激光雷达为何昂贵？如何降低成本
作者： 岭纬科技发表时间：2021-03-10 09:25:57
为何激光雷达如此昂贵？
机械式系统结构复杂
激光雷达主要包括激光发射部分、扫描系统、激光接受部分和信息处理部分，结构较为复杂。从激光雷达的工作来看，主要分成四大部分：1）激光发射部分：激励源周期性地 驱动激光器，发射激光脉冲，激光调制器通过光束控制器控制发射激光的方向和线数， 最后通过发射光学系统，将激光发射至目标物体；2）激光接收系统：经接收光学系统， 光电探测器接受目标物体反射回来的激光，产生接收信号；3）扫描系统，以稳定的转速 旋转起来，实现对所在平面的扫描，并产生实时的平面图信息；4）信息处理系统：接收 信号经过放大处理和数模转换，经由信息处理模块计算，获取目标表面形态、物理属性 等特性，最终建立物体模型。激光雷达本身结构的复杂性和核心部件的高价格决定激光 雷达短期价格，尤其是机械式激光雷达价格短期较高。
激光雷达部件较多，每个部件技术选择的不同就会造成效果和成本的不同，这也带来激光雷达技术路线的多元。激光雷达从测距方式、发射方式、光束操作方式、探测方式以 及数据处理方式可以分为 5 个核心技术，每个核心技术均有不同的技术分支，效果、成 本、当前量产难度等均有不同，在 5 个核心技术上不同的分支技术选取也导致了各家激 光雷达技术路线的不同。
扫描部件成本占比极高
机械激光雷达单组激光雷达就有极高的成本。Scala 目前量产的激光雷达是一款四线机 械激光雷达，主要产品包括激光模块、光学模块和主板，其中激光单元成本占比 23%、 光学单元占比 13%、激光硬件占比 10%、主板占比 45%。作为四线激光雷达可以理解 为一组激光发射器，从成本来看激光单元以及对应后续运算、光探测模块的成本占比基 本相当
随着线束提升，即便是激光雷达对应的光学模块（包括扫描系统）成本占比依然是最大的。Livox Horizon 是大疆旗下最新一代激光雷达，采用非往复式扫描技术，基本可以等价 100 线束激光雷达，目前售价为 800 美金。根据 Systemplus Consulting 的测算分 拆，光学模组在其中成本占比达到 54%，而发射模块、接收模块成本占比分别在 7%和 4%，其他成本占比较大是 MCU 模块。
激光雷达如何降本？
5 大核心技术优化激光雷达
激光雷达降本的方式可以从 5 大核心技术去实现降本，其中扫描方式的改变以及算法优化是较为重要的降本手段。扫描系统成本占比较高，扫描系统的降本是最主流的方式。 探测和发射阶段也具有效果和成本的矛盾，尤其关键技术 InGaSa 基底以及 SPAD 等能 有突破将极大推动部分技术的发展。测距也提出了 FMCW 的方式实现测距，但目前技 术尚不成熟且最终成本下降潜力没有 TOF 大。算法软件层面具备较大的优化空间，通 过算法的提升可以降低对硬件的依赖，比如减少激光雷达线束的要求从而降低整个系统 成本。
从机械到固态，降本效果最为显著
扫描部件是最大成本单元也直接影响到性能，扫描部件从机械到固态是降本最为有效的手段。从前两个激光雷达拆解可以看到激光雷达目前成本最大部分来自于扫描部分，所 以固态激光雷达替代机械式激光雷达成为降低成本的必然选择。根据扫描方式的不同， 目前激光雷达技术路线主要为机械、MEMS、Flash 和 OPA 四种。每个技术路线各有自 己的优劣势，同时也有自身亟待解决提升完善产品的核心痛点。从目前产品的成熟度来 看，MEMS 激光雷达将是当下主流方案，OPA 潜力最大，FLASH 光探测痛点解决潜力也较为显著。
机械激光雷达实现高线束需要多个激光发射器，同时扫描系统依赖电机，部件、制造、 系统成本都极高。机械式激光雷达价格较高的原因：1）高线束需要多个激光发射器，带 来成本较高；2）扫描系统需要旋转电机，一方面加大了结构的复杂程度，另一方面高可靠性的电机本身成本较高；3）系统的综合制造成本较高。以 Velodyne 的 64 线激光雷 达为例，采用了 16 组激光发射器以及 2 组激光接收器，产品结构极为复杂。
MEMS 半固态激光雷达供应链最为成熟，目前是量产产品的首选，当前阶段产品价格已经可以达到 500 美金-1000 美金。MEMS 微振镜本质上是一种硅基半导体元器件，其特 点是内部集成了“可动”的微型镜面，采用静电或电磁驱动方式。采用 MEMS 微振镜 简单讲就是以电机为主的扫描系统换成 MEMS 驱动的镜片，实现激光雷达的扫描。 MEMS 作为较为成熟的半导体元件具备大规模生产后成本下降的特性。MEMS 激光雷 达的优点在于：1）MEMS 微振镜的引入可以减少激光器和探测器数量，极大地降低成 本；2）MEMS 激光雷达结构精巧，大幅下降尺寸；3）MEMS 微振镜并不是为激光雷 达而诞生的器件，它已经在投影显示领域商用化应用多年，供应链较为成熟。
Flash 激光雷达产品在消费电子领域产品成熟度较高，但在车载领域需要解决高能量发射的痛点，目前价格相对 MEMS 较高，远期仍有潜力下探到 500 美金以下。Flash 顾 名思义，就是「闪光」，这种固态激光雷达像一个手电筒一样，发射一个面阵光，再通过 高灵敏度的传感器绘制环境图像。FLASH 激光类 3D Flash 技术的天然优势在于: 首先 是全固态，没有任何移动部件，更像是一个半导体产品。如此一来，在大批量生产从而 降低成本、通过车规级方面，3D Flash 技术有天然的优势。Flash 激光雷达需要较高功 率的脉冲才能实现较远距离的探测，主要解决方法是采用高功率的固态激光发射器，或采用 InGasa 材质的 SPAD 作为探测器，简单讲就是提升发射端功率或提高接收端的能 力，目前这两种途径成本均较为昂贵。目前 Flash 产品价格依然较高，Ouster 预计到 2024 年将量产 ES2 产品，价格为 600 美金，而且随着技术的优化，将有望下探到 100 美金以下。
OPA 固态激光雷达，潜力最大，但没有成熟产业链支持，难度较高，Quanergy 预期未来有望价格下降到 250 美金。光学相控阵 OPA 固态激光雷达原理是多处振动产生的波 相互叠加，有的方向互相增强，有的方向抵消，采用多个光源组成阵列，通过控制各光 源发射的时间差，可以合成角度灵活、精密可控的主光束。OPA 光学相控阵的核心是相 控阵单元目前世面上并没有成熟的技术，突破时间较为漫长。Quanergy 是采用 OPA 激 光雷达的典型代表，公司预计随着技术成熟价格有望达到 250 美金左右。
高线束机械激光雷达基本仍在 2000 美金以上，随着固态激光雷达的推广，价格可以下沉到 500 美金以下。从目前市面上的主要激光雷达来看，机械激光雷达价格浮动较大， 但高线束的机械激光雷达基本在 2000 美金以上。固态激光雷达多数仍处于推广中，集中出货预计在 2022 年以后，MEMS 激光雷达基本可以将价格稳定在 500-1000 美金。 我们认为机械激光雷达受制于复杂的结构与生产工艺，稳态价格依然会在 1000 美金以 上，而固态激光雷达有望在 2025 年平均价格实现 500 美金，随着 OPA 等技术成熟未来价格有望下沉到 200-300 美金。