自动驾驶系统分为三个层级：感知层、决策层和执行层。感知层负责收集周围的环境信息并做出预处理，主要包 括环境感知和车辆定位。环境感知包括对不同场景理解，如对红绿灯、车道线、指示牌、障碍物、行人车辆等的 检测和识别，定位则是基于环境感知定位自身所处的环境位置；决策层负责思考指挥，基于感知层的信息，做出 任务规划、行为决策和动作规划；执行层负责精准地执行决策层规划好的动作，如对于油门、刹车、方向等精准 合适的控制。 感知层是支撑自动驾驶基础的基础。伴随着无人驾驶技术的逐渐成熟，感知层作为支撑无人驾驶的基础层级，扮 演着越来越重要的角色。感知层主要是通过摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达、红外夜视等多种传感 器采集周边环境的数据，用来完成对车辆周围环境的感知识别。通常来讲，由于汽车存在行驶速度较快、周边环 境多变等特点，所以对感知层的提出了更加严格的规范，也进一步对车载传感器的时效性、精确度和故障率等指 标有更高的要求。除传感器之外，感知层还具有高精度地图、V2X 车联网技术等其他技术来扩展智能车的环境感 知能力，并通过与传感器相互补充融合，最终使智能车达到驾驶场景下非常高的安全性要求。
激光雷达技术架构众多，分类维度多样。激光雷达从测距方法可以分为飞行时间（Time of Flight，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远的测程 （100~250 m），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，未来随着 FMCW 激光雷达整机和上游产业链的成熟，ToF 和 FMCW 激光雷达将在市场上并存。
从组成结构上看，ToF 激光雷达系统主要包括发射模块、接收模块、控制及信号处理模块和扫描模块（如有）。 由主控模块向发射模块的激光驱动发出指令，驱动激光器发射激光脉冲，经由发射光学系统发射激光，激光经被 测物体反射后通过接收光学系统由探测器感知，感知信号经过放大、模数转换后送回主控模块，其中由于发射模 块中发射光源、激光器的选择不同，以及扫描方式不同进一步衍生出多种技术架构。
发射模块中根据选用的激光器光源波长的不同，主要包括激光雷达分为 905nm 和 1550nm 两条技术路线。目前 激光雷达主流采用 905nm 波段，主要原因在于该波段可采用硅基光电探测器，技术成熟且成本较低，但存在人 眼安全问题；选择 1550nm 激光器需要用 Ge 或者 InGaAs 探测器，由于波长越长对应的滤片的难度越大，整体 良率越低成本更高，但相对的对人眼安全阈值更高，因此可以采用更大功率获得更好的测距灵敏度。 从激光器的构型上来看，由于不同光源及发射构型影响射出激光的能量，并进一步影响探测范围，目前 EEL 和 VCSEL 多适用于 905nm，1550nm 则采用光纤激光器，同时，激光器在构型上的选择也在从 EEL 型向 VCSEL 型发展。根据激光器芯片谐振器构型的不同，可以分为边发射激光器（EEL）、面发射激光器（VCSEL）和光纤 激光器。EEL 是在芯片的两侧镀光学膜形成谐振腔，沿平行于衬底表面发射激光，而 VCSEL 是在芯片的上下两 面镀光学膜，形成谐振腔，实现垂直于芯片表面发射激光。VCSEL 有低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调 制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤、制造成本低等优点，但输出功率及电光效率较边发射激光芯片低。VCSEL 目前已广泛应用在消费电子、工业控制、光通信等领域，是 3D 传感的主要光源技术，随着光功率的不断提升， VCSEL 在车载雷达、智能机器人等中长距领域也逐步开始得到应用，并随着车载激光雷达及 3D 感知的迅速发 展，国内外大量厂商在 VCSEL 领域布局，VCSEL 有望未来取代 EEL 成为主流。
根据扫描方式可以进一步分三类：分为整体旋转的机械式激光雷达、收发模块静止的半固态激光雷达以及固态 式激光雷达。半固态和固态激光雷达价格成本有所降低，也是国内厂商的主要发力点，有望逐步实现降本放量。 机械式激光雷达：通常采用 360 度旋转式扫描，实现对四周的环境进行物理扫描形成全面的覆盖点云。这类激 光雷达结构复杂，安装要求高，失效时间低，安全系数低，且成本高昂； 半固态激光雷达：半固态方案的特点是收发单元与扫描部件解耦，收发单元（如激光器、探测器）不再进行机械 运动，具体包括微振镜方案、转镜方案等。适用于实现部分视场角（如前向）的探测，体积相较于机械旋转式雷 达更紧凑。并由于成本大幅降低，目前最快实现上车共识； 纯固态激光雷达：常见的固态雷达分为 OPA 光学相控阵和 Flash 闪光两种，相较机械式无机械转动机构，结构 稳定性高，体积紧凑且成本有所控制。
我们预计到 2025 年，我国车载激光雷达市场规模有望达 369 亿元。根据中汽协数据，我们假设今年车载激光雷 达主要装配集中于部分 L3 级汽车，L3 渗透率为 3%，其车载激光雷达配置率处于起步阶段为 10%，则 2022 年 车载激光雷达有望达 16.5 万台，假设激光雷达均价为 8000 元/台，我们预计到 2025 年，我国汽车产量将达 3000 万辆，我们假设由于激光雷达降本放量，L2 级及以上汽车均有所装配激光雷达，L2、L3 及 L4&L5 渗透率分别 为 30%、3%和 1%，车载激光雷达配置率分别为 40%、60%和 100%，则 2025 年车载激光雷达有望达 750.79 万台，届时激光雷达单价降低到 1500 元，得出我国车载激光雷达市场规模有望从 2022 年的 13.44 亿元增长到 2025 年的 112.62 亿元，复合增速为 103.11%。
报告出品方/作者：信达证券，蒋颖、石瑜捷
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