(OPA&F1.ASH):机械式激光雷达技术目前相对成熟。其发射系统和接受系统通过旋转发射头,实现激光由线到面的转变,并且形成多个竖直方向的多面激光排布,达到动态
7、扫描并动态接受的目的。但由于其成本较高、装配复杂同时存在光路调试等过程,同时由于不停旋转,在行车环境下可靠性不足,导致发展初期难以符合车规要求。混合固态激光雷达更加小巧从可以隐藏在外壳中,外观上看不到机械旋转,同时使用MEMS等半导体器件来代替机械扫描的选准装置,兼具固态和机械的特性。同时由于减低了机械的旋转幅度,有效降低了行车过程中出现问题的几率,又大大降低了成本。目前混合固态激光雷达技术发展基本成熟,后续或将更多被选用。固态激光雷达包括光学相控阵(OPA)和F1.ASH两种。相比于混合固态激光雷达,全固态激光雷达在结构中去除了旋转部件,实现了较小的体积的同时保证了高速的数据采集以及高清的分
8、辨率。其中:光学相控阵(OPA)运用了相干的原理,通过多个光源形成矩阵,不同的光束在相互叠加后有的方向会相互抵消而有的则会增强,从而实现在特定方向上的主光束,并且控制主光束往不同方向进行扫描。由于其彻底去除了机械机构,自身不用旋转,OPA具有扫描速度快,精度高,可控性好,体积小巧等特优点。F1.ash固态激光雷达,与MEMS和OPA不同,其可以在短时间内快速发出大面积的激光区域,并通过高灵敏度的接收器进行接受,完成对于周围环境的绘制。其优点是快速、高效,缺点在于探测距离较短。机械式更受无人驾驶青睐,固态、半固态更适乘用车。机械旋转式激光雷达的优势在于可以对周围环境进行360的水平视场扫描,半固
9、态式和固态式激光雷达通常最高只能做到120的水平视场扫描,且在视场范围内测距能力的均匀性弱于机械旋转式激光雷达。无人驾驶汽车运行环境十分复杂,需要同等感知周围360的环境,机械旋转式激光雷达兼具360。水平视场角和测距能力远的优势,是目前主流无人驾驶项目大多采用的激光雷达方案。但固态和半固态体积小重量轻更易集成到汽车上,未来或在乘用车领域有较好应用。1.5. 多应用场景促生庞大需求,高阶自动驾驶不可或缺不同应用场景下需求不同。除无人驾驶外,乘用车的高级辅助驾驶(ADAS)、机器人、车联网等领域也是激光雷达的重要发展方向。不同场景下其需求特性具有显著差异,对激光雷达的性能、价格、体积等亦提出了不
10、同的要求。无人驾驶:1.4/1.5级无人驾驶应用的实现,有赖于激光雷达提供的感知信息。该级别应用需要面对复杂多变的行驶环境,对激光雷达性能水平要求最高,在要求360水平扫描范围的同时,对于低反射率物体的最远测距能力需要达到200m,且需要更高的线数以及更密的点云分辨率;同时为了减少噪点还需要激光雷达具有抵抗同环境中其他激光雷达干扰的能力。高级辅助驾驶应用:1.2/1.3级高级辅助驾驶对激光雷达的需求与1.4/1.5级无人驾驶应用的需求有所不同,覆盖前向视场的激光雷达通常为优选方案,实现自动跟车或者高速自适应巡航等功能,但在测远和角度分辨率等性能上的要求和无人驾驶是一致的;此外,整车厂及Tier
11、1公司更看重激光雷达的形态与尺寸是否容易嵌入车身,保险杠、前挡风玻璃后视镜等易于隐藏的地方是放置激光雷达的优先选择,这些位置往往空间狭小因而限制了激光雷达的体积;该领域客户也要求激光雷达通过电磁兼容、可靠性(包括振动及冲击、防水防尘)等一系列严格的车规测试;因为面向消费者的乘用车采购数量大,该领域客户对激光雷达的价格敏感度相较于无人驾驶领域也更高。机器人:机器人应用范围有无人送货小车、自动清扫车辆、园区内的接驳车、港口或矿区的无人作业车、执行监控或巡线任务的无人机等,这些场景的主要特点是路线相对固定、环境相对简单、行驶速度相对较低(通常不超过30km/h)o因而相比无人驾驶应用,机器人应用对激
12、光雷达测远及分辨率等探测性能的要求相对较低,但对价格更敏感。车联网:车路协同采用先进的无线通信和新一代互联网技术,全方位实施车车、车路动态实时信息交互,并在动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理,其主要应用场景包括:盲区预警、多车协同换道、交叉口冲突避免、行人非机动车避撞、紧急车辆优先通行、车速引导、车队控制、车队协同通过信号交叉口等。人、车、路的有效协同需要准确识别和追踪交通参与者,并对其路线进行有效预测,采用基于激光雷达点云数据的目标聚类及追踪算法能够满足这一要求。激光雷达对比其他方案:现有技术中,配备在自动驾驶车上的主流传感器是视频摄像头、毫米波雷达和激光雷达(
13、1.idar),以进行事件感知与物体检测。总体而言,1.idar比Radar更有优势,但分不同的适用场景。1.idar方位分辨率优异,能够精确地检测到与周围障碍物的距离和位置关系,并能实时检测到具有低无线电波反射率的物体(标志,树木等);Radar的无线电波相对1.idar更长,其返回的物体图像不如1.idar精确,但它覆盖距离远、具有强穿透性,可在雨,雪,尘土等恶劣环境中返回信息,在夜间和阴天比1.idar更准确。就自动驾驶而言,目前市场上存在两个方案:视觉为主的方案:以摄像头为主,能够感知丰富的外部环境并且较为完整地识别物体的整体外形及构造,但是容易受到外部环境光的影响。目前采用此方案的车
14、企以特斯拉为主。激光雷达方案:以激光雷达为主,使用激光探测周围环境并构成高分辨率的三维图像,随后与毫米波雷达,摄像头等设备协同完成自动驾驶。优势在于监测距离较视觉方案更长、精度更高并且不受外部环境光的影响。但是当遇到极端雨、雪、雾霾天气时会影响到其发射光束,从而影响三维构图,同时激光雷达后期维修费用较高。在面对相对复杂的场景时,激光雷达具有绝对优势,并且难以被替代。在类似于隧道,车库等弱光的环境,通过摄像头的算法实现1.3甚至更高等级的自动驾驶在技术原理上存在一定的缺陷,而激光雷达则可以有效解决。同时摄像头十毫米波的组合在应对汽车高速场景时,对于非标准静态的物体也有一定的识别障碍,这也是特斯拉
15、在全球范围内偶尔会出现一些自动驾驶事故的原因。二、海外跟踪:景气超预期,下游积极导入梳理海外大厂,以下行业趋势十分清晰:1)景气超预期,大厂展望乐观,行业超高速成长。1.AZR上调全年营收指引。2)技术端,降本需求迫切,新品迭代及量产紧密推进。1.AZR新品Iris当前目标成本500美元,而长期目标下,仍有80%的降本空间。Ve1.odyne客户OEM、Tier1反馈的理想成本必须小于500美元,最好在300400美元。3)市场应用方面,各厂商市场突破不断,反应下游对激光雷达积极的导入态度。Innoviz获大众40亿美元订单,ouster传感器Q2新增客户90家,战略合作客户新增8家。2.1、
16、 Ve1.odyne:导入波士顿动力机器人,零部件供给紧张汽车领域营收占比的迅速提升。公司自2021年以来,供应链承压,生产及销售工作受限。在2022Q2,公司录得11.5百万美元的收入,相较于上一季度有所回升,产品收入9.7百万美元,1.iCenSe&service收入1.9美元。值得注意的是汽车领域营收占比的迅速提升,Q1仅占约1/3,Q2已占比50%oQ250%的出货量是为1.4和1.5robotaxi和自供驾驶班车客户提供的。BiIIings指当期提供的产品和服务的美元价值,Bi1.1.ings在2022Q1出现下滑,至11.5百万美元,Q2回弹,至12.5百万美元。毛利率小幅回暖,保
17、持研发押注未来。2022Q2毛利率为-62%,同比+88pt.各项费用处在低位,其中销售费用自2021Q2以来位于较低水平。公司押注未来,保持研发投入,多个季度研发费用维持在20000千美元附近。Q2技术及市场进展:Ve1.odyne是激光雷达市场领导者,当前已覆盖450+客户,截至Q2累计出货7.3w+只传感器,覆盖25+行业或垂直应用。Q2公司加速对泰国的生产外包。预计明年能全部完成。当前Puck系列以完成迁移,Ve1.array产能转移中。公司下一代产品将在1824月后推出。市场拓展方面,公司已和机器人领导者波士顿动力签了多年合作协议,另外,在芬兰首都为交通安全发展项目研发了I1.S(智
18、能基建解决方案)。Ve1.odyne激光雷达传感器可使波士顿机器人自主安全运行,为定位、映射、对象分类和对象跟踪提供实时3D感知数据为加速业绩增长,Ve1.Odyne聚集四大经营策略:1)将现有产品导入早期的自动驾驶市场2)发展低成本传感器以推动在价格敏感的市场中的增长。3)软件加持赋能全A1.的视觉方案。4)大规模制造引领市场。公司对出货增长、产品降本提升盈利能力信心十足。22Q1公司ASP公司ASP环比增长48%,反应强劲需求。2021年,公司传感器出货量超1.5w颗,同比增长+35%。2022为激光雷达上车元年,预计继2021年后将再迎高增。由于激光雷达技术仍处发展早期,当前成本较高,公
19、司毛利率为负;然而公司长期财务目标为,传感器业务毛利率达到中等到高位40%+,公司整体毛利率达到中等到高位50%+oQ3营收指引9M-11M美元,指引中枢10M美元较Q211.5M美元营收有所下滑,主要系考虑零部件供给紧张,需求侧公司持续展望强劲需求。2.2、 Innoviz:获大众40亿美元订单,提前实现全年目标营收同比大幅上升,降本增效效果显著。公司在2021年实现了550万美元的营业收入,其中三季度营收最高,达210万。公司自2022年以来的收入大幅高增,在Q1和Q2都实现了180万美元的收入,yoy分别为147.25%和80%o公司在控制费用上进步明显,管理及销售费用在经历去年Q2的高
20、峰后逐渐回落,在2022Q2分别下降到4415及2410千美元的同时,市场开拓更上一层楼。研发费用保持在较高水平,2022Q2达21939美元,为新产品开发奠定坚实基础。公司超额完成今年经营目标。当前生产前的项目已达12个,全年目标10。2022目标实现一项汽车商业合作,获大众四十亿美元的订单。此外,日本邮政、玖源工业等新合作伙伴。2022目标订单实现+30%增长,当前增长+153%,远超公司预期。InnoViZ被大众集团提名作为直接供应商为其公司所有品牌提供激光雷达及探测软件。以色列激光雷达初创公司InnoViZ近期表示将向大众汽车集团旗下品牌所有具有自动驾驶功能的车辆提供激光雷达传感器和感
21、知软件。Innoviz将直接与大众汽车的汽车软件公司CariadSE合作,从而将其技术整合到即将上市的大众汽车中。与大众汽车的合作是Innoviz与汽车品牌的第三次design-Wino4月,宝马公司透露,Innoviz的激光雷达将用于2023年的宝马7电动车,去年5月,Innoviz被另一家未透露姓名的一级汽车供应商选中,用于其自动驾驶班车项目。InnoViZ已与大众签订40亿美元合同,为大众汽车提供激光雷达组件和感知软件,预计2025年开始量产交付。作为TierI直接向大众汽车供货是innoviz全新的业务模式,成为Tier1将提升innoviz产业地位及盈利能力。目前Innoviz已经推
22、出了多款MEMS固态激光雷达和配套的感知软件:InnOViZone、InnOViZTWo、InnoViZ360。两款未来的拳头产品进展顺利,公司计划于今年稍晚的时候展示INNOV1.ZTWO首批样品,B1样本量产爬坡也将在2023年开始;INNOVIZ360的样品将于年底具备,B样品首次集成将在22Q3/Q4,并计划于2024年量产。InnovizOne:汽车级固态激光雷达,将于2023年在宝马7系量产:作为固态1.iDAR传感器,专为汽车制造商和机器人出租车,穿梭车和送货公司而设计。坚固耐用、经济实惠、可靠、功耗低、重量轻、性能良好,可集成到3-5级自动驾驶汽车中,以确保乘客和行人的安全。I
23、nnovizTwo:汽车级固态激光雷达,大众40亿美元订单之选。InnovizTwo成本较Innovizne降低了70%以上,同时性能显著提升,视觉范围可达300米。最高性能激光雷达有600条线,每秒可达20帧。主要针对1.2+级市场,1.3-1.4亦适用。Innoviz360:最远探测距离300m,主要针对1.4/5级自动驾驶。Innoviz360采用了在水平和垂直方向上可以控制光束的MEMS微镜,还增加了一面旋转镜。较激光器、探测器和光学器件重量都承载于转盘的机械旋转激光雷达,Innoviz360转盘仅1面旋转镜,大大减轻质量,且成本和耐用性皆有显著提升。除自动驾驶外,InnoViZ360
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