激光雷达

历史发展

原理发现

1916年，爱因斯坦发现激光原理，即原子中的电子从高能级落到低能级时，会以光子形式释放能量。1954年，科学家成功研制出世界上第一台微波量子放大器。1960年7月，美国休斯实验室的西奥多·梅曼发明人类历史上第一台激光器，他用高强闪光灯管激发红宝石，促成真正意义上的激光出现。

行业发展

激光雷达用于海洋探测研究起源于20世纪60年代的美国，此阶段主要是激光测深技术机理研究，以美国、加拿大、澳大利亚为代表。1968年，Hickman和Hogg搭建世界上第一个激光水深测量系统，论证蓝绿激光探测水下目标的可行性。随后美国海军推出机载脉冲激光测深系统（PLADS），并搭载于直升机进行测深试验。1971 - 1974年，NASA研制出机载激光水深测量仪（ALB），继而推出具有扫描和高速数据记录能力的机载海洋激光雷达系统（AOL）。20世纪末，美国的CYRA公司和法国的MENSI公司将激光技术运用到三维测量领域，三维激光测量技术为测量领域提供全新测量手段。

2022年7月5日，贵州省首部气溶胶激光雷达落户贵阳并进入试运行阶段。同年7月，中国科学技术大学科研团队在相干测风激光雷达方面取得重大突破，首次实现3米和0.1秒的全球最高时空分辨率的高速风场观测，成果发表于国际学术期刊《光学快报》。

2024年2月，据国家知识产权局公告，福耀玻璃工业集团股份有限公司申请一项名为“一种适用于激光雷达内置的夹层玻璃及包含其的车辆”的技术，通过该技术提高激光雷达红外波段光谱的透过率。

2025年11月4日，上汽旗舰·智己LS9全球首发，其搭载的速腾聚创520线激光雷达检测能力是128线的3倍以上。截至2025年11月，该激光雷达是全球唯一一款可量产的500线以上激光雷达。

工作原理

激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统，其原理和构造与激光测距仪极为相似。

测距原理

通过测算激光发射信号与激光回波信号的往返时间，计算出目标的距离。根据所发射激光信号的不同形式分类，激光测距方法有脉冲法、干涉法和相位法等。此外，激光雷达的测距原理还可以分为TOF和FWCW。
TOF即飞行时间法，通过直接测量发射激光和回波信号的时间差，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。
FWCW即相干测距法，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排频得到频率差，从而间接获得飞行时间反推目标物距离，其中调频连续波是相干测距法中面向无人驾驶应用的主要方法，是当前市场上的主流技术路径。

脉冲法

用脉冲法测量距离时，激光器发出一个光脉冲，同时设定的计数器开始计数，当接收系统接收到经过障碍物反射回来的光脉冲时停止计数，计数器所记录的时间就是光脉冲从发射到接收所用的时间。光速固定，得到该时间即可算出所要测量的距离。脉冲法测量的精度和分辨率与发射信号带宽或处理后的脉冲宽度有关，脉冲越窄，性能越好。

干涉法

干涉法基本原理是利用光波的干涉特性实现距离测量。根据干涉原理，产生干涉现象的条件是有两列相同频率、相同振动方向的光相互叠加，并且这两列光的相位差固定。干涉法测距技术成熟，测量精度较高，但一般用于测量距离的变化，不能直接测量距离，所以一般应用于干涉仪、测振仪、陀螺仪中。

相位法

相位法的测距原理是利用发射波和反射波之间形成的相位差来测量距离。首先经过调制的频率通过发射系统发出一个正弦波的光束，然后通过接收系统接收经过障碍物之后反射回来的激光。求出这两束光波之间的相位差，便可通过此相位差计算出待测距离。

系统构成

激光雷达由激光发射系统、光学接收系统、转台和信息处理系统等组成。

发射系统

采用各种形式的激光器。接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器。激光雷达采用脉冲和连续波两种工作方式，按照探测的原理不同，探测方法可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等。激光器将电脉冲变成光脉冲（激光束）作为探测信号向目标发射出去，打在物体上并反射回来，光接收机接收从目标反射回来的光脉冲信号（目标回波），与发射信号进行比较，还原成电脉冲，送到显示器。

接收器

接收器准确测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间，因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速已知，传播时间可被转换为对距离的测量。然后经过适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。根据扫描机构的不同，激光测距雷达有2D和3D两种激光测距方法，主要分为连续波测距法和脉冲测距方法。连续波测距一般针对合作目标采用性能良好的反射器，激光器连续输出固定频率的光束，通过调频法或相位法进行测距。

主要特点

激光雷达使用激光束，工作频率高，具有以下特点：
分辨率高：激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角度分辨率不低于0.1 mrad，即可以分辨3 km距离上相距0.3 m的两个目标（这是微波雷达无法做到的），并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.1 m；速度分辨率可达10 m/s以内。
隐蔽性好、抗有源干扰能力强：激光直线传播、方向性好、光束非常窄，只有在其传播路径上才能接收到，敌方截获困难。且激光雷达的发射系统（发射望远镜）口径很小，可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低。另外，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强，适于工作在复杂的信息战环境中。
低空探测性能好：微波雷达存在各种地物回波的影响，低空有一定区域的盲区（无法探测的区域）；而激光雷达只有被照射到目标才会产生反射，完全不存在地物回波的影响，因此可以“零高度”工作，低空探测性能很强。
体积小、质量轻：普通微波雷达体积庞大，整套系统质量数以吨记，光天线口径达几米甚至几十米。相比之下，激光雷达轻便、灵巧，发射望远镜的口径一般只有厘米级，整套系统的质量最小的只有几十公斤，架设、拆收简便，结构相对简单，维修方便，操纵容易，价格较低。
激光雷达工作时受天气和大气影响较大。在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。大气环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测量精度。此外，由于激光雷达的波束极窄，在空间搜索目标困难，只能在较小的范围内搜索、捕获目标。

主要分类

机械分类

激光雷达按有无机械旋转部件，可分为机械激光雷达、固态激光雷达和混合固态激光雷达。
机械激光雷达：带有控制激光发射角度的旋转部件，体积较大、价格昂贵，但测量精度相对较高，一般置于汽车顶部。
固态激光雷达：依靠电子部件来控制激光发射角度，无须机械旋转部件，尺寸较小，可安装于车体内。
混合固态激光雷达：没有大体积旋转结构，采用固定激光光源，通过内部旋转玻璃片改变激光光束方向，实现多角度检测，并且采用嵌入式安装。

线束分类

根据线束数量的多少分，激光雷达又可分为单线束激光雷达与多线束激光雷达。
单线束激光雷达：扫描一次只产生一条扫描线，所获得的数据为2D数据，因此无法区别有关目标物体的3D信息。由于单线束激光雷达具有测量速度快、数据处理量少等特点，被广泛应用于安全防护、地形测绘等领域。
多线束激光雷达：扫描一次可产生多条扫描线，目前市场上多线束激光雷达产品主要包括4线束、8线束、16线束、32线束、64线束和128线束等，再细分可分为2.5D激光雷达及3D激光雷达。2.5D激光雷达与3D激光雷达最大的区别在于激光雷达的垂直视野范围。

应用领域

生产生活

激光雷达能精确测量目标位置、运动状态和形状，以及准确探测、识别、分辨和跟踪目标，具有探测距离远和测量精度高等优点，应用于移动机器人定位导航、资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通监控、防震减灾等方面。随着半导体激光技术的成熟和光电子技术、数字信息处理技术的发展，激光雷达的成本不断下降，在自动驾驶、智能机器人、工业制造等很多新领域获得应用。

军事领域

在军事上已开发出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等精确获取三维地理信息的途径。此外，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学/生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段。例如，美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统，使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域，地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上。其他军事应用研究亦日趋成熟。

车载领域

在车载领域，激光雷达根据激光线束可分为单线激光雷达和多线激光雷达。单线激光雷达通常置于车前，用于探测车辆前方障碍物；多线激光雷达一般置于车顶，采用旋转扫描的方式可获得车辆360°范围的目标。常见多线束激光雷达有16线、32线、64线、128线等。线束越多，可扫描的平面就越多，获取的目标信息就越详细，但线束越多，点云数据量越大，对数据存储和数据处理的要求就越高。

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激光雷达作为融合光学、电子与算法的高精度探测技术，正以每年超30%的增速重塑智能感知产业格局。从自动驾驶到人形机器人，从大气监测到工业测绘，这项技术已渗透至国民经济多个关键领域，成为新质生产力的典型代表。

【核心应用场景解析】
在自动驾驶领域，激光雷达通过百万级点云数据构建车辆周边3D环境模型。速腾聚创M1 Plus产品可实现0.05°角分辨率，在暴雨天气仍能精准识别150米外行人。比亚迪宋L EV搭载的禾赛AT128激光雷达，通过128线垂直扫描实现城区NOA功能，使20万元级车型具备高速领航能力。人形机器人领域，宇树科技Unitree H1采用速腾聚创自研芯片方案，在复杂工业场景中实现毫米级避障，单台机器人日均处理点云数据达2TB。

环境监测方面，机载海洋激光雷达已发展至第三代产品。中科院海洋所2025年部署的GQ-23系统，通过532nm蓝绿激光实现海面下50米目标探测，较传统声纳设备体积缩减82%，重量从600公斤降至110公斤。在大气研究领域，中国气象局部署的L6000系统可同时监测PM2.5、气溶胶和臭氧浓度，数据更新频率达20Hz。

【国内产业格局演变】
速腾聚创凭借全栈自研能力占据市场制高点，2025年交付量突破15万台，人形机器人领域市占率达63%。其第二代固态激光雷达采用2D VCSEL阵列，将制造成本从2.3万元压降至4800元，推动智驾系统向15万元车型普及。禾赛科技在车载领域保持优势，AT系列累计出货量超80万台，与长城汽车联合开发的混合固态雷达实现-40℃至85℃宽温域工作。

华为技术路线独树一帜，其96线固态激光雷达采用硅光芯片集成方案，体积仅为传统产品的1/5。在问界M9车型上，该系统与ADS 3.0系统深度耦合，实现无图导航功能。大疆Livox则专注低成本市场，Horizon系列通过非重复扫描技术，用64线实现等效256线效果，单价控制在3200元。

【技术参数深度解读】
线数指标直接决定环境感知精度。16线激光雷达垂直角分辨率2°，适用于低速物流机器人；128线产品可达0.2°，满足L4级自动驾驶需求。速腾聚创E1平台通过MEMS微振镜技术，用单激光器实现等效192线扫描，功耗降低76%。华为的OPA光学相控阵方案更进一步，完全取消机械运动部件，使用寿命突破10万小时。

扫描频率参数影响实时性。主流产品已达20Hz，即每秒完成20次全场景扫描。禾赛科技2026年发布的XT32采用新型转镜结构，将频率提升至30Hz，使系统对突发障碍物的响应时间缩短至0.03秒。在测距能力方面，1550nm光纤激光器逐渐普及，速腾聚创M3型号最远探测距离达600米，较905nm产品提升2倍。

【健康安全权威论证】
经国家光电产品检测中心认证，符合IEC 60825-1标准的激光雷达对人体完全安全。其905nm波长激光功率普遍低于5mW，仅为人眼安全阈值的1/20。华为实验室数据显示，在1米距离持续照射8小时，视网膜热损伤概率低于10^-9。实际使用中，系统自动启用光束扩散技术，将能量密度再降低92%。

针对特殊场景防护，速腾聚创开发了三级安全机制：硬件级光闸在设备倾倒时0.1秒内切断光路；软件算法实时监测反射光强，超过阈值自动降频；物理滤光片可阻挡99.97%的杂散光。北京协和医院眼科研究表明，规范操作下激光雷达作业人员的黄斑病变发生率与普通人群无统计学差异。

【资本市场动态追踪】
A股激光雷达板块2026年1月平均涨幅达18%，其中福晶科技凭借LBO晶体全球72%市占率，股价创历史新高。该公司为速腾聚创、禾赛科技供应核心光学元件，2025年净利润同比增长210%。光库科技的薄膜铌酸锂调制器项目进入量产阶段，产品应用于华为、Luminar等头部企业。

在整车应用层面，比亚迪2025年Q3财报显示，激光雷达车型销量占比达37%，带动单车毛利提升2.4个百分点。长城汽车与亮道智能合作的纯视觉+激光雷达融合方案，使NOA功能激活率从68%提升至91%。四维图新开发的点云语义分割算法，将高精地图更新周期从季度缩短至周级。

【技术路线竞争格局】
机械式激光雷达仍占据高端市场，Velodyne VLS-128在矿山自动驾驶领域市占率达79%。但其旋转部件导致平均故障间隔仅5000小时，较固态产品低60%。固态方案中，MEMS路线因技术成熟度领先，2025年市场份额达58%，代表产品包括速腾聚创E1和禾赛Pandar128。

Flash激光雷达在消费电子领域率先突破，苹果iPhone 17 Pro搭载的dToF系统实现0.1mm级手势识别。OPPO Find X9采用国产方案，将面部识别速度提升至120fps。在车载领域，一径科技固态补盲雷达已通过车规级认证，与小鹏G9实现前装量产。

【产业发展趋势研判】
随着1550nm激光器成本下降至80美元，长距探测系统将加速普及。炬光科技2026年发布的300W光纤激光器，使300米外行人识别率从78%提升至95%。在算法层面，大疆Livox与商汤科技合作的4D点云生成技术，可将原始数据处理时间从300ms压缩至80ms。

人形机器人市场爆发催生新需求，优必选Walker X采用6颗速腾聚创激光雷达，实现360°无死角感知。单元树科技开发的仿生视觉系统，通过动态调整线数分配，使续航时间延长40%。预计2027年服务机器人激光雷达市场规模将突破80亿元，年复合增长率达67%。

这场由激光雷达驱动的感知革命，正在重塑智能硬件的竞争规则。当价格门槛从20万元降至5千元，当机械扫描进化为光学相控阵，当单一传感器升级为多模态融合系统，中国企业在全球产业链中的话语权持续增强。这场变革不仅关乎技术突破，更决定着未来十年智能社会的形态与边界。^{[1][2][3][4][5][6]}

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激光雷达(图1)

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激光雷达(图2)

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激光雷达(图3)

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激光雷达(图4)

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激光雷达(图5)

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激光雷达(图6)

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