（報(bào)告出品方/作者：國信證券，熊莉）1感知篇：環(huán)境感知+車身感知+網(wǎng)聯(lián)感知組成車載感知系統(tǒng)整個(gè)車載感知系統(tǒng)主要包括環(huán)境感知、車身感知與網(wǎng)聯(lián)感知三大部分。其中，（1）環(huán)境感知：主要負(fù)責(zé)車輛從外界獲取信息，如附近車輛、車道線、行人、建筑物、障礙

（報(bào)告出品方/作者：國信證券，熊莉）

1 感知篇：環(huán)境感知+車身感知+網(wǎng)聯(lián)感知組成車載感知系統(tǒng)

整個(gè)車載感知系統(tǒng)主要包括環(huán)境感知、車身感知與網(wǎng)聯(lián)感知三大部分。其中， （1）環(huán)境感知：主要負(fù)責(zé)車輛從外界獲取信息，如附近車輛、車道線、行人、 建筑物、障礙物、交通標(biāo)志、信號(hào)燈等，主要包括四大類別的硬件傳感器車載 攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)；（2）車身感知：主要負(fù)責(zé)車身感知定位系統(tǒng)主要由慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和高精度地圖組成。主要是 以高精地圖為依托，通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）。GNSS 通過導(dǎo)航衛(wèi)星可以提供全局的定位信息， 慣導(dǎo)系統(tǒng)可以提供不依賴于環(huán)境的定位信息，高精地圖為車輛環(huán)境感知提供輔 助，提供超視距路況信息。三者取長(zhǎng)補(bǔ)短、互相配合，共同構(gòu)成自動(dòng)駕駛定位 導(dǎo)航系統(tǒng)。車輛 對(duì)自身狀態(tài)的感知，如車輛位置、行駛速度、姿態(tài)方位等，主要包括慣性導(dǎo)航、 衛(wèi)星導(dǎo)航和高精度地圖；（3）網(wǎng)聯(lián)感知：主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)車輛與外界的網(wǎng)聯(lián)通信 以此來獲得道路信息、行人信息等，主要包括各類路側(cè)設(shè)備、車載終端以及 V2X 云平臺(tái)等。

四大硬件傳感器是自動(dòng)駕駛汽車的眼睛，是環(huán)境感知的關(guān)鍵。車載傳感器主要 包括車載攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)四大類。自動(dòng)駕駛汽車 首先是對(duì)環(huán)境信息與車內(nèi)信息的采集、處理與分析，這是實(shí)現(xiàn)車輛自主駕駛的 基礎(chǔ)和前提。環(huán)境感知是自動(dòng)駕駛車輛與外界環(huán)境信息交互的關(guān)鍵，車輛通過 硬件傳感器獲取周圍的環(huán)境信息，環(huán)境感知是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要多種傳感 器實(shí)時(shí)獲取信息，各類硬件傳感器是自動(dòng)駕駛汽車的眼睛。

單車傳感器數(shù)量倍增，為高階自動(dòng)駕駛落地夯實(shí)基礎(chǔ)

當(dāng)前自動(dòng)駕駛正處在 L2 向 L3 級(jí)別跨越發(fā)展的關(guān)鍵階段。其中，L2 級(jí)的 ADAS 是實(shí)現(xiàn)高等級(jí)自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)，從全球各車企自動(dòng)駕駛量產(chǎn)時(shí)間表來看，L3 級(jí) 別自動(dòng)駕駛即將迎來大規(guī)模地商業(yè)化落地。

隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提升，單車傳感器的數(shù)量呈倍級(jí)增加。預(yù)計(jì)自動(dòng)駕駛 Level 1-2 級(jí)需要 10-20 個(gè)傳感器，Level 3 級(jí)需要 20-30 個(gè)傳感器，Level 4-5 級(jí)需要 40-50 個(gè)傳感器。

Level 1-2 級(jí)別：通常具有 1 個(gè)前置遠(yuǎn)程雷達(dá)和 1 個(gè)攝像頭，用于自適應(yīng)巡航 控制，緊急制動(dòng)輔助和車道偏離警告/輔助。2 個(gè)向后的中程雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn) 檢測(cè)，外加 4 個(gè)攝像頭和 12 個(gè)超聲波雷達(dá)則可實(shí)現(xiàn) 360 度視角的泊車輔助功 能。預(yù)計(jì) Level 1-2 的總傳感器數(shù)量約為 10-20 個(gè)左右。

Level 3 級(jí)別：在 Level 1-2 配置的基礎(chǔ)上，外加 1 個(gè)遠(yuǎn)程激光雷達(dá)，由于主 動(dòng)距離測(cè)量，激光雷達(dá)還具有高分辨率，廣角和高精度的特點(diǎn)，這對(duì)于檢測(cè) 和分類對(duì)象或跟蹤地標(biāo)以進(jìn)行定位將是必需的。對(duì)于高速公路領(lǐng)航系統(tǒng) （Highway pilot）應(yīng)用，通常會(huì)額外增加 1 顆后向的遠(yuǎn)程激光雷達(dá)。預(yù)計(jì)會(huì) 使用 6-8 個(gè)攝像頭，8-12 個(gè)超聲波雷達(dá)和 4-8 個(gè)毫米波雷達(dá)，以及 1 個(gè)激光 雷達(dá)，因此，預(yù)計(jì) Level 3 的傳感器總數(shù)量會(huì)在 20-30 個(gè)左右。

Level 4-5 級(jí)別：通常需要多種傳感器進(jìn)行 360°視角的交叉驗(yàn)證，以消除每 種傳感器的弱點(diǎn)。預(yù)計(jì)會(huì)使用 8-15 個(gè)攝像頭，8-12 個(gè)超聲波雷達(dá)和 6-12 個(gè) 毫米波雷達(dá)，以及 1-3 個(gè)激光雷達(dá)，因此，預(yù)計(jì)用于 Level 4 至 5 的傳感器總 數(shù)量會(huì)在 30-40 個(gè)左右。

從本次廣州車展來看，各家新車型均搭配多個(gè)激光雷達(dá)，以此來提前布局高階 自動(dòng)駕駛，哪吒 S 配置了 3-6 顆混合固態(tài)激光雷達(dá)，售價(jià)在 30 萬以上的新車 型普遍搭配了支持 L3-L4 級(jí)自動(dòng)駕駛所需要的各類傳感器（2+顆激光雷達(dá)、12 顆超聲波雷達(dá)、7-10 顆高清攝像頭、5+顆毫米波雷達(dá)）。以蔚來 ET7 為例， 共搭載了多達(dá) 33 個(gè)高精度傳感器，包括 1 個(gè)超遠(yuǎn)距高精度激光雷達(dá)、11 個(gè) 800 萬像素高清攝像頭、5 個(gè)毫米波雷達(dá)、12 個(gè)超聲波傳感器、2 個(gè)高精定位單位、 1 個(gè) V2X 車路協(xié)同感知系統(tǒng)和 1 個(gè) ADMS 增強(qiáng)主駕感知，較蔚來 ES8 的 25 個(gè)傳感器還多了 8 個(gè)。

政策指引，助力高階輔助駕駛 ADAS 快速落地

各國政策不斷刺激，助力高階輔助駕駛 ADAS 快速落地。美國在 2011 年開始 就強(qiáng)制所有輕型商用車和乘用車搭載 ESP 系統(tǒng)，歐盟從 2013 年開始強(qiáng)制安裝 重型商用車搭載 LDW、AEB 等功能，日本從 2014 年強(qiáng)制要求商用車搭載 AEB 系統(tǒng)，2019 年歐盟與日本等 40 國達(dá)成草案，將于 2020 年起全部輕型商用車 和乘用車強(qiáng)制安裝 AEB 系統(tǒng)。中國自 2016 年開始出臺(tái)各項(xiàng)政策，逐步強(qiáng)制商 用車搭載 LDW、FCW、LKA、AEB 等 ADAS 功能。

各國新車測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不斷增加對(duì)主動(dòng)安全 ADAS 功能的權(quán)重。NCAP（New Car Assessment Program，新車測(cè)試項(xiàng)目）是測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)新車型的車輛安全水平進(jìn)行全面評(píng)估，并直接面向公眾公布試驗(yàn)結(jié)果。NCAP 是民間組織，不受政府機(jī) 構(gòu)組織控制。碰撞測(cè)試成績(jī)則由星級(jí)表示，共有五個(gè)星級(jí)，星級(jí)越高表示該車 的碰撞安全性能越好。

多傳感器融合，定義自動(dòng)駕駛汽車的“慧眼”

為了使汽車感知系統(tǒng)形成有效互補(bǔ)，多傳感器融合已成為眾多主機(jī)廠來提高自 身智能駕駛能力的核心技術(shù)之一。 為了應(yīng)對(duì)不同的場(chǎng)景和保證車輛的安全保 證，多傳感器融合成為行業(yè)趨勢(shì)。多傳感器融合技術(shù)是對(duì)信息的多級(jí)別、多維 度組合導(dǎo)出有用的信息，包含圖像信息、點(diǎn)云信息等，不僅可利用不同傳感器 的優(yōu)勢(shì)，還能提高整個(gè)系統(tǒng)的智能化。

多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理與人腦綜合處理信息的過程相似，在此過程 中，智能駕駛汽車要充分地利用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行合理支配與使用，而信息融合的 最終目標(biāo)則是基于各傳感器獲得的分離觀測(cè)信息，通過對(duì)信息多級(jí)別、多方面 組合導(dǎo)出更多有用信息。這不僅是利用了多個(gè)傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢(shì)，而 且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的智能化。

多傳感器融合技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有提升感知系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，提升感知維度，進(jìn)而 提升系統(tǒng)決策的可靠性和置信度，以及增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力。總之，多傳感器技 術(shù)能夠利用空間或時(shí)間上的冗余或者互補(bǔ)信息，基于優(yōu)化算法對(duì)被觀測(cè)對(duì)象進(jìn) 行更全全面的分析：

提高感知的準(zhǔn)確度：多種工作原理的傳感器聯(lián)合互補(bǔ)，可以避免單一傳感器 的局限性，最大程度上發(fā)揮各種傳感器的優(yōu)勢(shì)，能夠同時(shí)獲取被檢測(cè)物體多 種不同的特征信息，漸少環(huán)境、噪聲等外界干擾；

提升感知維度，提升系統(tǒng)決策的可靠性：多傳感器融合可帶來一定的信息冗 余度，即使某一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍然可以正常工作，具有較高的容 錯(cuò)度，增加系統(tǒng)決策的可靠性和置信度；

增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力：應(yīng)用傳感器融合技術(shù)采集的信息具有明顯的特征互補(bǔ)性， 對(duì)空間和時(shí)間的覆蓋范圍更廣，彌補(bǔ)了單一傳感器對(duì)分辨率和環(huán)境的不確定 性。

多傳感器對(duì)于車載系統(tǒng)也提出了新的要求，需要有統(tǒng)一的同步時(shí)鐘，以此保證 傳感器信息的時(shí)間一致性和正確性；此外，準(zhǔn)確的多傳感器標(biāo)定，保證相同時(shí) 間下不同傳感器信息的空間一致性。從多傳感體系的融合結(jié)構(gòu)上，主要可以分 為分布式、集中式和混合式三種。

2 環(huán)境感知之一：激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是 L3 級(jí)以上自動(dòng)駕駛的必備傳感器

激光雷達(dá)，即（LiDAR, Light Detection and Ranging），是一種通過發(fā)射激 光束來測(cè)量周圍環(huán)境物體的距離和方位的方法。激光雷達(dá)主要由發(fā)射模塊、處 理模塊和接收模塊組成，其工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)（激光束），然后 將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(hào)（目標(biāo)回波）與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，做適當(dāng) 處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)及 形狀等參數(shù)，從而對(duì)障礙物、移動(dòng)物體等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、追蹤和識(shí)別。

激光雷達(dá)是當(dāng)下已知的車載雷達(dá)中探測(cè)距離遠(yuǎn)，角度測(cè)量精度極高的一種。激 光雷達(dá)可以準(zhǔn)確的感知周邊環(huán)境的三維信息，探測(cè)精度在厘米級(jí)以內(nèi)。激光雷 達(dá)能夠準(zhǔn)確的識(shí)別出障礙物具體輪廓、距離成 3D 點(diǎn)云，且不會(huì)漏判、誤判前 方出現(xiàn)的障礙物，激光雷達(dá)普遍的有效探測(cè)距離也更遠(yuǎn)。與毫米波雷達(dá)和攝像 頭相比，激光雷達(dá)具備高分辨率、遠(yuǎn)距離和視角廣闊等特性。

激光雷達(dá)誕生于 1960 年，起初用于科研及測(cè)繪項(xiàng)目，全球首個(gè)車規(guī)級(jí)激光雷 達(dá)在 2017 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。1960 年美國休斯實(shí)驗(yàn)室的西奧多·梅曼發(fā)明了人類歷 史上第一臺(tái)激光器，隨著激光器的發(fā)展，激光雷達(dá)逐漸發(fā)展起來。早期激光雷 達(dá)主要用于科研及測(cè)繪項(xiàng)目，進(jìn)行氣象探測(cè)以及針對(duì)海洋、森林、地表的地形 測(cè)繪。2010 年，Neato 公司把激光雷達(dá)安在了掃地機(jī)器人上面，推出了 Neato XV-11，Neato 公司將單個(gè)激光雷達(dá)的成本控制在 30 美元以內(nèi)，解決了激光雷 達(dá)的量產(chǎn)難題，打開了激光雷達(dá)在民用市場(chǎng)的空間。

而車載雷達(dá)的發(fā)展歷史可以追溯到 21 世紀(jì)初，在 2007 年，美國國防部組織的 DARPA 無人車挑戰(zhàn)賽上，參賽的 7 只隊(duì)伍，就有 6 只安裝了 Velodyne 的激光 雷達(dá)。2010 年 Ibeo 公司同法雷奧合作進(jìn)行車規(guī)化激光雷達(dá) SCALA 的開發(fā)， SCALA 為基于轉(zhuǎn)鏡架構(gòu)的 4 線激光雷達(dá)，在 2017 年成為了全球第一款車規(guī)級(jí) 激光雷達(dá)，SCALA 并在當(dāng)年搭載在全新的奧迪 A8 上。

在測(cè)繪之外，智能駕駛、工業(yè)及服務(wù)機(jī)器人都是激光雷達(dá)的重要應(yīng)用場(chǎng)景。在應(yīng)用場(chǎng)景上，除了傳統(tǒng)的測(cè)繪測(cè)風(fēng)之外，無人駕駛、高級(jí)輔助駕駛等智能駕駛 場(chǎng)景正在快速成長(zhǎng)。此外，工業(yè)及服務(wù)機(jī)器人如 AGV，其應(yīng)用包括無人配送、 無人清掃、無人倉儲(chǔ)、無人巡等，都是激光雷達(dá)未來重要的應(yīng)用場(chǎng)景。

智能駕駛將是未來五年激光雷達(dá)市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)動(dòng)力。根據(jù) Yole 的預(yù)測(cè)，2019 年全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模約為 16 億美金，預(yù)計(jì)到 2025 年全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī) 模將達(dá)到 38 億美金，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為 20%。按照各細(xì)分應(yīng)用板塊來看，智 能駕駛場(chǎng)景未來五年的復(fù)合增長(zhǎng)率將超過 60%，將會(huì)為整個(gè)激光雷達(dá)市場(chǎng)提供 18 億美金的增量，預(yù)計(jì)到 2025 年，智能駕駛場(chǎng)景將占到整個(gè)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī) 模的 50%，成為激光雷達(dá)市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)動(dòng)力。此外，各種工業(yè)及服務(wù)機(jī)器人 對(duì)激光雷達(dá)的需求也在快速增長(zhǎng)，也將帶動(dòng)整個(gè)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。

目前主流的自動(dòng)駕駛技術(shù)路徑主要分兩種：（1）以特斯拉為代表的視覺算法為 主導(dǎo)的流派。以攝像頭主導(dǎo)，搭配毫米波雷達(dá)來捕捉周邊環(huán)境信息，使用先進(jìn) 的計(jì)算機(jī)視覺算法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛。這一類方案所需的硬件成熟度較高，成本 低，但毫米波雷達(dá)探測(cè)角度較小，遠(yuǎn)距離探測(cè)能力也不足，需要優(yōu)異的算法來 彌補(bǔ)缺點(diǎn)。典型代表有特斯拉，該技術(shù)路徑相對(duì)小眾；（2）以 Waymo、部分 車企為代表的激光雷達(dá)主導(dǎo)的流派。以激光雷達(dá)為主， 同時(shí)搭載毫米波雷達(dá)、 超聲波傳感器和攝像頭，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離、全方位的探測(cè)，分辨率較強(qiáng)，但硬 件成本較高，典型代表為谷歌 Waymo、百度 Apollo、文遠(yuǎn)知行等主流無人駕駛企業(yè)。

激光雷達(dá)是車載攝像頭與毫米波雷達(dá)的有效補(bǔ)充，將是 L3 級(jí)及以上自動(dòng)駕駛 的必備傳感器。從工作原理來看，激光雷達(dá)發(fā)射的光波的頻率比微波高出 2-3 個(gè)數(shù)量級(jí)，因此激光雷達(dá)具有極高的距離分辨率、角分辨率和速度分辨率，因 此測(cè)量精度更高，獲得信息更為立體，同時(shí)，由于激光波長(zhǎng)短，可發(fā)射發(fā)散角 非常小的激光束，可探測(cè)低空/超低空目標(biāo)，抗干擾能力強(qiáng)。即便是純視覺的方 案從效果上能夠一定程度代替激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛方案，但是對(duì)于高階自動(dòng)駕 駛而言，安全駕駛是其重要的一步，在感知環(huán)節(jié)的傳感器冗余能夠有限提升車 輛的安全冗余，激光雷達(dá)將是 L3 及以上自動(dòng)駕駛的必備傳感器。

混合固態(tài)短期會(huì)是主流，固態(tài)芯片化是終極形態(tài)

激光雷達(dá)主要由光束掃描器和探測(cè)系統(tǒng)兩個(gè)維度組成，一個(gè)負(fù)責(zé)成像，一個(gè)負(fù) 責(zé)測(cè)距。按光束掃描器結(jié)構(gòu)大致可劃分為三類：機(jī)械式、混合固態(tài)和固態(tài)激光 雷達(dá)；按照掃描方式分為機(jī)械旋轉(zhuǎn)式、MEMS（微振鏡）、微距移動(dòng)、Flash、OPA（光學(xué)相控陣）等。

ToF 激光雷達(dá)是當(dāng)前的主流，未來 ToF 與 FMCW 會(huì)共存。按照探測(cè)方式來分， 分成了非相干測(cè)量（脈沖飛行時(shí)間測(cè)量法 ToF 為代表）和相干測(cè)量（典型為 FMCW 調(diào)頻連續(xù)波）。ToF 與 FMCW 能夠?qū)崿F(xiàn)室外陽光下較遠(yuǎn)的測(cè)程 （100~250m），是車載激光雷達(dá)的優(yōu)選方案。ToF 是目前市場(chǎng)車載中長(zhǎng)距激光 雷達(dá)的主流方案，未來隨著 FMCW 激光雷達(dá)整機(jī)和上游產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，ToF 和 FMCW 激光雷達(dá)將在市場(chǎng)上并存。

混合固態(tài)方案作為當(dāng)前市場(chǎng)的過渡期預(yù)計(jì)將存在 5 年以上，終極形態(tài)的激光雷 達(dá)會(huì)是低成本、高度芯片化的產(chǎn)品。

固態(tài)激光雷達(dá)是終極形態(tài)，混合固態(tài) MEMS 等方案短期內(nèi)會(huì)是主流。機(jī)械式 激光雷達(dá)技術(shù)本身成熟，但具有成本較高、裝配調(diào)制困難、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，且 需要持續(xù)旋轉(zhuǎn)，機(jī)械部件的壽命較短，一般在 1-2 年，很難應(yīng)用在規(guī)模量產(chǎn)車 型上。MEMS 混合固態(tài)激光雷達(dá)一方面具有尺寸小、可靠性高、批量生產(chǎn)后 成本低、分辨率較高等優(yōu)勢(shì)，另一方面也存在信噪比低、有效距離短、視場(chǎng) 角窄、工作壽命較短等缺點(diǎn)。MEMS 方案是當(dāng)下車用激光雷達(dá)量產(chǎn)的最優(yōu)解， 但是 MEMS 微振鏡掃描角度小、振動(dòng)問題與工作溫度范圍，過車規(guī)也存在挑 戰(zhàn)。固態(tài)方案不用受制于機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度和精度，可大大壓縮雷達(dá)的結(jié)構(gòu)和 尺寸，提高使用壽命，并降低成本。

芯片化將會(huì)是激光雷達(dá)的架構(gòu)趨勢(shì)。當(dāng)前大部分 ToF 激光雷達(dá)產(chǎn)品采用分立 器件，即發(fā)射端使用邊發(fā)射激光器 EEL 配合多通道驅(qū)動(dòng)器、接收端使用線性 雪崩二極管探測(cè)器（APD）配合多通道跨阻放大器（TIA）的方案。但分立器 件仍存在零部件多、生產(chǎn)成本高、可靠性低等問題，芯片化架構(gòu)的激光雷達(dá) 可將數(shù)百個(gè)分立器件集成于一顆芯片，在降低物料成本的同時(shí)，省去了對(duì)每 一個(gè)激光器進(jìn)行獨(dú)立光學(xué)裝調(diào)的人力生產(chǎn)成本。此外，器件數(shù)量的減少，可 以顯著降低因單一器件失效而導(dǎo)致系統(tǒng)失效的概率，提升了可靠性。芯片化 架構(gòu)的激光雷達(dá)是未來的發(fā)展方向。（報(bào)告來源：未來智庫）

激光雷達(dá)成本拐點(diǎn)來臨，大規(guī)模商業(yè)化落地在即

激光雷達(dá)的成本構(gòu)成。激光雷達(dá)本質(zhì)是一個(gè)由多種部件構(gòu)成的光機(jī)電系統(tǒng)，光 電系統(tǒng)包括發(fā)射模組、接收模組、測(cè)時(shí)模組（TDC/ADC）和控制模組四部分構(gòu) 成，其中，光電系統(tǒng)成本約占激光雷達(dá)整機(jī)成本的 70%。

激光雷達(dá)上游產(chǎn)業(yè)鏈主要包括激光器和探測(cè)器、FPGA 芯片、模擬芯片供應(yīng)商， 以及光學(xué)部件生產(chǎn)和加工商。激光器和探測(cè)器是激光雷達(dá)的重要部件，激光器 和探測(cè)器的性能、成本、可靠性與激光雷達(dá)產(chǎn)品的性能、成本、可靠性密切相 關(guān)。激光器主流供應(yīng)商有歐司朗、艾邁斯半導(dǎo)體、魯門特姆，探測(cè)器主流供應(yīng) 商有濱松、安森美、索尼等。FPGA 通常被用作激光雷達(dá)的主控芯片，主流供 應(yīng)商有賽靈思、英特爾等，除了 FPGA 之外，也可以選用 MCU、DSP 等代替。 MCU 的主流供應(yīng)商有瑞薩、英飛凌等，DSP 的主流供應(yīng)商有德州儀器、亞德 諾半導(dǎo)體等。而在相關(guān)光學(xué)部件上，國內(nèi)供應(yīng)鏈已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)替代海外，實(shí)現(xiàn) 自主供應(yīng)。

從各家的 Velodyne 的 64 線機(jī)械式激光雷達(dá)的售價(jià)在 7.5 萬美元，32 線的機(jī)械 式激光雷達(dá)售價(jià)在 4 萬美元左右，16 線的機(jī)械式激光雷達(dá)售價(jià)在 3999 美元。 而國內(nèi)廠商，如禾賽科技在 2020 年發(fā)布的機(jī)械式激光雷達(dá)售價(jià)為 4999 美元左 右，速騰聚創(chuàng)在 2020 年發(fā)布的機(jī)械式激光雷達(dá)售價(jià)為 1898 美元。

隨著相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈日益成熟，激光雷達(dá)的成本拐點(diǎn)即將來臨。Velodyne 宣 布計(jì)劃到 2024 年將平均單價(jià)將下降到 600 美元，華為也宣布未來計(jì)劃將激光 雷達(dá)的價(jià)格控制在 200 美金以內(nèi)。隨著相關(guān)技術(shù)逐漸成熟和供應(yīng)鏈體系的逐步 完善，當(dāng)前混合固態(tài)的激光雷達(dá)平均價(jià)格約在 1000 美元左右，預(yù)計(jì)到 2023 年 左右成本有望下探到 500 美元。隨著激光雷達(dá)的成本拐點(diǎn)逐步到來，也為大規(guī) 模商用打造了充分的基礎(chǔ)。

2022 年有望成為激光雷達(dá)大規(guī)模商業(yè)的元年。在 2021 年，如蔚來 ET7、智已 L7、極狐阿爾法 S、哪吒 S、R 汽車等都已宣布搭載激光雷達(dá)的車型正在量產(chǎn)路上，在前不久的廣州車展上，威馬 M7、廣汽埃安 AION LX Plus 等均宣布了 搭載 2~3 顆激光雷達(dá)，長(zhǎng)城最新發(fā)布的沙龍機(jī)甲龍更是配備 4 顆激光雷達(dá)。這 些車型大多在 2022 年量產(chǎn)，2022 年有望成為激光雷達(dá)大規(guī)模商業(yè)的元年。

空間測(cè)算：預(yù)計(jì)到 2025 年全球市場(chǎng)規(guī)模 739 億元，CAGR 107%

各家 OEM 車廠在 2022 年搭載激光雷達(dá)的車型紛紛量產(chǎn)，帶動(dòng)車規(guī)級(jí)激光雷達(dá) 市場(chǎng)持續(xù)放量。當(dāng)前由于激光雷達(dá)相對(duì)較高，只有 L2.5 和 L3 以上的車型才會(huì) 搭載，預(yù)計(jì)單車平均搭載數(shù)量將從 1 顆逐漸提升到 2030 年有望達(dá)到 3 顆。預(yù) 計(jì)到 2025 年全球車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)搭載量將超過 3100 萬顆，保持高速增長(zhǎng)；隨 著激光雷達(dá)的大規(guī)模量產(chǎn)，價(jià)格有望持續(xù)下降，預(yù)計(jì)將從目前的 6000 元，下 降至 2025 年 3000 元左右；而在市場(chǎng)空間方面，預(yù)計(jì)到 2025 年全球市場(chǎng)規(guī)模 有望超過 739 億元，復(fù)合增長(zhǎng)率 107%。中國市場(chǎng)方面，預(yù)計(jì)到 2025 年中國激 光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 287 億元，激光雷達(dá)搭載量有望超過 1200 萬顆。隨 著高階自動(dòng)駕駛對(duì)激光雷達(dá)的需求不斷提升，帶動(dòng)激光雷達(dá)市場(chǎng)快速爆發(fā)，車 規(guī)激光雷達(dá)將是未來五年智能傳感器市場(chǎng)中彈性最大的子板塊。

3 環(huán)境感知之二：車載攝像頭

單車攝像頭數(shù)量持續(xù)增加，天花板不斷打開

車載攝像頭是環(huán)境感知中最常見的傳感器之一。攝像頭的工作原理即目標(biāo)物體 通過鏡頭生成光學(xué)圖像投射到圖像傳感器上，光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)過 A/D （模數(shù)轉(zhuǎn)換）后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，最后送到 DSP（數(shù)字信號(hào)處理芯片）中進(jìn) 行加工處理，由 DSP 將信號(hào)處理成特定格式的圖像傳輸?shù)斤@示屏上進(jìn)行顯示。 視覺是人類駕駛汽車獲取環(huán)境信息最主要的途徑，攝像頭獲取的信息更為直觀， 更接近人類的視覺，對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車而言，攝像頭取代了人類視覺，成為了 汽車獲取外界信息的重要來源。

車載攝像頭的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，成本低且技術(shù)成熟，采集信息的豐富度較高，最 接近人類視覺，但其缺點(diǎn)也十分顯著，攝像頭受光照、環(huán)境影響十分大，難以 全天候工作，尤其是在黑夜、雨雪天、大霧等能見度不足的場(chǎng)景下，其識(shí)別效 率大大降低，此外，車載攝像頭缺乏深度信息，三維空間感不足。

圖像傳感器成本占比超過五成，CMOS 為當(dāng)下主流選擇。車載攝像頭的硬件結(jié) 構(gòu)包括光學(xué)鏡頭（光學(xué)鏡片、濾光片、保護(hù)膜）、圖像傳感器、圖像信號(hào)處理 器（ISP）、串行器、連接器等器件。成本結(jié)構(gòu)成上，圖像傳感器成本占比最高， 成本占比達(dá)到 50%，CMOS 圖像傳感器具有讀取信息方式簡(jiǎn)單、輸出信息速率 快、耗電少、集成度高、價(jià)格低等特點(diǎn)，成為目前目前主流的車載圖像傳感器。

車載鏡頭舜宇排名第一，聯(lián)創(chuàng)電子正在快速崛起。根據(jù) ICVTank 在 2019 年的 數(shù)據(jù)顯示，舜宇光學(xué)全球車載攝像頭出貨量第一，市占率超過 30%，韓國世高 光、日本關(guān)東辰美、日本富士占絕行業(yè)前四名，前四名市占率超過 80%。國產(chǎn) 方面，除舜宇之外，聯(lián)創(chuàng)電子是國內(nèi)唯二具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的廠商，目前已經(jīng)進(jìn) 入特斯拉、蔚來等產(chǎn)業(yè)鏈，正在快速崛起。

車載 CIS 呈現(xiàn)寡頭格局，韋爾收購豪威科技一躍成為行業(yè)第二。車載 CIS （CMOS Image Sensor）是當(dāng)下主流的車載攝像頭圖像傳感器方案，其中安森 美是絕對(duì)的車載 CIS 龍頭，市占率超過六成，豪威科技位列第二，市占率約為 20%，索尼和三星作為手機(jī) CIS 的龍頭，進(jìn)入車載市場(chǎng)較晚，正在快速切入。 國產(chǎn)廠商方面，韋爾股份收購豪威科技后，一躍成為車載 CIS 龍頭，正在迅速 崛起。

中游模組主要由海外公司主導(dǎo)，國產(chǎn)比例仍然較低。由于車規(guī)級(jí)攝像頭模組的 安全性和穩(wěn)定性要求更高，模組封裝工藝更為復(fù)雜，在競(jìng)爭(zhēng)格局方面，主要由 海外公司占據(jù)主要市場(chǎng)份額，松下、法雷奧、富士通、大陸、麥格納等占據(jù)市場(chǎng)主要地位，國產(chǎn)方面，舜宇光學(xué)、聯(lián)創(chuàng)電子等為代表的攝像頭模組企業(yè)正在 快速布局車載領(lǐng)域。

根據(jù)安裝位置劃分，車載攝像頭可以分為五大類：內(nèi)視攝像頭、后視攝像頭、 前置攝像頭、側(cè)視攝像頭、環(huán)視攝像頭等；根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分，車載攝像頭可以分 為單目攝像頭、雙目攝像頭、廣角攝像頭等。單目攝像頭和雙目攝像頭主要用 于自動(dòng)駕駛汽車的前視，視角一般為 45 度左右，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn) FCW、LDW、PCW、 TSR、ACC 等功能，而廣角攝像頭則要用于自動(dòng)駕駛汽車的后視（后視泊車輔 助）、內(nèi)置（閉眼提醒、DMS）、側(cè)視（盲點(diǎn)檢測(cè)）、以及環(huán)視（全景泊車、 LDW）等多個(gè)方位多種功能。

各家整車廠新車型的攝像頭搭載數(shù)量持續(xù)上升。從各家最新發(fā)布的車型搭載方 案來看，造車新勢(shì)力的單車搭載攝像頭數(shù)量平均已超過 10 顆。2021 年最新發(fā) 布的蔚來 ET7 共搭載了 11 顆攝像頭，小鵬計(jì)劃于 2022 年量產(chǎn)的 G9 車型預(yù)計(jì) 將搭載 12 顆攝像頭，極氪 001 更是搭載了 15 顆攝像頭，各家車企不斷增加前 視、環(huán)視、后視和內(nèi)視等各方位的攝像頭，為了高階輔助駕駛的落地創(chuàng)造了堅(jiān) 實(shí)的基礎(chǔ)。

特斯拉 Model 3 的感知系統(tǒng)包括了 8 個(gè)攝像頭+12 個(gè)超聲波雷達(dá)+1 個(gè)毫米波 雷達(dá)。該感知系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在 250 米半徑內(nèi)提供 360 度的視野，可以在一定距 離內(nèi)探測(cè)軟硬物體，而且精度幾乎是以前系統(tǒng)的兩倍。包括 1 個(gè)前視窄視野長(zhǎng) 焦攝像頭（FOV 25 度、最大測(cè)距 250 米），1 個(gè)前視主視野中焦攝像頭（FOV 50 度、最大測(cè)距 150 米），1 個(gè)前視寬視野廣角攝像頭（FOV 150 度、最大測(cè) 距 60 米），2 個(gè)側(cè)方前視攝像頭（最大測(cè)距 80 米）、2 個(gè)側(cè)方后視攝像頭（最 大測(cè)距 100 米）和 1 個(gè)后視攝像頭（最大測(cè)距 50 米）。

Mobileye 的純攝像頭 ADAS 解決方案包括了 12 顆攝像頭的子系統(tǒng)。在 CES 2020 上，Mobileye 也發(fā)布 12 個(gè)攝像頭組成的純攝像頭解決方案，包括 2 顆前視攝像 頭（FOV 120 度），一顆前視窄視野長(zhǎng)焦攝像頭（FOV 28 度），1 顆后視攝 像頭（FOV 60 度），4 顆側(cè)視攝像頭（FOV 100 度），4 顆停車輔助攝像頭， 1 顆 DMS 內(nèi)視攝像頭。

單車搭載攝像頭數(shù)量持續(xù)增加，預(yù)計(jì)到 23 年有望超過平均每臺(tái)車 3 顆。根據(jù) 佐思汽研數(shù)據(jù)，2021Q1 中國乘用車市場(chǎng)車載攝像頭的總安裝量為 922.3 萬顆， 同比增長(zhǎng) 95.3%，2021Q1 單車的攝像頭安裝量從 2020Q1 的 1.559 顆提升至 1.779 顆，市場(chǎng)對(duì)車載攝像頭的需求量持續(xù)增加。根據(jù) Yole 預(yù)測(cè)，2018 年全球 汽車平均每臺(tái)搭載攝像頭的數(shù)量為 1.7 顆，預(yù)計(jì)到 2023 年有望增加單車 3 顆左 右，CAGR 達(dá) 12%。而對(duì)于高端車的搭載情況，根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)顯示，高端車 型的單車攝像頭搭載數(shù)量從 2014 年的 5 顆提升到 2020 年的 8 顆，預(yù)計(jì)到 2024 年將超過 11 顆。

此外，根據(jù)不同等級(jí)自動(dòng)駕駛的要求，為了實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的識(shí)別效果，每一類攝 像頭會(huì)搭載不同焦段 2-3 只。L1 或 2 級(jí)的車輛主要以安裝倒車或環(huán)視攝像頭為 主，單車攝像頭數(shù)量約在 3-5 顆左右；L3 級(jí)車輛還會(huì)安裝前視攝像頭，單車攝 像頭數(shù)量約在 8 顆左右；L4/5 級(jí)車輛基本會(huì)囊括各種類型的攝像頭，單車攝像 頭數(shù)量約在 10-20 顆左右。

各類型車載攝像頭快速上車，滲透率不斷提升。19-20 年我國后視攝像頭滲透 率占比最高為 50%，前視攝像頭滲透率 30%、側(cè)視攝像頭滲透率 22%，內(nèi)置 攝像頭滲透率 7%，仍然有很大的滲透空間。隨著 IACC、HWA、HWP 等各類 高級(jí) ADAS 功能落地，各種攝像頭的需求量也在不斷上升，駕駛員注意力監(jiān)測(cè) 需求上升，DMS 攝像頭也在快速上車。根據(jù)佐思汽研的數(shù)據(jù)，2021Q1 中國乘 用車市場(chǎng) DMS 安裝量同比增長(zhǎng) 554.5%，是各類車載攝像頭中增速最快的，此 外環(huán)視攝像頭同比增速 120.8%，前視攝像頭同比增速 103.0%，行車記錄儀同 比增速 102.2%，后視攝像頭同比增速 60.6%，各類車載攝像頭安裝量快速提 升。

EEA 架構(gòu)集中化，有望帶動(dòng)攝像頭成本下行

特斯拉剝離計(jì)算功能，攝像頭 BOM 成本下降六成。以寶馬 X5 采用的采孚三目 前視攝像頭和特斯拉在 Model 3 中所使用的三目前視攝像頭進(jìn)行成本比較。寶 馬 X5 中的采孚 S-Cam4 三目前視攝像頭是由豪威（OmniVision）的 CMOS 圖 像傳感器實(shí)現(xiàn)圖像采集，Mobileye 的 EyeQ4 實(shí)現(xiàn)視覺處理。而特斯拉在 Model 3 中 所 使 用 的 三 目 前 視 攝 像 頭 ， 其 攝 像 頭 模 塊 是 基 于 安 森 美 （ On Semiconductor）120 萬像素的 CMOS 圖像處理器，并沒有安裝計(jì)算功能模塊， 圖像處理功能則由 Autopilot 來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù) SystemPlus 測(cè)算，特斯拉 Model 3 的三目前視攝像頭的 BOM 成本 65 美 金左右，而采孚 ZF S-Cam4 三目前視攝像頭的 BOM 成本在 165 美金左右，特 斯拉在剝離了計(jì)算功能后，攝像頭 BOM 成本下降了約六成。

EEA 架構(gòu)的集中化會(huì)促使算力集中化，進(jìn)而加速傳感器的硬件簡(jiǎn)化。以特斯拉 為例，Model 3 的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入準(zhǔn)中央架構(gòu)階段，由中央計(jì)算模塊 （CCM）、左車身控制模塊（BCMLH）、右車身控制模塊（BCMRH）三個(gè)部 分組成，特斯拉的準(zhǔn)中央 E/E 架構(gòu)已帶來了線束革命，Model S/Model X 整車 線束的長(zhǎng)度是 3 公里，Model 3 整車線束的長(zhǎng)度縮短到了 1.5 公里，Model Y 進(jìn) 一步縮短到 1 公里左右，特斯拉最終的計(jì)劃是將線束長(zhǎng)度縮短至 100 米。整個(gè) 架構(gòu)的不斷集中化，也帶動(dòng)了整個(gè)控制和算力的集中化，也避免了過往各 ECU之間的算力冗余，進(jìn)一步簡(jiǎn)化邊緣端傳感器，從而帶動(dòng)邊緣段硬件成本的進(jìn)一 步下探。

車內(nèi)感知需求不斷增加，DMS 有望成為標(biāo)配

駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（DMS，Driver Monitor System）是指駕駛員行駛過程中， 全天候監(jiān)測(cè)駕駛員的疲勞狀態(tài)、危險(xiǎn)駕駛行為的信息技術(shù)系統(tǒng)。在發(fā)現(xiàn)駕駛員 出現(xiàn)疲勞、打哈欠、瞇眼睛及其他錯(cuò)誤駕駛狀態(tài)后，DMS 系統(tǒng)將會(huì)對(duì)此類行為 進(jìn)行及時(shí)的分析，并進(jìn)行語音燈光提示，起到警示駕駛員，糾正錯(cuò)誤駕駛行為 的作用。DMS 一般分為主動(dòng)式 DMS 和被動(dòng)式 DMS。被動(dòng)式 DMS 基于方向盤 轉(zhuǎn)向和行駛軌跡特征來判斷駕駛員狀態(tài)。主動(dòng)式 DMS 一般基于攝像頭和近紅 外技術(shù)，從眼瞼閉合、眨眼、凝視方向、打哈欠和頭部運(yùn)動(dòng)等，檢測(cè)駕駛員狀 態(tài)。

主動(dòng) DMS 系統(tǒng)從 18 年開始逐漸放量，21 年 1-9 月 DMS 銷量同比增長(zhǎng) 244%。 自 2006 年起，雷克薩斯 LS 460 首次配備主動(dòng) DMS，隨著近年來一系列的安 全事故大大提高了 DMS 在自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)尤其是 L2/L3 功能上的的重要性。 從 2018 年開始，隨著 L2 和 L3 系統(tǒng)逐漸量產(chǎn)，主動(dòng)式 DMS 系統(tǒng)開始放量。根 據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)， 2019 年在中國主動(dòng) DMS 系統(tǒng)的乘用車新車安裝量為 1.02 萬套，同比增長(zhǎng) 174%。2021 年 1-9 月中國乘用車新車的 DMS 系統(tǒng)銷量 25.15 萬套，同比增長(zhǎng) 244%，其中合資占比 6%，本土占比 94%，排名靠前的品牌 有長(zhǎng)安、小鵬、哈弗、寶馬、蔚來等。2021 年中國 DMS 爆發(fā)增長(zhǎng)主要原因是 本土品牌增加了裝配車型力度。2021 年新上市車型 DMS 裝配量 9.67 萬輛，占 整體裝配量比例 38%。

大部分 Tier1 已推出 DMS 完整解決方案，包括法雷奧、博世、大陸、電裝、現(xiàn) 代摩比斯、偉世通、維寧爾等。在中國企業(yè)中，百度、商湯科技、中科創(chuàng)達(dá)、 經(jīng)緯恒潤(rùn)等公司的 DMS 產(chǎn)品也已落地在各個(gè)品牌車型上。

DMS 的核心功能是監(jiān)測(cè)駕駛員的疲勞和注意力分散程度。但是基于更多的傳感 器，視覺+紅外攝像頭，甚至毫米波雷達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，譬如人臉識(shí)別、 年齡性別估計(jì)、情緒估計(jì)、安全帶檢測(cè)、姿勢(shì)位置、遺忘檢測(cè)、座艙異常情況 檢測(cè)、幼兒檢測(cè)等。通過人臉、性別和表情的識(shí)別, 實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證，以及更豐 富的人車交互。目前 DMS 的應(yīng)用僅停留在預(yù)警階段，而一旦與 ADAS/AD 系統(tǒng) 結(jié)合，還可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化車身控制等功能。

空間測(cè)算：預(yù)計(jì)到 2025 年全球市場(chǎng)規(guī)模近

1200 億元，CAGR 22% 隨著高階輔助駕駛功能滲透率的不斷提升，平均單車攝像頭的數(shù)量也在不斷提 升。對(duì)于 L2.5 和 L3 級(jí)的單車而言，平均車載攝像頭有望從 6-7 顆提升到 2030 年的 10 顆。隨著 ADAS 攝像頭和高清攝像頭的滲透率逐漸提升，將會(huì)帶動(dòng)單 車攝像頭價(jià)值量的不斷提升。根據(jù)我們測(cè)算，預(yù)計(jì)到 2025 年全球車載攝像頭 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 1178 億元，復(fù)合增長(zhǎng)率 21.9%，全球車載攝像頭的搭載量有望 突破 2.45 億顆，復(fù)合增長(zhǎng)率 19.2%。在中國市場(chǎng)方面，預(yù)計(jì)到 2025 年，中國 車載攝像頭市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 457 億元，車載攝像頭搭載量有望突破 9600 萬顆。

4 環(huán)境感知之三：毫米波雷達(dá)

77GHz 正在取代 24GHz 成為主流

毫米波雷達(dá)是一種使用天線發(fā)射波長(zhǎng) 1-10mm、頻率 24-300GHz 的毫米波 （Millimeter Wave，MMW）作為放射波的雷達(dá)傳感器。毫米波雷達(dá)根據(jù)接收 和發(fā)射毫米波的時(shí)間差，結(jié)合毫米波傳播速度、載體速度及監(jiān)測(cè)目標(biāo)速度，可 以獲得汽車與其他物體相對(duì)距離、相對(duì)速度、角度及運(yùn)動(dòng)方向等物理環(huán)境信息。 毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的 優(yōu)點(diǎn)。與激光雷達(dá)（LiDAR）相比，目前毫米波雷達(dá)技術(shù)更加成熟、應(yīng)用更加 廣泛、成本更加低廉；與可見光攝像頭相比，毫米波雷達(dá)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性更 好，價(jià)格差距也在不斷縮小。尤其是全天候工作無可替代的優(yōu)勢(shì)，已成為汽車 電子廠商公認(rèn)的主流選擇，擁有巨大的市場(chǎng)需求。

車載毫米波雷達(dá)根據(jù)毫米波頻率可以分為 24GHz、77GHz 和 79GHz 毫米波雷 達(dá)三大種類。目前各個(gè)國家對(duì)車載毫米波雷達(dá)的頻段各有不同，除了少數(shù)國家 （如日本）采用 60GHz 頻段外，主要集中在 24GHz 和 77GHz 兩個(gè)頻段。世 界無線電通信大會(huì)已將 77.5~78.0GHz 頻段劃分給無線電定位業(yè)務(wù)，以促進(jìn)短 距高分辨車用雷達(dá)的發(fā)展。由于 77GHz 相對(duì)于 24GHz 的諸多優(yōu)勢(shì)，未來全球 車載毫米波雷達(dá)的頻段會(huì)趨同于 77GHz 頻段（76-81GHz）。

根據(jù)探測(cè)距離的不同，毫米波雷達(dá)可分為短程毫米波雷達(dá)（SRR）、中程毫米 波雷達(dá)（MRR）、遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)（LRR）三種。24GHz 主要是以 SRR 和 MRR 雷達(dá)為主，77GHz 主要以 LRR 雷達(dá)為主。一般情況下，SRR 的探測(cè)距 離小于 60 米，MRR 的探測(cè)距離在 100 米左右，LRR 的探測(cè)距離大于 200 米。

車載毫米波雷達(dá)因具備受天氣氣候影響程度低、不受前方目標(biāo)物形狀與顏色等 干擾等特性，廣泛應(yīng)用于主動(dòng)安全系統(tǒng)。不同探測(cè)距離決定了不同類型毫米波 雷達(dá)的應(yīng)用場(chǎng)景不同，因此，不同高級(jí)輔助駕駛功能也需要不同的雷達(dá)選型。 角雷達(dá)通常是 SRR 短程雷達(dá)負(fù)責(zé)盲點(diǎn)檢測(cè)（BSD）、變道輔助（LCA）和前后 交叉交通警報(bào)（F/RCTA）的要求，而前雷達(dá)通常是負(fù)責(zé)自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB） 和自適應(yīng)巡航控制（ACC）的 MRR 和 LRR 中遠(yuǎn)程雷達(dá)。毫米波雷達(dá)是高級(jí)輔 助駕駛系統(tǒng)（ADAS）的必備傳感器。

77 GHz 車載激光雷達(dá)優(yōu)勢(shì)顯著，正在逐漸替代 24GHz 成為主流。（1）77GHz 雷達(dá)的分辨率和精度更高：由于速度分辨率和精度與射頻成反比，更高的射頻頻 率導(dǎo)致更好的速度分辨率和精度。77GHz 的毫米波雷達(dá)比 24GHz 的速度分辨率和 精度提高了 3 倍；（2）77GHz 雷達(dá)的體積更小：77GHz 天線列陣的間距僅為 24GHz 的三分之一，因此整個(gè)毫米雷達(dá)的體積也可以實(shí)現(xiàn)其三分之一。

海外廠商正主導(dǎo)市場(chǎng)，國內(nèi)正起步追趕

國外毫米波雷達(dá)發(fā)展歷史悠久，國產(chǎn)正在逐步追趕。1973 年德國首次出現(xiàn)汽車 防撞雷達(dá)，歐美大型毫米波雷達(dá)制造商已累積近 40 年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。早期的毫米 波雷達(dá)采用高電子遷移晶體管制作集成電路，集成度低且成本高昂，直到 2012 年，英飛凌及飛思卡爾成功推出芯片級(jí)別的毫米波射頻芯片，降低了毫米波波 雷達(dá)的技術(shù)門檻，同時(shí)降低其制造成本，推動(dòng)毫米波雷達(dá)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。2013 年，24GHz 毫米波雷達(dá)產(chǎn)品開始進(jìn)入中國，2018 年，實(shí)現(xiàn) 24GHz 毫米波雷達(dá) 國產(chǎn)，但是在 77GHz 毫米波雷達(dá)產(chǎn)品仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模國產(chǎn)化，只有少數(shù)國內(nèi)廠 商具備 77GHz 產(chǎn)品的量產(chǎn)能力，國產(chǎn)毫米波雷達(dá)仍在持續(xù)追趕中。

毫米波雷達(dá)的硬件占比約 50%，主要由射頻前端（MMIC）、數(shù)字信號(hào)處理器、 天線及控制電路等部分構(gòu)成，軟件算法占比約 50%。

射頻前端（MMIC）：是核心射頻部分，占總成本的 25%左右。由發(fā)射器、 接收器、功率放大器、低噪聲放大器、混頻器、濾波器及壓控振蕩器組成， 起到調(diào)制、發(fā)射、接收及解調(diào)毫米波信號(hào)的作用。在技術(shù)趨勢(shì)上，集成度 更高、體積更小的高集成趨勢(shì)下，CMOS 工藝有望成為主流。在供應(yīng)商方 面，加特蘭微電子、意行半導(dǎo)體、矽杰微電子、矽典微等本土廠商已有能 力自行研發(fā)生產(chǎn)低頻 24GHz 芯片，且價(jià)格較海外有 30%以上的優(yōu)勢(shì)。但 在高頻段 77GHz 芯片方面，主要由恩智浦、英飛凌、德州儀器、意法半 導(dǎo)體等供應(yīng)。

數(shù)字信號(hào)處理器：通過嵌入不同的信號(hào)處理算法，分析前端收集的信號(hào)獲 取目標(biāo)信息，是保證毫米波雷達(dá)穩(wěn)定性及可靠性的核心部件，主要通過DSP 芯片或 FPGA 芯片實(shí)現(xiàn)，占總成本的 10%左右。在技術(shù)趨勢(shì)上，DSP 芯片在復(fù)雜算法處理上具備優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)PGA 在大數(shù)據(jù)底層算法上具備優(yōu)勢(shì)， “DSP+FPGA”融合在實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸廣泛。在供應(yīng)商方 面，高端 DSP 芯片和 FPGA 芯片主要被國外企業(yè)壟斷，DSP 芯片供應(yīng)商 有飛思卡爾、英飛凌、亞德諾半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體等，F(xiàn)PGA 芯片供應(yīng)商 有賽靈思、阿爾特拉、美高森美、萊迪思等公司。

高頻 PCB：天線是毫米波雷達(dá)發(fā)射和接收信號(hào)的重要組件，毫米波雷達(dá)可 通過微帶列陣方式將多根天線集成到 PCB 板上。由于毫米波頻率高，對(duì)電 路尺寸精度要求高，所需印制電路板為高頻板材 PCB，占總成本的 10%。 主要供應(yīng)商為羅杰斯、Isola、施瓦茨為主，國內(nèi)主要是滬電股份等公司。

博世、大陸、電裝、海拉等國外廠商占據(jù)全球毫米波雷達(dá)的七成市場(chǎng)份額。全 球毫米波雷達(dá)主要供應(yīng)商有博世、大陸、電裝、海拉、天合、安波福、奧托立 夫等。博世、大陸、電裝、海拉等國外巨頭占據(jù)行業(yè) 73%的市場(chǎng)空間，行業(yè)集 中度較高。

維寧爾、大陸、海拉占據(jù) SRR 市場(chǎng)，博世、大陸、電裝等占據(jù) LRR 市場(chǎng)。根 據(jù)佐斯汽研的數(shù)據(jù)顯示，維寧爾、大陸、海拉、安波福和法雷奧五家企業(yè)占據(jù) 中國短程毫米波雷達(dá)（SRR）96.4%的市場(chǎng)空間，其中維寧爾排名第一，市占 率 32%；博世、大陸、電裝和安波福占據(jù)長(zhǎng)距毫米波雷達(dá)（LRR）95.7%的市 場(chǎng)空間，博世排名第一，市占率高達(dá) 40%。

24GHz 國產(chǎn)化率較高，77GHz 僅少部分國產(chǎn)玩家實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。國產(chǎn)廠商已實(shí)現(xiàn) 24GHz 毫米波雷達(dá)產(chǎn)品市場(chǎng)化供貨，而僅少數(shù)玩家具備 77GHz 毫米波雷達(dá)產(chǎn) 品的量產(chǎn)能力，其中森思泰克是目前國內(nèi)乘用車前裝 77GHz 毫米波雷達(dá)市場(chǎng)份 額排名首位的國產(chǎn)供應(yīng)商，正在逐漸縮小與海外廠商的差距，其毫米波雷達(dá)的定點(diǎn)車型接近 100 個(gè)，而德賽西威、華域汽車等公司也已達(dá)到 77GHz 雷達(dá)的 量產(chǎn)條件。

空間測(cè)算：預(yù)計(jì)到 2025 年全球市場(chǎng)規(guī)模 380 億元，CAGR 26%

毫米波雷達(dá)作為最常用的車載傳感器之一，目前 L1 或 L2 級(jí)一般需要搭載 0-3 個(gè)左右，L3 級(jí)一般需要搭載 3-6 個(gè)左右，而 L4 或 L5 級(jí)一般需要 6-10 個(gè)左右， 隨著高階輔助駕駛功能的滲透率逐漸提升，也將帶動(dòng)平均單車搭載個(gè)數(shù)的提升。 目前毫米波雷達(dá)正在逐漸從 24GHz 朝著 77GHz 遷移，24GHz 毫米波雷達(dá)平均 單價(jià) 300 元左右，77GHz 的在 400 元左右，有望帶動(dòng)平均毫米波雷達(dá)的價(jià)格提 升。根據(jù)我們的測(cè)算，預(yù)計(jì)到 2025 年全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 384 億 元，復(fù)合增長(zhǎng)率為 25.5%，全球毫米波雷達(dá)搭載量將達(dá)到 1.1 億顆，復(fù)合增長(zhǎng) 率為 23.7%。在中國市場(chǎng)方面，預(yù)計(jì)到 2025 年，中國毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將 達(dá)到 149 億元，中國毫米波雷達(dá)搭載量將達(dá)到 4250 萬顆。（報(bào)告來源：未來智庫）

5 環(huán)境感知之四：超聲波雷達(dá)

成本優(yōu)勢(shì)顯著，國產(chǎn)化率高，是成熟的車載傳感器

超聲波雷達(dá)是最成熟的車載傳感器。超聲波雷達(dá)，俗稱倒車?yán)走_(dá)，是一種最常 見的傳感器，其工作原理是通過超聲波發(fā)射裝置向外發(fā)出超聲波（機(jī)械波而非 電磁波），到通過接收器接收到發(fā)送過來超聲波時(shí)的時(shí)間差來測(cè)算距離。常用 的工作頻率有 40kHz、48kHz 和 58kHz 三種。頻率越高，靈敏度越高，但水平 與垂直方向的探測(cè)角度就越小，故一般采用 40kHz 的探頭。按構(gòu)造分類，超聲 波雷達(dá)可以分為等方性與異方性，二者的區(qū)別在于水平探測(cè)角度與垂直探測(cè)角 度是否相同；按技術(shù)方案分類，超聲波雷達(dá)可以分為模擬式、四線式數(shù)位、二 線式數(shù)位、三線式主動(dòng)數(shù)位，它們的信號(hào)抗干擾能力依次提升，技術(shù)難度與價(jià) 格總體遞進(jìn)。

超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測(cè)距的方 法簡(jiǎn)單，成本低。但是超聲波散射角大，方向性較差，在測(cè)量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo) 時(shí)，其回波信號(hào)會(huì)比較弱，影響測(cè)量精度。但在短距離測(cè)量中，超聲波測(cè)距傳 感器具有非常大的優(yōu)勢(shì)。超聲波雷達(dá)防水、防塵，即使有少量的泥沙遮擋也不 影響，探測(cè)范圍在 0.1-3 米之間，而且精度較高，其主要作用是通過蜂鳴器來 輔助駕駛員泊車、自動(dòng)泊車的輔助與微調(diào)車輛在行車道的位置，保持與相鄰車 道車輛的安全距離。

超聲波雷達(dá)主要用于停車輔助和自動(dòng)泊車，可以分為 UPA 和 APA 超聲波雷達(dá) 兩種類型。（1）UPA 超聲波雷達(dá)：超聲波駐車輔助傳感器（UPA，Ultrasonic Parking Assistant），探測(cè)距離一般在 15~250cm 之間，感測(cè)距離較短，但是 頻率較高，為 58kHz，精度高；（2）APA 超聲波雷達(dá)：自動(dòng)泊車輔助傳感器 （APA，Automatic Parking Assistant），探測(cè)距離一般在 30~500cm 之間，感 測(cè)距離較長(zhǎng)，但是頻率較低，為 40kHz，精度一般。

倒車系統(tǒng)需要 4 個(gè) UPA，而自動(dòng)泊車系統(tǒng)需要 8 個(gè) UPA+4 個(gè) APA。一套普通 的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)需要配備 4 個(gè) UPA 超聲波雷達(dá)，而自動(dòng)泊車系統(tǒng)需要在倒車?yán)?達(dá)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加 4 個(gè) UPA 和 4 個(gè) APA 超聲波雷達(dá)組成 12 個(gè)超聲波雷達(dá)系 統(tǒng)，其中，8 個(gè) UPA 超聲波雷達(dá)安裝于汽車前后保險(xiǎn)杠上，用于測(cè)量汽車前后 障礙物，4 個(gè) APA 超聲波雷達(dá)安裝于汽車兩側(cè)，用于測(cè)量側(cè)方障礙物距離。

在全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局上，目前超聲波雷達(dá)主要市場(chǎng)空間由 Tier1 廠商占據(jù)，據(jù) 統(tǒng)計(jì)，2018 年全球超聲波雷達(dá)市場(chǎng)份額中法雷奧和博世占據(jù)市場(chǎng) 50%以上份 額。截至 2021 年 5 月，汽車之家在售車型有 8998 款，配置了倒車?yán)走_(dá)的車型 有 7074 款，滲透率達(dá)到 79%；其中配置前向雷達(dá)車型有 2531 款，滲透率達(dá)到 28%。目前超聲波雷達(dá)較為成熟，市場(chǎng)滲透率較高，價(jià)格下探到較低水平，已 有像奧迪威等國產(chǎn)廠商切入到該市場(chǎng)。 超聲波雷達(dá)價(jià)格低廉，技術(shù)相對(duì)成熟。

超聲波雷達(dá)測(cè)距方式簡(jiǎn)單，產(chǎn)業(yè)鏈成熟， 單體價(jià)格相對(duì)低廉，平均售價(jià) 100 元左右。超聲波雷達(dá)上游主要為芯片和傳感 器供應(yīng)商，芯片主要依賴進(jìn)口，如飛思卡爾（恩智浦 NXP 收購）等廠商，傳感 器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。超聲波雷達(dá)中游為超聲波雷達(dá)生產(chǎn)商，主要參與者可以分 為國際 Tier1、國內(nèi) Tier1 以及初創(chuàng)公司。由于超聲波雷達(dá)技術(shù)較為成熟，故國 內(nèi)外玩家之間的差距主要在于傳感器實(shí)現(xiàn)上的穩(wěn)定性和可靠性，但整體差異較 小。其中國際 Tier1 主要是博世、法雷奧、大陸，國內(nèi) Tier1 主要是奧迪威、輝 創(chuàng)電子、航盛電子、同致電子，初創(chuàng)企業(yè)有晟泰克、輔易航（中科創(chuàng)達(dá)收購） 等。

自動(dòng)泊車（APA）滲透率快速提升，帶來新的增長(zhǎng)動(dòng)能

自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)（Auto Parking Assist，APA），市值車輛在低速行駛時(shí)， 可通過車輛周身搭載的傳感器測(cè)量車身與周圍環(huán)境之間的距離和角度，收集傳 感器數(shù)據(jù)計(jì)算出操作流程，同時(shí)自動(dòng)調(diào)整方向盤、剎車和油門實(shí)現(xiàn)停車入位。

自動(dòng)泊車系統(tǒng)按技術(shù)等級(jí)，又可分為半自動(dòng)泊車（只有自動(dòng)轉(zhuǎn)向）、全自動(dòng)泊 車（含自動(dòng)轉(zhuǎn)向和自動(dòng)前進(jìn)后退）、自主代客泊車（AVP）等。

通常可將智能泊車技術(shù)劃分為三大發(fā)展階段：半自動(dòng)泊車→全自動(dòng)泊車→自主 代客泊車。從全自動(dòng)泊車發(fā)展到自主泊車技術(shù)，其最早普及的第一代 APA 自動(dòng) 泊車，隨后出現(xiàn)將泊車與手機(jī)結(jié)合的第二代 RPA（Remote Parking Asist）遠(yuǎn) 程遙控泊車，再是發(fā)展到第三代 AI 自主學(xué)習(xí)泊車，最理想的泊車輔助場(chǎng)景是第 四代泊車解決方案 AVP（Automated Valet Parking）自主代客泊車。

中國乘用車 APA 裝配量快速增長(zhǎng)，但裝配率僅 12.3%，增長(zhǎng)空間巨大。根據(jù) 高工汽車數(shù)據(jù)顯示，2021 年 1-7 月國內(nèi)新車搭載 APA 功能上險(xiǎn)量為 142.55 萬 輛，同比上年同期增長(zhǎng) 36.4%。其中，融合泊車（基于全景環(huán)視+超聲波）占比 32.83%，同比上年同期呈現(xiàn)數(shù)倍增長(zhǎng)的勢(shì)頭。據(jù)佐思汽研統(tǒng)計(jì)，2020 年中國 乘用車 APA 裝配量為 230.8 萬輛，同比增長(zhǎng) 46.4%，APA 裝配率為 12.3%， 較 2019 年全年上升 4.28 個(gè)百分點(diǎn)。APA 在奔馳、寶馬等中高端車型以及理想、 小鵬等造車新勢(shì)力中裝配率較高，但在大多數(shù)車型中普及率仍較低，APA 未來 仍有巨大滲透空間。

當(dāng)前主機(jī)廠推出的自動(dòng)泊車 APA 方案基本采用 12 顆超聲波雷達(dá)。其中寶馬、 別克等以純超聲波雷達(dá)方案為主，部分主機(jī)廠則開始采用超聲波雷達(dá)+環(huán)視攝像 頭融合方案提高車輛自動(dòng)泊車系統(tǒng)的泊入/泊出成功率，主要集中在自主品牌如 蔚來、小鵬、長(zhǎng)安、吉利等。

12 顆超聲波雷達(dá)方案的滲透率將從 2019 年的 9.6%提升到 2025 年的 26.1%。 根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)顯示，從單車超聲波雷達(dá)配置方案來看，2019-2020 年，4 顆超聲波雷達(dá)方案占據(jù)大部分市場(chǎng)，主要實(shí)現(xiàn)倒車輔助功能。2019 年 12 顆超 聲波雷達(dá)方案的占比僅為 9.6%左右，預(yù)計(jì)到 2025 年 12 顆超聲波雷達(dá)方案的 滲透率將達(dá)到 26.1%。隨著自動(dòng)泊車商業(yè)化推廣，12 顆超聲波雷達(dá)方案占比正 在快速攀升，有望成為未來智能汽車的主流。

空間測(cè)算：預(yù)計(jì)到 2025 年全球市場(chǎng)規(guī)模約 390 億元，CAGR 7.4%

超聲波雷達(dá)作為倒車?yán)走_(dá)擁有比較高的普及率，倒車系統(tǒng)需要 4 個(gè) UPA 超聲波 雷達(dá)，隨著自動(dòng)泊車功能的滲透率不斷提升，自動(dòng)泊車系統(tǒng)需要 8 個(gè) UPA+4 個(gè) APA 超聲波雷達(dá)，單車超聲波雷達(dá)的搭載個(gè)數(shù)有望從 4 個(gè)提升到 12 個(gè)。價(jià) 格上，超聲波雷達(dá)產(chǎn)品相對(duì)成熟，價(jià)格相對(duì)便宜，平均單價(jià)在 100 左右。根據(jù) 我們的測(cè)算，預(yù)計(jì)到 2025 年全球超聲波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 390 億元，復(fù)合 增長(zhǎng)率 7.35%，全球車載攝像頭的搭載量有望突破 4.1 億顆，復(fù)合增長(zhǎng)率 7.35%。 而中國市場(chǎng)方面，預(yù)計(jì)到 2025 年，中國車載攝像頭市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 151 億元， 車載攝像頭的搭載量有望突破 1.59 億顆。

6 車身感知：慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、高精度地圖

本章主要針對(duì)車身感知定位系統(tǒng)進(jìn)行介紹，車身感知主要是感知車輛位置、行 駛速度、姿態(tài)方位等信息，下文分別介了紹慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和高精度 地圖三種主要的定位技術(shù)的發(fā)展情況，最后對(duì)多融合的車身感知定位系統(tǒng)及發(fā) 展趨勢(shì)進(jìn)行介紹。根據(jù)技術(shù)原理，自動(dòng)駕駛的定位技術(shù)主要可以分為基于信號(hào)定位、 航位推算和地圖匹配三大類：

(1) 基于信號(hào)的定位：采用飛行時(shí)間測(cè)距法（Time of Flight，ToF）獲得汽車與衛(wèi) 星的距離，然后使用三球定位原理得到汽車的絕對(duì)位置，主要就是通過全球 衛(wèi)星 GNSS 的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位，還包括使用 WiFi、UWB、FM 微波等其他 信號(hào)獲取信息等技術(shù)；

(2) 航跡遞推（Dead Reckoning）：依靠慣性傳感器獲得加速度和角速度信息， 根據(jù)上一時(shí)刻其策劃的位置和航向遞推出當(dāng)前的位置和航向；

(3) 地圖匹配（Map Matching，MM）：基于視覺攝像頭（Camera）或激光雷 達(dá)（LiDAR）采集到的數(shù)據(jù)特征與高精度地圖數(shù)據(jù)中的特征進(jìn)行匹配，得到車 輛的位置和姿態(tài)。

慣性導(dǎo)航：車身感知定位系統(tǒng)的信息融合中心

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System, INS）是一種不依賴外部信息、 也不向外部輻射能量的自助式導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）是利用慣性傳 感器（IMU）測(cè)量載體的比力及角速度信息，結(jié)合給定的初始條件，與 GNSS等系統(tǒng)的信息融合，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)推算速度、位置、姿態(tài)等參數(shù)的自主式導(dǎo)航 系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)屬于一種推算導(dǎo)航方式，即從一已知點(diǎn)的位置根據(jù)連續(xù)測(cè) 得的運(yùn)載體航向角和速度推算出其下一點(diǎn)的位置，因而可連續(xù)測(cè)出運(yùn)動(dòng)體的當(dāng) 前位置。

一個(gè)慣性測(cè)量單元包括 3 個(gè)相互正交的單軸加速度計(jì)（Accelerometer）測(cè)量 轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和 3 個(gè)互相正交的單軸陀螺儀（Gyroscopes）測(cè)量平移運(yùn)動(dòng)的加速 度。自動(dòng)駕駛所需要的慣性傳感器（IMU）主要是加速度計(jì)和陀螺儀。（1）加 速度計(jì)：基于牛頓第二定律，采用電容式、壓阻式或熱對(duì)流原理，通過在加速 過程中對(duì)質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)慣性力的測(cè)量來獲得加速度值。用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)體坐標(biāo)系上 各軸的加速度；（2）陀螺儀：用于測(cè)量載體繞自身三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度， 同時(shí)也敏感地球自轉(zhuǎn)的角速度。

按照力學(xué)編排實(shí)現(xiàn)形式可分為：捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Strap-down Inertial Navigation, SINS）和平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Gimbaled Inertial System, GINS）。 平臺(tái)式慣導(dǎo)的傳感器安裝在多軸伺服平臺(tái)上作為反饋元件，控制伺服平臺(tái)的姿 態(tài)達(dá)到設(shè)定，多用于沿地球表面作等速運(yùn)動(dòng)的飛行器（如飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈等）， 捷聯(lián)式慣導(dǎo)的傳感器和載體一同運(yùn)動(dòng)，省去了平臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、維護(hù) 方便，自動(dòng)駕駛領(lǐng)域主要采用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

航跡遞推（Dead Reckoning，DR）算法是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)手段。DR 算法是指已知上一時(shí)刻導(dǎo)航狀態(tài)（狀態(tài)、速度和位置），根據(jù)傳感器觀測(cè)值推 算到下一時(shí)刻的導(dǎo)航狀態(tài)。DR 算法包括姿態(tài)編排和位置編排兩個(gè)部分。姿態(tài)編 排使用的是 AHRS（Attitude and heading reference system）融合算法，處理 后輸出車機(jī)姿態(tài)信息。DR 算法可以在無衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)或弱衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的場(chǎng) 景，僅靠 DR 算法也能得到較為可靠的導(dǎo)航信息。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是車身感知定位系統(tǒng)的信息融合中心，具有不可替代的作用。慣 性導(dǎo)航的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存在，永不消失，性能穩(wěn)定，可以連續(xù) 100Hz 高頻工作，慣 導(dǎo)是三種定位方法中最為可靠的，具有輸出信息不間斷、不受外界干擾等獨(dú)特 優(yōu)勢(shì)，可保證在任何時(shí)刻以高頻次輸出車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)，同時(shí)將視覺傳感器、雷 達(dá)、激光雷達(dá)、車身系統(tǒng)信息進(jìn)行更深層次的融合，為決策層提供精確可靠的 連續(xù)的車輛位置，姿態(tài)的信息，車身感知定位系統(tǒng)的信息融合中心。

衛(wèi)星導(dǎo)航：RTK 助力 GNSS 實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）是以人造 地球衛(wèi)星為導(dǎo)航臺(tái)，為全球海陸空的各類軍民載體提供位置、速度和時(shí)間信息 的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。導(dǎo)航衛(wèi)星的工作原理主要是通過三球定位原理實(shí) 現(xiàn)的，由于衛(wèi)星的位置精確可知，通過衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中 的距離公式，利用 3 顆衛(wèi)星，就可以組成 3 個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置。考 慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有 4 個(gè)未知數(shù)，位置的 X、Y、 Z 和鐘差，因而需要引入第 4 顆衛(wèi)星，形成 4 個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀 測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。為提高定位精度，普遍采用差分 GPS 技術(shù)，建立基準(zhǔn)站 （差分臺(tái)）進(jìn)行觀測(cè)，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測(cè)值進(jìn)行比較，從而 得出修正數(shù)，并對(duì)外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測(cè)值進(jìn)行比較， 消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要包括全球四大導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，以及區(qū)域系統(tǒng)和增強(qiáng)系統(tǒng)。全 球 4 大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)供應(yīng)商，包括美國的全球定位系統(tǒng) GPS、俄羅斯的格洛納 斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）、歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GALILEO）和 中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）。除此之外，還有日本、印度等國家的區(qū)域 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

使用 RTK 技術(shù)可以幫助 GNSS 實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位精度。RTK（Real-time kinematic）載波相位差分技術(shù)，衛(wèi)其原理是衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層 延遲、對(duì)流層延遲等誤差對(duì)相距不遠(yuǎn)的 GNSS 站影響接近，特定的地理坐標(biāo)點(diǎn)、 衛(wèi)星接收站等，以該點(diǎn)位為中心的 20-40km 半徑范圍內(nèi)，可以通過站間觀測(cè)值 差分消除，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相位模糊度的快速固定與瞬時(shí)厘米級(jí)定位。

高精度地圖：實(shí)現(xiàn) L3 及以上自動(dòng)駕駛的必備基礎(chǔ)

高精度地圖，即 HD Map（High Definition Map）或 HAD Map（Highly Automated Driving Map），是指絕對(duì)精度和相對(duì)精度均在 1 米以內(nèi)的高精度、 高新鮮度、高豐富度的電子地圖。其信息包括道路類型、曲率、車道線位置等 道路信息，路邊基礎(chǔ)設(shè)施、障礙物、交通標(biāo)志等環(huán)境對(duì)象信息，以及交通流量、 紅綠燈狀態(tài)信息等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。根據(jù)地圖信息的不同，高精度地圖由底層到 上層可以分為四個(gè)層級(jí)：為靜態(tài)地圖、準(zhǔn)靜態(tài)地圖、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)地圖和動(dòng)態(tài)地圖。

高精度地圖比傳統(tǒng)地圖優(yōu)勢(shì)顯著。與傳統(tǒng)地圖相比，基于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的需求， 高精度地圖在保留地圖檢索、道路規(guī)劃、渲染、誘導(dǎo)等功能基礎(chǔ)上，側(cè)重地圖 信息豐富性、精度高、提升計(jì)算機(jī)器或汽車智能化三大方向，以及高頻更新、 標(biāo)識(shí)橫縱向定位、坡度曲率節(jié)能應(yīng)用與舒適性提升等。

行業(yè)擁有較高準(zhǔn)入門檻，百度、四維圖新和高德三足鼎立

高精度地圖行業(yè)擁有較高的準(zhǔn)入門檻，需要有甲級(jí)測(cè)繪資質(zhì)。測(cè)繪資質(zhì)方面， 我國對(duì)企業(yè)獲得地圖測(cè)繪與制作資質(zhì)有嚴(yán)格的要求，并不對(duì)國外廠商開放。 2016 年出臺(tái)的《關(guān)于加強(qiáng)自動(dòng)駕駛地圖生產(chǎn)測(cè)試與應(yīng)用管理的通知》規(guī)定，自動(dòng)駕駛地圖的繪制需由具有導(dǎo)航電子地圖制作測(cè)繪資質(zhì)的單位承擔(dān)，在道路測(cè) 試過程中要嚴(yán)格限制地圖接觸的人員范圍，對(duì)于初創(chuàng)公司來說有一定的門檻要 求。截至 2021 年 12 月，僅有 28 家公司進(jìn)入國內(nèi)高精地圖甲級(jí)測(cè)繪資質(zhì)名單。

國內(nèi)圖商占主要份額，百度、四維圖新和高德呈現(xiàn)“三足鼎立”的局面。由于 高精度地圖涉及國家地理機(jī)密，國內(nèi)高精度地圖主要玩家大多是本土公司，根 據(jù) IDC 統(tǒng)計(jì)，2020 年國內(nèi)高精度地圖行業(yè)市場(chǎng)份額前五名公司為百度、四維圖 新、高德、易圖通以及 Here，其中 CR3 超過 65%，呈現(xiàn)“三足鼎立”的局面。

集中采集和眾包采集高度整合是未來地圖數(shù)據(jù)采集的主要趨勢(shì)

高精度地圖的制作大致分為數(shù)據(jù)采集、繪圖、更新和驗(yàn)證四部分。其中數(shù)據(jù)采 集提供地理數(shù)據(jù)的來源，繪圖環(huán)節(jié)通過數(shù)據(jù)融合及相關(guān)算法完成語義識(shí)別，將 地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為道路模型，更新環(huán)節(jié)結(jié)合傳感器等硬件實(shí)現(xiàn)高精度地圖的實(shí)時(shí) 更新，驗(yàn)證環(huán)節(jié)則結(jié)合人工與 AI 算法完成最后的確認(rèn)。

高精度地圖的數(shù)據(jù)采集成本較高。數(shù)據(jù)采集消耗成本巨大，僅一輛高精地圖采 集車需要配置的設(shè)備就包括：激光雷達(dá)、攝像頭、陀螺儀、GPS 接收機(jī)、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)和計(jì)算設(shè)備等。同時(shí)，高精地圖精細(xì)程度高，傳統(tǒng)地圖生產(chǎn)方式難以滿足 其量產(chǎn)應(yīng)用的需要。采用傳統(tǒng)測(cè)繪車方式，在成本約束下，測(cè)繪效率很難大幅 度提高。

數(shù)據(jù)采集方式有集中采集和眾包采集：（1）集中采集：精度高，但更新頻率低、 采集成本高，高德、百度、Tomtom 等公司更多采用專業(yè)測(cè)繪車集中制圖；（2） 眾包采集：數(shù)據(jù)鮮度高、成本低，但采集精度低、可靠性和一致性較差，豐田、 特斯拉、Here 等廠商則選擇采用眾包采集的模式。未來，以集中采集為建圖基 礎(chǔ)，在海量眾包數(shù)據(jù)中快速提煉符合規(guī)范的靜態(tài)圖層變更信息和動(dòng)態(tài)圖層實(shí)況 信息，兩者深度結(jié)合的技術(shù)模式成為主流的方向。

多源數(shù)據(jù)融合成為需要，自動(dòng)化繪制起成為發(fā)展趨勢(shì)。高精度地圖提供的地圖 數(shù)據(jù)不僅包括傳統(tǒng)路網(wǎng)信息，還包括高精度車道級(jí)及環(huán)境信息數(shù)據(jù)，以及動(dòng)態(tài) 感知層和駕駛決策層部分信息，數(shù)據(jù)繪制的自動(dòng)化和智能化成為重要的發(fā)展趨 勢(shì)。目前常用的繪圖方法是將采集環(huán)節(jié)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過清洗、加總建模后借助 語義識(shí)別模型進(jìn)行繪圖。而借助 AI 技術(shù)完成不同傳感器數(shù)據(jù)自動(dòng)融合識(shí)別，即 把 GNSS/INS、點(diǎn)云、圖像等數(shù)據(jù)疊加在一起，進(jìn)行道路標(biāo)線、路沿、路牌、交通標(biāo)志等道路元素的識(shí)別，從而簡(jiǎn)化高精地圖數(shù)據(jù)處理流程并不斷提高制圖 效率，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境尤為重要。

更新技術(shù)面臨挑戰(zhàn)，5G 賦能或成解決方案。高精度地圖的更新，考慮到當(dāng)前的 技術(shù)水平和成本，季度更新策略最佳。在更新的時(shí)候，可以采用小版本部分更 新或者是增量更新的方式，大版本采用全部更新的策略。對(duì)于高精地圖里的動(dòng) 態(tài)或準(zhǔn)動(dòng)態(tài)部分，一般通過車聯(lián)網(wǎng)以實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)（秒到小時(shí)級(jí)別）的頻率更 新。

未來高精度地圖會(huì)更多的借助大數(shù)據(jù)和地圖云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行更新和分發(fā)。這其 中，5G 賦能讓高精度地圖和云計(jì)算結(jié)合得更加緊密，更加實(shí)時(shí)。5G 網(wǎng)絡(luò)帶來 數(shù)據(jù)傳輸速率的大幅提升，讓高精度地圖的采集與更新變得更加實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。專 業(yè)化高精度采集、眾包采集和路側(cè)采集等多種地圖采集方式的動(dòng)態(tài)信息，依托 5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)同步至云端進(jìn)行加工處理；同時(shí)，更新后的高精度地圖及實(shí)時(shí)信 息從云端對(duì)道路上行駛的車輛進(jìn)行同步更新。

車路協(xié)同高速發(fā)展，高精度地圖與路側(cè)感知體系互相成就。一方面，路側(cè)的傳 感器將成為高精地圖更新的有效數(shù)據(jù)來源。路側(cè)感知能力與車端感知能力緊密 結(jié)合，增加信息冗余度，互相校驗(yàn)及融合，為高精地圖提供更為精準(zhǔn)豐富的信 息。另一方面，高精度地圖可以賦能路側(cè)感知體系。前端感知設(shè)備與高精度地 圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)前端感知數(shù)據(jù)附帶地理屬性，進(jìn)而與平臺(tái) GIS 地圖無縫結(jié)合且可 支持車路協(xié)同數(shù)據(jù)應(yīng)用。

成本負(fù)擔(dān)較高，成本隨精度要求急劇提升。高精度地圖的主要成本分為采集成 本和編譯成本兩部分。其中采集成本包括備成本、采集車輛的行駛耗材、過路 費(fèi)及人力成本等，僅一輛高精地圖采集車需要配置的設(shè)備就包括：激光雷達(dá)、 攝像頭、陀螺儀、GPS 接收機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算設(shè)備等；而編譯制作成本主要 是人力成本。

隨著地圖精度要求的提升，集中采集和眾包采集方法在數(shù)據(jù)收集與更新上的成 本大幅上漲，主要是由于設(shè)備成本和人工成本的提升。但隨著 5G 技術(shù)的發(fā)展 與人工智能算法的進(jìn)步，相關(guān)成本最終會(huì)趨于平穩(wěn)。

圖商從交付轉(zhuǎn)向服務(wù)，云平臺(tái) SaaS 是方向

盈利模式區(qū)別于傳統(tǒng)地圖，云平臺(tái) SaaS 模式是未來大方向。區(qū)別于傳統(tǒng)地圖 的的 License 授權(quán)模式，高精度地圖的主要有按單位時(shí)間和按數(shù)據(jù)量收費(fèi)兩種收費(fèi)模式，核心區(qū)別在于收費(fèi)穩(wěn)定，初期階段基本以服務(wù)功能開發(fā)費(fèi)+License 組合為基礎(chǔ)；此外，還存在一種“免費(fèi)”模式，即圖商向客戶免費(fèi)提供現(xiàn)有數(shù) 據(jù)產(chǎn)品，但同時(shí)客戶需向圖商提供收集到的數(shù)據(jù)，地圖的價(jià)格即為客戶收集數(shù) 據(jù)的價(jià)值。

由于高精地圖對(duì)數(shù)據(jù)更新的實(shí)時(shí)性提出很高的要求，從高精度的產(chǎn)品形態(tài)和服 務(wù)方式角度，通過云服務(wù)平臺(tái)對(duì)實(shí)時(shí)更新的高精地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分發(fā)是一種 可行的方式，云平臺(tái)可以實(shí)時(shí)收集各車的行駛數(shù)據(jù)來補(bǔ)充道路情況信息閉環(huán)， 增強(qiáng)收集數(shù)據(jù)密度而降低收集成本。

圖商的角色從交付向服務(wù)演變，客戶從 B 端向 C 端擴(kuò)展。由于高精度地圖需要 實(shí)時(shí)更新，圖商不再只是交付并收費(fèi)的模式，而是開始向地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)商 轉(zhuǎn)型。圖商正逐漸成為自動(dòng)駕駛時(shí)代的重要參與者、合作者、服務(wù)商。同時(shí)， 除了向車廠或者自動(dòng)駕駛出行服務(wù)商提供地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)這種 B 端的業(yè)務(wù)， 在大規(guī)模自動(dòng)駕駛落地的趨勢(shì)下，高精度地圖也會(huì)向 C 端延伸，但大規(guī)模的民 用落地還需根據(jù)宏觀政策進(jìn)行調(diào)整。

“GNSS+IMU+高精度地圖”組成多融合車身感知定位系統(tǒng)

高精度是車身感知定位系統(tǒng)的核心。車身感知定位系統(tǒng)的關(guān)鍵是高精度，定位 精度越高，自動(dòng)駕駛的可靠性越高。第一，高精度的車身感知定位系統(tǒng)能夠不 受極端天氣和環(huán)境等因素的干擾，能持續(xù)穩(wěn)定地提供的車道級(jí)位置感知；第二， 不同的傳感器有不同的工作時(shí)鐘和延遲，高精度車身感知定位系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)感 知信息的時(shí)空同步；第三，高精度的車身感知定位系統(tǒng)可以在較少資源下獲得較高的定位精度，從而減少數(shù)據(jù)運(yùn)算量，降低系統(tǒng)復(fù)雜程度；第四，高精度的 車身感知定位系統(tǒng)能夠讓每一輛車都能夠精確地定出自己的位置，通過車車通 信和車路通信把自己的位置分享給其他車輛，有利于實(shí)現(xiàn) V2X 應(yīng)用。

根據(jù)組合導(dǎo)航模塊的耦合程度不同，多傳感器融合的定位系統(tǒng)主要包括三種結(jié) 構(gòu)：松耦合（Loose Coupling）、緊耦合（Tight Coupling）和深耦合（Deep Coupling）。

松耦合（Loose Coupling）：GNSS 和 INS 獨(dú)立工作，GNSS 輸出 RTK 定位結(jié)果，INS 輸出慣性數(shù)據(jù)，兩者將數(shù)據(jù)送入濾波器內(nèi)。濾波器通過比 較二者的差值，建立誤差模型以估計(jì) INS 的誤差，并將誤差補(bǔ)償反饋給 INS。優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，性能比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)是當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量低于最低數(shù)量 時(shí)，GNSS 的輸出就會(huì)失效。且在信號(hào)存在遮擋的場(chǎng)景，定位穩(wěn)定性、可 靠性不如另外兩種耦合；

緊耦合（Tight Coupling）：GNSS 輸出觀測(cè)量（偽距、偽距率）來與 INS 輸出的慣性數(shù)據(jù)作差，并將差值輸出給濾波器，從而用來進(jìn)行 INS 誤差的 估計(jì)，并將誤差補(bǔ)償通過反饋的方式補(bǔ)償給 INS，經(jīng)過校正的 INS 慣性數(shù) 據(jù)輸入到組合導(dǎo)航模塊濾波器，結(jié)合 RTK 定位結(jié)果最終得到組合導(dǎo)航解。

深耦合（Deep Coupling）：在緊耦合的基礎(chǔ)上，將 INS 的部分?jǐn)?shù)據(jù)直接 送到基帶芯片里，INS 的慣性數(shù)據(jù)作為 GNSS 解算的一部分。通過 INS 準(zhǔn) 確的相對(duì)多普勒變化信息，輔助信號(hào)跟蹤，提高惡劣環(huán)境下多普勒的估計(jì) 準(zhǔn)確度。從而提高惡劣環(huán)境下載波相位、偽距等觀測(cè)量的精度和連續(xù)性， 減少觀測(cè)量中斷和跳變，從而有效提高組合導(dǎo)航精度和可靠性。

根據(jù)百度 Apollo 研究表明，通過 GNSS-RTK 可實(shí)現(xiàn) 65%的綜合場(chǎng)景定位誤差 小于20cm的覆蓋率，GNSS+IMU的衛(wèi)慣組合則可以實(shí)現(xiàn)85%左右的場(chǎng)