2021年注定是自動(dòng)駕駛的高光之年，政策的落地、資本的青睞、企業(yè)的加碼，無一不推動(dòng)著這個(gè)行業(yè)快速發(fā)展。而今，2021年已結(jié)束，我們也迎來了2022年—一個(gè)被稱為自動(dòng)駕駛的落地年。

　　當(dāng)前，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，車企們不是在推動(dòng)L2及L2+級(jí)ADAS的普及就是在突圍L3的路上。隨著自動(dòng)駕駛層級(jí)的升高，對(duì)車用感知傳感器也帶來了全新的需求。一般來說，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中傳感器就像是眼睛，讓車輛能夠豐富而更加精準(zhǔn)的感知真實(shí)環(huán)境，而理想的完美傳感器需要符合全目標(biāo)，全覆蓋，全工況和全天候的條件。

　　為了向“完美傳感器”靠近，傳感器的技術(shù)一直在不斷加速迭代中。其中，攝像頭率先演進(jìn)，從2MP升級(jí)到8MP；激光雷達(dá)也進(jìn)入了大爆發(fā)前夜，搭載的汽車集中量產(chǎn)上市；那么，同為自動(dòng)駕駛?cè)椎?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/毫米波雷達(dá)" target="_blank">毫米波雷達(dá)又將如何創(chuàng)新？

　　毫米波雷達(dá)推成出新，邁向4D

　　從如今的技術(shù)來看，要實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛依然有所難度，但是作為主動(dòng)防護(hù)汽車駕駛安全的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance Systems，簡(jiǎn)稱ADAS）正在逐漸成熟和普及，毫米波雷達(dá)就是汽車ADAS不可或缺的核心傳感器之一。

　　在這個(gè)車企們追求高級(jí)別自動(dòng)駕駛的時(shí)代，毫米波雷達(dá)市場(chǎng)滲透率也在逐漸攀升。Yole Développement數(shù)據(jù)顯示，全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將由2019年的205億美元增長(zhǎng)至2025年的280 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為5%；其中，車載毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將由2019年的55億美元增長(zhǎng)至 2025年的105億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到11 %。

　　從20世紀(jì)60年代至今，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)毫無疑問已經(jīng)是一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)，然而過于成熟的技術(shù)卻限制了它的突破性創(chuàng)新，且在一定程度上固化了其市場(chǎng)格局，這也是毫米波雷達(dá)話題性不如激光雷達(dá)的原因之一。激光雷達(dá)作為一項(xiàng)新興技術(shù)，無法預(yù)知的未來也正是它的魅力所在，蘊(yùn)藏著無限可能。

　　此外，相比激光雷達(dá)的高探測(cè)精度以及較強(qiáng)的3D環(huán)境感知能力，毫米波雷達(dá)在面向L3及以上級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能中的短板也十分明顯。傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)還停留在距離和方位的2D平面感知，缺少高度這個(gè)維度的感知，并且存在無法高密度點(diǎn)云成像，不能有效地解析目標(biāo)的輪廓與類別、水平角分辨率低、難以檢測(cè)橫穿目標(biāo)以及難以檢測(cè)靜止目標(biāo)等技術(shù)局限。

　　具體來說，由于傳統(tǒng)車載毫米波雷達(dá)的天線只在二維方向上排列，使得其只可測(cè)量水平坐標(biāo) （X，Y），同時(shí)依靠多普勒效應(yīng)可以測(cè)量物體的速度信息，最終只可輸出（X，Y，V）三個(gè)指標(biāo)。

　　從X軸看，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)橫向分辨率低，也就是上述說到的水平角分辨率低。橫向分辨率是指左右兩個(gè)掃描的激光點(diǎn)形成的夾角，夾角度數(shù)越小，橫向分辨率越高，和激光雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)的橫向分辨率不具備優(yōu)勢(shì)。

　　而從Y軸看，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)則在測(cè)高能力上有所欠缺。由于不具備測(cè)高能力，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)難以判斷前方靜止物體是在地面還是在空中，井蓋、減速帶等“地面低小障礙物”以及交通標(biāo)識(shí)牌、龍門架、立交橋等“空中障礙物”， 在它的“眼”里都是在地面這一平面上，在這種情況下，如果不把他們反射的信號(hào)全部過濾掉，毫米波雷達(dá)無疑就會(huì)發(fā)出前方有障礙的錯(cuò)誤預(yù)警，造成“幽靈剎車”。然而，當(dāng)橋梁、路牌下有靜止的車輛、三角錐桶等“路面上較大障礙物”，毫米波雷達(dá)也會(huì)因?yàn)檎`判導(dǎo)致交通事故發(fā)生。

　　特斯拉在2016年時(shí)發(fā)生的那場(chǎng)自動(dòng)駕駛車禍，起因就是因?yàn)樘厮估瓟z像頭感知失效，無法識(shí)別出前方停下的貨車，而毫米波雷達(dá)作為備用傳感器，本應(yīng)該識(shí)別出前方障礙物發(fā)出預(yù)警，只可惜事實(shí)并非如此，最終造成慘劇的發(fā)生。

　　因此，綜合來看，毫米波雷達(dá)要想再次占據(jù)自動(dòng)駕駛?cè)字械摹癈位”，升級(jí)4D感知?jiǎng)菰诒匦校?D成像毫米波雷達(dá)也就此誕生。

　　4D毫米波雷達(dá)：未來核心感知組件

　　4D毫米波雷達(dá)又被稱為“成像雷達(dá)”，4D指的是range、velocity、azimuth、elevation。相較于傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)，4D雷達(dá)通過增加發(fā)射、接收通道的個(gè)數(shù)，可提供點(diǎn)云的功能，進(jìn)而輸出X，Y，H，V（距離、水平和垂直定位以及速度）四個(gè)指標(biāo)，也就是在3D的基礎(chǔ)上增加了“探測(cè)物體高度”第四個(gè)指標(biāo)，可以對(duì)靜態(tài)障礙物進(jìn)行分類以及不過濾靜態(tài)障礙物，最大程度地避免誤剎車和漏剎車。

　　此外，4D毫米波雷達(dá)的探測(cè)距離也有所提升，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)FOV120度時(shí)的探測(cè)距離一般在200米以內(nèi)，但4D成像雷達(dá)在同樣視場(chǎng)角下，用于前向感知時(shí)，探測(cè)距離可達(dá)500米，而且雨雪霧塵全天候下，探測(cè)距離不受影響，這也是4D毫米波雷達(dá)優(yōu)于激光雷達(dá)的重要方面。

　　而“成像”又意味著4D毫米波雷達(dá)具備超高的分辨率，加上較寬的探測(cè)角度，可以有效地解析目標(biāo)的輪廓、類別、行為，從而適應(yīng)更多復(fù)雜路況，還能探測(cè)到較小的目標(biāo)，比如礦泉水瓶、輪胎碎片等。隨著數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量的增加，4D毫米波雷達(dá)還能“看穿”墻壁、緊閉的門和其他固體物體，確定被遮住的部分是否在移動(dòng)，向哪個(gè)方向移動(dòng)，且可以提供檢測(cè)范圍超過300m的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，大大提高了安全性能，這也是激光雷達(dá)所不具備的能力。

　　圖片來源：中信證券

　　但是，要真正做到4D高清成像并不是易事，傲酷CMO&亞太區(qū)總裁郄建軍曾指出，要做到4D高清成像必須要解決以下幾個(gè)問題，一是要有高度這一維度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)立體成像；二是要能夠分辨開來距離的很近的車、人等，要求的角分辨率很高，要實(shí)現(xiàn)1度及以下角分辨率；三是較強(qiáng)的抗干擾性，尤其抗多徑干擾的能力，保證成像清晰不受影響；四是要跟蹤分類，通過雷達(dá)直接對(duì)大小車型、行人等進(jìn)行分類。

　　中信證券報(bào)告顯示，目前全球共有三種主流技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)4D毫米波雷達(dá)的點(diǎn)云功能。分別是基于現(xiàn)有的芯片（一般是英飛凌、TI、NXP的芯片），通過獨(dú)特的軟件算法和天線設(shè)計(jì)，在MIMO的基礎(chǔ)上做成高倍數(shù)虛擬MIMO，以達(dá)到在原來物理天線數(shù)基礎(chǔ)上虛擬出十倍的天線數(shù)，進(jìn)而將角分辨率大幅降低；通過將多發(fā)多收天線集中在一個(gè)芯片中，通過研發(fā)芯片組來實(shí)現(xiàn)上述功能；通過使用超材料來解決上述問題，但受限于上游超材料供應(yīng)鏈基礎(chǔ)較弱，商業(yè)化仍有很長(zhǎng)的時(shí)間要走。

　　總的來說，4D毫米波雷達(dá)具備了可以實(shí)時(shí)障礙檢測(cè)、遠(yuǎn)距離探測(cè)、路徑規(guī)劃、物體高度分離、降低處理和服務(wù)器需求、成本相比激光雷達(dá)較低（4D高精成像毫米波雷達(dá)進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)后，成本僅是激光雷達(dá)的1/10）等優(yōu)勢(shì), 是毫米波雷達(dá)從傳統(tǒng)的輔助感知跨越成為未來核心感知組件的關(guān)鍵一步。

　　新老勢(shì)力爭(zhēng)先入局

　　自2020年德國大陸汽車推出全球第一個(gè)4D成像毫米波雷達(dá)，即ARS540之后，4D成像毫米波雷達(dá)概念風(fēng)靡業(yè)界。目前，主流的4D成像毫米波雷達(dá)芯片主要有英飛凌、TI、NXP等；博世等主流一線毫米波雷達(dá)供應(yīng)商也已經(jīng)完成4D成像雷達(dá)的亮相；此外，華為等也加入了這場(chǎng)戰(zhàn)局。

　　恩智浦S32R45芯片量產(chǎn)、S32R41發(fā)布

　　2022年1月7日，恩智浦宣布S32R45是業(yè)界首款專用16nm成像雷達(dá)處理器，已經(jīng)投入量產(chǎn)，并將于2022年上半年開始首次用于客戶量產(chǎn)。

　　S32R45雷達(dá)處理器是恩智浦第6代汽車?yán)走_(dá)芯片組系列中的旗艦產(chǎn)品，有助于實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別自動(dòng)駕駛，支持L2+級(jí)到要求苛刻的L5級(jí)用例，同時(shí)還能夠滿足運(yùn)輸、交通管理和其他需要可靠的高分辨率感測(cè)的工業(yè)應(yīng)用需求。

　　此外，恩智浦還推出了新的雷達(dá)處理器S32R41，可將4D成像雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)延伸到更多的汽車。

　　恩智浦執(zhí)行副總裁兼射頻處理業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Torsten Lehmann表示，“恩智浦的新型成像雷達(dá)處理器可以生成高分辨率圖像，以增強(qiáng)目標(biāo)的檢測(cè)和分類，從而改變了汽車感知周圍環(huán)境的方式，這是提升道路安全，挽救生命的重要舉措。擴(kuò)展后的S32R產(chǎn)品系列充分利用了我們?cè)诶走_(dá)處理、超分辨率算法、高級(jí)MIMO波形方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在快速發(fā)展的L2+級(jí)汽車領(lǐng)域發(fā)揮成像雷達(dá)的作用。”

　　傲酷推出全球最高角分辨率的商用4D成像毫米波雷達(dá)

　　2021年3月，傲酷（Oculii）推出世界上最高角分辨率的商用4D成像雷達(dá)：FALCON和EAGLE兩款雷達(dá)產(chǎn)品。傲酷是一家基于軟件算法實(shí)現(xiàn)雷達(dá)4D成像的初創(chuàng)公司，已與吉利、長(zhǎng)城、福瑞泰克、戴姆勒、沃爾沃、海拉、維寧爾、松下等多家車企、Tier1等自動(dòng)駕駛公司展開深度合作。

　　據(jù)介紹，EAGLE是全球最高角分辨率的商用4D成像雷達(dá)，可在120°水平 / 30°縱向的寬視場(chǎng)中提供0.5°水平 x 1°縱向的角分辨率，具備超遠(yuǎn)距離探測(cè)，全天候感知；超高空間分辨率和目標(biāo)檢測(cè)靈敏度；2芯片實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)8芯片的性能等優(yōu)勢(shì)。

　　FALCON是世界上最小巧的4D成像雷達(dá)，以小于身份證大小的6cm x 6cm外殼尺寸提供高角分辨率性能，具備高角分辨率，寬視場(chǎng)角；低成本，低功耗，小尺寸等優(yōu)勢(shì)。

　　華為發(fā)布新一代高分辨率4D成像雷達(dá)

　　2021年4月，華為在上海國際車展上首次發(fā)布高分辨率4D成像雷達(dá)。據(jù)介紹，華為4D成像雷達(dá)采用12T24R大天線陣列（12個(gè)發(fā)射通道，24接收通道），比常規(guī)毫米波雷達(dá)3T4R的天線配置，整整提升了24倍，比業(yè)界典型成像雷達(dá)多50%接收通道，這是當(dāng)時(shí)可量產(chǎn)的最大陣列成像雷達(dá)。

　　圖片來源：華為智能汽車解決方案

　　博世推出4D成像雷達(dá)

　　2021年10月，博世在中國市場(chǎng)首次對(duì)外亮相第五代雷達(dá)至尊版，即4D成像雷達(dá)，采用76-77GHz頻段，最遠(yuǎn)探測(cè)距離高達(dá)302米，水平視場(chǎng)角可達(dá)120度，垂直視場(chǎng)角可達(dá)24度。

　　安智杰4D毫米波成像雷達(dá)上線

　　2021年12月，安智杰新一代毫米波4D成像雷達(dá)上線。該產(chǎn)品采用先進(jìn)的硅基CMOS射頻前端集成芯片及多種級(jí)聯(lián)模式，雷達(dá)信號(hào)與數(shù)據(jù)處理采用高速FPGA，全自主定義的并行流水架構(gòu)，加高容量高速緩存，讓高計(jì)算帶寬、容量與高存儲(chǔ)帶寬、容量完美匹配，形成澎湃的運(yùn)算能力；自主定義的UDP與MAC配合，支持1000Base-T1的點(diǎn)云吞吐，同時(shí)支持多通道CAN-FD目標(biāo)集輸出，在提升性價(jià)比的同時(shí)，更有效的提高了雷達(dá)采集信號(hào)能力，目標(biāo)識(shí)別精準(zhǔn)能力，可支撐高精度定位、地圖重構(gòu)、路徑規(guī)劃功能，充分滿足L3以上高階自動(dòng)駕駛感知需求。

　　圖片來源：安智杰

　　寫在最后

　　國內(nèi)有人預(yù)測(cè)，4D成像雷達(dá)將從2022年開始小規(guī)模前裝導(dǎo)入，預(yù)計(jì)到2023年，搭載量有望突破百萬。在這最有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)“彎道超車”的突圍領(lǐng)域，無論是巨頭還是初創(chuàng)企業(yè)皆已下場(chǎng)加入戰(zhàn)局，產(chǎn)業(yè)格局也已悄然改變。隨著技術(shù)的更迭，原有的技術(shù)和市場(chǎng)壁壘正在被逐漸打破，在可預(yù)見的未來，4D成像雷達(dá)更是有望成為自動(dòng)駕駛的核心部件。