激光雷达技术的专利分析

0引言

激光雷达是以发射激光束探测 目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息。激光雷达是一种可以精确、快速获取目标三维空间信息的主动探测技术。三维成像激光雷达作为一种主动成像系统,与被动成像系统相比,具有可获得高精度距离信息以及不受光照条件限制的优势;与微波成像系统相比,具有角分辨力高、测量精度高、抗干扰能力强以及系统易小型化的优点;在目标识别、分类和高精度三维成像及测量方面有着独特的技术优势,因而被广泛应用于军事、航空航天以及民用三维传感等领域^[1]。

智能网联背景下,电动汽车不再是单纯的交通工具,网联信息以及激光雷达、毫米波雷达、摄像头、定位及导航装置等各类车载传感器,将为车辆提供全方位的信息交互、共享和状态感知能力^[2]。其中激光雷达由于其自身具有的优势,已经成为智能汽车技术中至关重要的高精度传感器,而核心技术创新仍是当前阶段智能网联汽车加速发展的关键^[3]。伴随着智能汽车的快速发展,逐渐被广泛使用的激光雷达技术也在快速发展。本文基于专利数据分析挖掘,探究激光雷达技术发展历程,可为我国激光雷达产业的发展提供一些参考。

1全球专利申请情况

1.1申请趋势分析

激光雷达技术的发明专利申请趋势如图1所示。由于发明专利申请的公开在时间上存在一定的滞后性,因此2022—2023年的专利申请数量未能统计完全,数量有所减少。

由图1可知,申请量总体上逐年呈上升趋势,每年专利申请量的变化趋势可以细化分为以下几个阶段:

1)技术萌芽期:2000年以前,激光雷达技术研究工作刚刚起步,发展较慢,专利的申请数量极少,呈现出一种十分缓慢的增长形势。这一时期专利申请主要集中在日本,申请人涉及电子信息、汽车电子等技术领域,具有代表性的企业有三菱电机、日产汽车、日本电气、丰田汽车等,这得益于当时日本在电子技术领域技术较为先进。

2)平稳发展期:2001—2014年,电子技术不断发展,汽车技术不断进步,家用轿车逐渐普及,这都促进了激光雷达技术的发展,全球专利申请量逐年增多,却发展平稳,并未得到快速发展。在众多申请人中,全球最大汽车供应链企业—博世公司在申请量上处于明显优势地位。日本电装、德国大陆公司也都加入到激光雷达的研发中。

3)高速发展期:2015年至今,激光雷达的全球专利申请量呈现出高速增长态势,增长曲线急剧陡峭,时至今日仍然是其发展的高速期。随着信息通信技术、大数据、云计算以及人工智能技术的发展,搭载了先进传感系统、决策系统、执行系统的智能汽车得到了快速发展,其中先进传感系统中的激光雷达也得到了快速发展。这一时期具有代表性的申请人主要有博世公司、谷歌母公司Alphabet旗下自动驾驶汽车企业waymo以及深圳市速腾聚创科技有限公司。

1.2 主要申请人申请量分布

图2为2015—2023年高速发展期激光雷达全球专利申请的主要申请人的申请量排名情况,其中申请量最多的为博世公司,排名第二的是谷歌母公司 Alphabet旗下自动驾驶汽车企业waymo,排名第三的是深圳市速腾聚创科技有限公司。

从申请量排名前十位的企业来看,既包括汽车电子供应商博世公司、三星电子,也包括传统汽车公司通用全球技术、福特全球技术、现代汽车、戴姆勒公司,还包括智能驾驶提供商waymo、华为;而速腾聚创是一家智能激光雷达系统科技企业,通过激光雷达硬件、感知软件与芯片三大核心技术闭环,为市场提供自动驾驶激光雷达环境感知解决方案;大疆则是全球领先的航拍无人机科技公司,激光雷达的应用使其能够出色地完成避障和自动飞行任务功能。

激光雷达技术属于重点前沿科技,主要应用于智能汽车领域,同时在无人机领域及其他机器人领域也有巨大潜力;不论是传统的汽车电子供应商、汽车企业还是智能驾驶供应商,都加入了激光雷达领域的角逐,同时也孕育出专门提供自动驾驶激光雷达环境感知解决方案的公司,可见激光雷达技术的研究已经呈现百家争鸣、百花齐放的繁荣景象。

我国在激光雷达技术领域处于重要地位,但与国外科技巨头相比还有差距,未来仍需持续加强在激光雷达技术上的科研投入,加强激光雷达技术研究成果在多种应用领域的转化。

1.3申请区域分布

图3为2015—2023年高速发展期激光雷达全球专利申请区域分布,该技术专利申请量排名前五位的国家/地区/组织分别是中国、美国、WIPO、德国和韩国。其中,中国、美国在这一领域的专利申请数量远高于其他国家/地区/组织,占比为68.93%,主要原因是美国的汽车技术、电子技术发展成熟,同时人工智能发展较早,智能汽车、激光雷达发展的土壤肥沃、基础扎实;而近年来,我国对智能汽车发展的重视,我国企业对知识产权保护认知的不断提升,使得我国智能汽车、激光雷达发展势如破竹,各大企业竞相追逐,力争在智能汽车这一新兴领域实现弯道超车。

2 中国专利申请情况

2.1 中国专利申请趋势

中国专利申请中激光雷达发明专利申请量趋势如图4所示。从图中可以看出,激光雷达技术从1994开始出现国内专利申请,1994—2002年,专利申请数量较少,属于技术萌芽期;2003—2010年属于平稳发展期;2011—2015年属于低速发展期;2016年至今属于高速发展期,其间国内专利申请数量快速增长,增长曲线急剧陡峭。由此可知,中国专利申请量与全球专利申请量变化趋势基本一致。

2.2 中国专利申请人分布

图5为2016—2023年高速发展期激光雷达中国专利申请的主要申请人的申请量排名情况,可以看出研究力量主要分布在科技企业和高校中。其中高校主要有浙江大学、北京理工大学和清华大学,这得益于这些高校对于激光雷达方向的研究,比如浙江大学的刘东教授主要研究环境激光雷达。

在前十名的申请人中外国企业仅有一家—博世公司,国内速腾聚创、禾赛科技、华为、镭神智能、大疆、万集科技等企业凭借各自的优势,群雄逐鹿,市场竞争十分激烈。除大疆外,其他各公司的激光雷达均主要应用于车辆。

可见,在激光雷达专利申请中,中国主要企业和高校的专利申请总量远远高于国外企业,说明在国内的激光雷达技术领域,中国企业和高校在市场竞争中占据主导地位,已形成颇具规模的激光雷达产业,促进了我国激光雷达的快速发展以及智能汽车的产业升级。

2.3 中国专利申请各省市申请量分布

如图6所示,从中国专利申请的各省市申请量分布来看,最多的是北京市,申请量有4 940项专利,主要申请人有北京理工大学、万集科技、清华大学等;紧随其后的是广东省,有4 757项专利,主要申请人有速腾聚创、华为、镭神智能、大疆等;之后分别为江苏省、上海市和浙江省,代表申请人分别为东南大学、禾赛科技和浙江大学等。

3 结论

本文分析了激光雷达技术的全球及国内专利申请趋势、主要申请人、申请地域,通过分析可以看出:激光雷达技术目前正处于快速发展时期,全球以及中国申请量快速增长;国内激光雷达高科技企业也在快速发展,这得益于国内智能汽车的飞速发展,但国内高科技企业对于全球专利布局不够重视。因此,国内企业应当抓住智能汽车和激光雷达快速发展这一机遇,勇于迎接挑战,找准激光雷达发展趋势,不断加大激光雷达技术研发投入,提高专利申请质量,同时重视国外专利申请,加强全球战略布局。

[参考文献]

[1]王海峰.激光雷达测距技术在无人驾驶场景中的专利布局研究[J].数码设计(上),2021,10(5):374.

[2] 申永鹏,袁小芳,赵素娜,等.智能网联电动汽车节能优化控制研究进展与展望[J]. 自动化学报,2023,49 (12):2437—2456.

[3]马艳.智能网联汽车发展亟待构建完善产业合作生态[N].中国工业报,2023—10—13(003).

2024年第12期第21篇