電子發燒友App
華為作為中國自動駕駛技術第一梯隊的卓越代表，其激光雷達產品也備受矚目，不過關于華為激光雷達的公開資料非常少，即便是有也非常粗略。
本文通過詳細拆解華為96線激光雷達產品，嘗試分析華為激光雷達的技術方案，并通過對比市場其他主流激光雷達產品，結合激光雷達技術發展趨勢，分析華為技術方案的特點，供大家參考。
（華為192線產品還沒有途徑獲取，待獲取后，再和大家分享）
【一】華為激光雷達的市占率
2023年，中國車用激光雷達（自主品牌）總出貨量約71萬臺，其中，速騰聚創是24.3萬臺（2022年是3.69萬臺）位列第一，禾賽是19.49萬臺（2022年是6.2萬臺），圖達通大概超15萬臺，華為預計7萬臺，另外探維科技、覽沃科技等其他大概合計5.21萬臺。
銷量占比如下圖所示：
中國是車載激光雷達的主要市場，2023年由于自動駕駛量產車型的增多，激光雷達出貨量取得了大幅的增加。
2024年依然會保持增長勢頭，其中，速騰聚創財報顯示，截止到2023年底，速騰聚創已經與22家車企及Tier 1取得定點合作，車型涉及63款。其中有12家車企的24款車型SOP，速騰將2024年的出貨量目標定在了100萬臺。
禾賽科技預計在2024年底實現12家車企的40種車型達成SOP，2024年出貨量預計大幅增長至60-70萬臺。
華為目前的主要客戶是問界、阿維塔、極狐、智界、哪吒等，對應車型相關信息如下所示。隨著問界等車型的熱賣，2024年華為激光雷達的出貨量會有大幅提升。
【二】華為激光雷達和其他產品的性能對比
下圖匯總了目前主流的激光雷達產品主要性能指標，對比如下所示。
說明：上圖數據來源于各公司官網和行業信息，將各產品依據標稱的測距和角分辨率在坐標系中進行大致擺放，主要目的在于從特定的角度對部分性能進行對比，這些指標并無法代表激光雷達的全部性能，僅做參考。
從這張圖可以看出很多信息，其中：
華為96線激光雷達（型號：D2）距離發布有3年半的時間，從測距和分辨率指標來看，在當前主流產品中已不占優勢。
華為192線激光雷達（型號：D3）相對于速騰M1P和禾賽AT128，測距和角分辨率指標相當或者略高，和其他更高性能產品相比，尚有差距。
【三】華為96線激光雷達拆解
2020年12月，華為正式發布其首款車規級激光雷達產品——96線中長距激光雷達。
核心參數：
測距：150m@10%；
水平FOV：120°，垂直FOV：25°；
角分辨率：0.25°（H）×0.26°（V）
刷新頻率：最高25Hz
阿維塔11上安裝了3顆華為96線激光雷達，其中1顆前向，2顆在側面。
阿維塔的激光雷達有L106和L107兩種型號，應該1個是前雷達，1個是側雷達。這兩種型號外形相同，不同點可能是不同安裝位置做了微小適配，內部原理應該相同。
本文拆解的是一款型號是L107的激光雷達（右圖）。
【1】整體結構
這款雷達采用較為規整的長方體外形，視窗口是一個矩形平面，和車身配合較為方便。
尺寸如下，相對于速騰M1P和禾賽AT128，這個雷達的尺寸是比較大的。
拿掉上殼之后的內部結構：
將底殼也去掉之后，核心電路板的連接關系：
連接原理：
整體設計非常緊湊，大量使用軟排線進行板間連接，電路板設計也非常規整。
【2】電機模組（掃描模塊）
該激光雷達采用轉鏡進行水平方向上的掃描，有4面反射鏡。
電機模組的4個視圖：
在靠近激光出入口的位置，合金架涂上了黑色吸波材料，用于吸收多余的激光束雜散和反射，減小干擾。
【3】收發模組
收發模組是該雷達最復雜的一個結構，原理如下：
為了盡可能的表達清楚，從4個45°角度拍攝了4張照片，標記如下：
發射光路
發射光路方案：
兩個發射板電路完全相同，上面主要是驅動EEL激光發射器：
該雷達每塊發射板上有4個EEL，兩塊發射板一共8個EEL。
EEL后面是準直鏡：
通過準直鏡后，發射板1的激光由一個反射鏡反射后到達分束器，發射板2的激光直接到達分束器。
一共8個EEL光束，由分束器分為96個激光束，然后由棱鏡最終調整角度后射出。
接收光路
接收器主要包括接收鏡頭、濾光片和SPAD等，由于接收板是用膠粘在支架上，本次拆解并沒有打開。下圖是來自芝能智芯的拆解圖片，顯示是一顆來自索尼的SPAD傳感器。
圖片來源：芝能智芯
【4】主板
該雷達一共有2塊主板，由于上面分別有TDA4和FPGA，因此暫時分別命名為TDA4主板和FPGA主板。
TDA4主板
TPS6594-Q1：TI的具有五個降壓穩壓器和四個低壓降穩壓器的汽車類 2.8V 至 5.5V PMIC；
LP8764-Q1：4 5-A/20-A multiphase buck converters PMIC for automotive SoCs；
RTL9010：REALTEK的具備MACsec加解密功能的，車用高能效以太網PHY芯片；
TDA4AL Jacinto 處理器：
主要性能：
兩個C7x浮點、矢量DSP，性能高達1.0GHz、160GFLOPS、512GOPS；
深度學習矩陣乘法加速器(MMA)，性能高達8TOPS(8b)（頻率為1.0GHz）；
具有圖像信號處理器(ISP)和多個視覺輔助加速器的視覺處理加速器(VPAC)；
深度和運動處理加速器(DMPAC)，雙核64位ArmCortex-A72微處理器子系統，性能高達2GHz–每個雙核Cortex-A72集群具有1MBL2共享緩存–每個Cortex-A72內核具有32KBL1數據緩存和48KBL1指令緩存；
六個ArmCortex-R5FMCU，1.0GHz–16K指令緩存，16K數據緩存，64KL2TCM–隔離MCU子系統中，有兩個ArmCortex-R5FMCU–通用計算分區中，有四個(TDA4VE)或兩個(TDA4AL/TDA4VL)ArmCortex-R5FMCU；
GPU IMGBXS-4-64，256kB緩存，高達800MHz，50GFLOPS，4GTexels/s（TDA4VE和TDA4VL）；
FPGA主板
采用一片來自于LATTICE的低功耗FPGA：
【5】其他部件
在鏡面背部有4個接觸點，在組裝之后分別和電路板的4個彈簧觸點接觸，推測應該是加熱絲的接口，用于加熱視窗面，防止積雪。
【四】華為96線激光雷達技術分析
對于華為96線激光雷達，分析如下：
【1】華為96線激光雷達采用了905nm波長激光。905nm技術占據89%的市場份額，1550nm激光測距范圍更遠，但是成本較高。速騰M3和禾賽AT512分別采用了940nm和905nm技術，測距能力超過了現有的1550nm產品。
資料來源：San Francisco State University《Absorption Spectra_Atmosphere》
圖達通之前主要使用1550nm技術，目前也推出905nm方案的Robin E產品。
圖片來源：YOLO《Automotive LIDAR Market: Competitive Dynamics, Technology Evolution, and Revenue Trends》（Automotive LiDAR conference 2023, October 3-5 ）
【2】華為96線激光雷達采用轉鏡+電子掃描方式，這種方式是目前半固態激光雷達較為主流的掃描方式。
轉鏡是目前應用最廣的路線，包括禾賽、華為、圖達通、鐳神智能等大多數廠商都有采用轉鏡路線的產品。轉鏡路線的核心要素是電機控制，以及針對特定波長高反射率的鍍膜反射鏡。
轉鏡一般搭配振鏡或者線光源實現激光掃描，其中，轉鏡用于水平掃描，振鏡或者線光源用于垂直掃描。因此，“轉鏡+振鏡”也被常被稱為2維掃描，“轉鏡+線光源”被稱為1維掃描或者1維掃描+電子掃描。
“轉鏡+線光源”的優勢在于發射的是連續的線光斑，因此垂直方向的分辨率非常高。禾賽AT128的轉鏡+電子掃描：
圖片來源：禾賽
圖達通falcon激光雷達采用“轉鏡+振鏡”方案，該方案靈活度較高，通過改變轉鏡和振鏡的轉速，能夠設計靈活的ROI。
圖片來源：中信證券
MEMS振鏡是另一種掃描路線，主要是速騰聚創在使用，體積較小。由于MEMS微振鏡口徑較大，但在極端振動條件下使用時，良率較低，MEMS方案可能會被逐漸放棄，速騰聚創在下一代的M3產品中也由MEMS改為了轉鏡+電子掃描方式。
圖片來源：YOLO《Automotive LIDAR Market: Competitive Dynamics, Technology Evolution, and Revenue Trends》（Automotive LiDAR conference 2023, October 3-5 ）
速騰M1P的MEMS掃描：
圖片來源：速騰聚創
【3】華為96線激光雷達發射光路和接收光路是非同軸的，使用各自的透鏡，即旁軸光路，該光路優點是成像清晰程度較高，缺點是近場盲區較大。
目前速騰、禾賽等產品基本都是采用同軸光路。同軸光路是收發共用一組透鏡，檢測更為直接，易于對光路進行校準，近場盲區小。缺點是成本稍高，內部結構稍復雜，而且成像清晰程度比獨立的旁軸成像要稍差。
【4】華為96線激光雷達采用EEL激光器。近些年，多家激光器公司開發多層VCSEL激光器，將發光功率密度提升了5-10倍，憑借在成本及性能方面的優勢，從目前趨勢來看，VCSEL正逐步取代EEL。華為的下一代192線激光雷達，也采用了VCSEL激光器。
EEL和VCSEL的指標對比：
【5】華為96線激光雷達采用SPAD作為接收器。在905nm路線下，SPAD/ SiPM替代 APD 已成大勢。SPAD/SiPM面臨的一個比較明顯的挑戰是自然光干擾，尤其是強烈日光的干擾。強烈的陽光入射會導致 SPAD單元飽和，并且在恢復初始狀態前都無法吸收光子，因而有可能漏掉真正的反射信號。
資料來源：Anant Gupta et al.《Photon-Flooded Single-Photon 3D Cameras》，arxiv，中信證券研究部
所以在強烈的日光下，使用 SPAD/SiPM 的激光雷達經常會出現探測距離明顯下降的問題。雖然目前已有一些算法進行日光干擾的處理，但往往效果并不完美，有時還會引入額外噪聲，所以 SPAD 對自然光的處理還有一些挑戰。
【6】華為96線激光雷達處理器采用了TDA4和FPGA，分立程度較高。目前激光雷達的一個發展方向是采用集成度越來越高的SoC，將SPAD、TIA、ADC 等都集成到 SoC 中，進一步降低成本，提升性能。具行業消息，禾賽AT512和一徑科技的EZ6已經采用了集成度相當高的SoC處理器。
來源：禾賽科技招股書
【五】總結
華為96線激光雷達發布于2020年，雖然從指標上看，比現在的主流產品稍顯落后，不過在相當多的技術方案上，和目前主流的激光雷達發展方向契合。
2023年12月26日，華為發布192線激光雷達。
華為192線激光雷達采用VCSEL+SPAD收發鏈路，以及轉鏡+電子掃描架構。具體參數：
測距：250米（最遠），180米（10%反射率）
點云密度：184萬點/秒
水平角分辨率：0.25°（@20Hz掃描），0.125°（@10Hz掃描）
垂直分辨率：0.1°
掃描頻率：最高20Hz
審核編輯：黃飛
?
工商網監
評論