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

　　當前，在自動駕駛領(lǐng)域，車企們不是在推動L2及L2+級ADAS的普及就是在突圍L3的路上。隨著自動駕駛層級的升高，對車用感知傳感器也帶來了全新的需求。一般來說，自動駕駛系統(tǒng)中傳感器就像是眼睛，讓車輛能夠豐富而更加精準的感知真實環(huán)境，而理想的完美傳感器需要符合全目標，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，從2MP升級到8MP；激光雷達也進入了大爆發(fā)前夜，搭載的汽車集中量產(chǎn)上市；那么，同為自動駕駛?cè)椎?a class="innerlink" href="http://www.shi-ke.cn/tags/毫米波雷達" target="_blank">毫米波雷達又將如何創(chuàng)新？

　　毫米波雷達推成出新，邁向4D

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

　　在這個車企們追求高級別自動駕駛的時代，毫米波雷達市場滲透率也在逐漸攀升。Yole Développement數(shù)據(jù)顯示，全球毫米波雷達市場規(guī)模預(yù)計將由2019年的205億美元增長至2025年的280 億美元，年復(fù)合增長率為5%；其中，車載毫米波雷達市場規(guī)模預(yù)計將由2019年的55億美元增長至 2025年的105億美元，年復(fù)合增長率達到11 %。

　　從20世紀60年代至今，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，傳統(tǒng)的毫米波雷達毫無疑問已經(jīng)是一項十分成熟的技術(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格局，這也是毫米波雷達話題性不如激光雷達的原因之一。激光雷達作為一項新興技術(shù)，無法預(yù)知的未來也正是它的魅力所在，蘊藏著無限可能。

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

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

　　從X軸看，傳統(tǒng)毫米波雷達橫向分辨率低，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掃描的激光點形成的夾角，夾角度數(shù)越小，橫向分辨率越高，和激光雷達相比，毫米波雷達的橫向分辨率不具備優(yōu)勢。

　　而從Y軸看，傳統(tǒng)毫米波雷達則在測高能力上有所欠缺。由于不具備測高能力，傳統(tǒng)毫米波雷達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”以及交通標識牌、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全部過濾掉，毫米波雷達無疑就會發(fā)出前方有障礙的錯誤預(yù)警，造成“幽靈剎車”。然而，當橋梁、路牌下有靜止的車輛、三角錐桶等“路面上較大障礙物”，毫米波雷達也會因為誤判導(dǎo)致交通事故發(fā)生。

　　特斯拉在2016年時發(fā)生的那場自動駕駛車禍，起因就是因為特斯拉攝像頭感知失效，無法識別出前方停下的貨車，而毫米波雷達作為備用傳感器，本應(yīng)該識別出前方障礙物發(fā)出預(yù)警，只可惜事實并非如此，最終造成慘劇的發(fā)生。

　　因此，綜合來看，毫米波雷達要想再次占據(jù)自動駕駛?cè)字械摹癈位”，升級4D感知勢在必行，4D成像毫米波雷達也就此誕生。

　　4D毫米波雷達：未來核心感知組件

　　4D毫米波雷達又被稱為“成像雷達”，4D指的是range、velocity、azimuth、elevation。相較于傳統(tǒng)毫米波雷達，4D雷達通過增加發(fā)射、接收通道的個數(shù)，可提供點云的功能，進而輸出X，Y，H，V（距離、水平和垂直定位以及速度）四個指標，也就是在3D的基礎(chǔ)上增加了“探測物體高度”第四個指標，可以對靜態(tài)障礙物進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毫米波雷達的探測距離也有所提升，傳統(tǒng)毫米波雷達FOV120度時的探測距離一般在200米以內(nèi)，但4D成像雷達在同樣視場角下，用于前向感知時，探測距離可達500米，而且雨雪霧塵全天候下，探測距離不受影響，這也是4D毫米波雷達優(yōu)于激光雷達的重要方面。

　　而“成像”又意味著4D毫米波雷達具備超高的分辨率，加上較寬的探測角度，可以有效地解析目標的輪廓、類別、行為，從而適應(yīng)更多復(fù)雜路況，還能探測到較小的目標，比如礦泉水瓶、輪胎碎片等。隨著數(shù)據(jù)點數(shù)量的增加，4D毫米波雷達還能“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，向哪個方向移動，且可以提供檢測范圍超過300m的實時數(shù)據(jù)，大大提高了安全性能，這也是激光雷達所不具備的能力。

　　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問題，一是要有高度這一維度的準確數(shù)據(jù)以實現(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，要實現(xiàn)1度及以下角分辨率；三是較強的抗干擾性，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，通過雷達直接對大小車型、行人等進行分類。

　　中信證券報告顯示，目前全球共有三種主流技術(shù)，可以實現(xiàn)4D毫米波雷達的點云功能。分別是基于現(xiàn)有的芯片（一般是英飛凌、TI、NXP的芯片），通過獨特的軟件算法和天線設(shè)計，在MIMO的基礎(chǔ)上做成高倍數(shù)虛擬MIMO，以達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芯片中，通過研發(fā)芯片組來實現(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)化仍有很長的時間要走。

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

　　新老勢力爭先入局

　　自2020年德國大陸汽車推出全球第一個4D成像毫米波雷達，即ARS540之后，4D成像毫米波雷達概念風(fēng)靡業(yè)界。目前，主流的4D成像毫米波雷達芯片主要有英飛凌、TI、NXP等；博世等主流一線毫米波雷達供應(yīng)商也已經(jīng)完成4D成像雷達的亮相；此外，華為等也加入了這場戰(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雷達處理器是恩智浦第6代汽車雷達芯片組系列中的旗艦產(chǎn)品，有助于實現(xiàn)更高級別自動駕駛，支持L2+級到要求苛刻的L5級用例，同時還能夠滿足運輸、交通管理和其他需要可靠的高分辨率感測的工業(yè)應(yīng)用需求。

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

　　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處理器可以生成高分辨率圖像，以增強目標的檢測和分類，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。擴展后的S32R產(chǎn)品系列充分利用了我們在雷達處理、超分辨率算法、高級MIMO波形方面的領(lǐng)先優(yōu)勢，在快速發(fā)展的L2+級汽車領(lǐng)域發(fā)揮成像雷達的作用。”

　　傲酷推出全球最高角分辨率的商用4D成像毫米波雷達

　　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：FALCON和EAGLE兩款雷達產(chǎn)品。傲酷是一家基于軟件算法實現(xiàn)雷達4D成像的初創(chuàng)公司，已與吉利、長城、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，可在120°水平 / 30°縱向的寬視場中提供0.5°水平 x 1°縱向的角分辨率，具備超遠距離探測，全天候感知；超高空間分辨率和目標檢測靈敏度；2芯片實現(xiàn)傳統(tǒng)8芯片的性能等優(yōu)勢。

　　FALCON是世界上最小巧的4D成像雷達，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，寬視場角；低成本，低功耗，小尺寸等優(yōu)勢。

　　華為發(fā)布新一代高分辨率4D成像雷達

　　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。據(jù)介紹，華為4D成像雷達采用12T24R大天線陣列（12個發(fā)射通道，24接收通道），比常規(guī)毫米波雷達3T4R的天線配置，整整提升了24倍，比業(yè)界典型成像雷達多50%接收通道，這是當時可量產(chǎn)的最大陣列成像雷達。

　　圖片來源：華為智能汽車解決方案

　　博世推出4D成像雷達

　　2021年10月，博世在中國市場首次對外亮相第五代雷達至尊版，即4D成像雷達，采用76-77GHz頻段，最遠探測距離高達302米，水平視場角可達120度，垂直視場角可達24度。

　　安智杰4D毫米波成像雷達上線

　　2021年12月，安智杰新一代毫米波4D成像雷達上線。該產(chǎn)品采用先進的硅基CMOS射頻前端集成芯片及多種級聯(lián)模式，雷達信號與數(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，讓高計算帶寬、容量與高存儲帶寬、容量完美匹配，形成澎湃的運算能力；自主定義的UDP與MAC配合，支持1000Base-T1的點云吞吐，同時支持多通道CAN-FD目標集輸出，在提升性價比的同時，更有效的提高了雷達采集信號能力，目標識別精準能力，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，4D成像雷達將從2022年開始小規(guī)模前裝導(dǎo)入，預(yù)計到2023年，搭載量有望突破百萬。在這最有機會實現(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)和市場壁壘正在被逐漸打破，在可預(yù)見的未來，4D成像雷達更是有望成為自動駕駛的核心部件。