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4D成像毫米波雷達(dá)最近又熱了起來。
今年CES上，4D成像毫米波雷達(dá)聲勢奪人，一眾芯片企業(yè)諸如恩智浦、TI、Mobileye都陸續(xù)推出或更新了自己的成像雷達(dá)方案，毫米波雷達(dá)系統(tǒng)廠商Arbe、Zadar Labs、Smartmicro等也都帶來了各自的成像雷達(dá)產(chǎn)品。
其中最受到業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的，莫過于Mobileye 首席執(zhí)行官Amnon Shashua 在 CES 演講中對4D成像毫米波雷達(dá)的強(qiáng)調(diào)，“（到2025年）除了正面，我們只想要毫米波雷達(dá)，不想要激光雷達(dá)?！?/p>
Yole Développement 的Imaging 首席分析師 Pierre Cambou 表示，該演講引發(fā)了人們的猜測，即Mobileye 現(xiàn)在不認(rèn)為激光雷達(dá)“比雷達(dá)更重要”。
VSI Labs 的合伙人兼咨詢服務(wù)總監(jiān)Danny Kim 更是在 CES 后發(fā)布的一份報(bào)告中寫道：“與過去的 CES 活動不同，感覺激光雷達(dá)公司并沒有為行業(yè)帶來那么多突破性的發(fā)明” ?！傲硪环矫妫?D毫米波雷達(dá)越來越受歡迎”，并稱4D毫米波雷達(dá)正成為汽車傳感器中的“新星”。
事實(shí)上，在此前華為的入局下，4D成像毫米波雷達(dá)早就接受過市場的一波熱議，且也遠(yuǎn)非新技術(shù)，但這次它為什么又在CES上被重點(diǎn)關(guān)注了？其中有什么因素發(fā)生了變化？4D成像毫米波雷達(dá)是否真的可以和激光雷達(dá)PK？抑或它只是一種過渡技術(shù)方案？
Yole將Mobileye的演講總結(jié)為四點(diǎn)，其中兩點(diǎn)就是：
4D成像毫米波雷達(dá)是消費(fèi)級自動駕駛車輛的一個重要推動因素；
激光雷達(dá)不再是關(guān)鍵。
Mobileye瞄準(zhǔn)了三個細(xì)分市場：輔助駕駛市場、帶有地理圍欄的L4 Robotaxi市場以及消費(fèi)級L4 Robotaxi市場。
Shashua認(rèn)為，Mobileye的感知方案要想在2025年達(dá)到消費(fèi)級自動駕駛車輛的水平，一要想如何能夠顯著降低成本，二則是如何將ODD（運(yùn)行設(shè)計(jì)域）擴(kuò)大到L5的水平。
因此在Mobileye的計(jì)劃中，除了開發(fā)可以單獨(dú)在相機(jī)上行駛的消費(fèi)級自動駕駛車輛方案，到2025年他們可能還將推出可單獨(dú)在雷達(dá)/激光雷達(dá)上行駛的消費(fèi)級自動駕駛車輛方案，后者搭載雷達(dá)-LiDAR子系統(tǒng)，屆時車輛僅需一個前向激光雷達(dá)和360°全包覆車身的毫米波雷達(dá)即可。
“除了正面，我們只想要毫米波雷達(dá)，不想要激光雷達(dá)?！盨hashua表示。
問題在于，雖然毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)的成本不是一個數(shù)量級，但以目前毫米波雷達(dá)的分辨率水平，普通毫米波雷達(dá)在擁擠的交通中，并無法分辨彼此非常接近的行人和車輛，因此也就不能作為單獨(dú)的子系統(tǒng)使用。
于是Mobileye將視線轉(zhuǎn)向了4D成像毫米波雷達(dá)。
從性能效果來說，4D成像毫米波雷達(dá)算是3D毫米波雷達(dá)的升級版，另一方面，從成本上看，4D成像毫米波雷達(dá)的成本也僅為激光雷達(dá)的10%-20%。
相比于傳統(tǒng)的 3D 毫米波雷達(dá)，車載 4D毫米波雷達(dá)在工作時，除了能夠解算出目標(biāo)的距離、速度、水平角信息，還能解算出目標(biāo)的俯仰角信息，進(jìn)而可以提供汽車周圍的環(huán)境信息，能夠避免窨井蓋、路肩、減速帶所產(chǎn)生的虛警現(xiàn)象。
除此之外，得益于能夠提供目標(biāo)的高度信息，捕捉到汽車周圍目標(biāo)的空間坐標(biāo)和速度信息，4D 毫米波雷達(dá)還能夠提供更加真實(shí)的路徑規(guī)劃、可通行空間檢測功能。
有業(yè)內(nèi)人士對新智駕介紹說，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)也有點(diǎn)云但是數(shù)量少，且沒有俯仰信息，4D毫米波雷達(dá)增加了俯仰信息和更多的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，“點(diǎn)云一多就可以勾勒出物體輪廓，便是成像”。
不過4D毫米波雷達(dá)是否需要成像，要基于具體場景需求的策略制定。
據(jù)上述業(yè)內(nèi)人士介紹，目前L3以上的場景會對成像雷達(dá)有更大的需求，從技術(shù)上來講，4D成像毫米波雷達(dá)是必然趨勢，有能力做4D毫米波雷達(dá)的廠商基本都在做4D成像毫米波雷達(dá)。
“4D毫米波雷達(dá)是未來的發(fā)展方向，而成像的重點(diǎn)是點(diǎn)云數(shù)據(jù)足夠多，在車上是否要用4D毫米波雷達(dá)做成像輸出，要看主機(jī)廠對傳感融合、算力等因素的通盤綜合考慮?！?/p>
新智駕曾在《剛剛，又一款智能汽車面世！主打賣點(diǎn)竟是「4D 毫米波雷達(dá)」》一文中，仔細(xì)介紹過4D毫米波雷達(dá)的工作原理。
角分辨率作為雷達(dá)的指向精度，其數(shù)值高低與波長與孔徑大小有關(guān)，即波長越長，角分辨率越低，孔徑越大，分辨率越高。
車載毫米波雷達(dá)系統(tǒng)廠商楚航科技創(chuàng)始人兼CEO楚詠焱對新智駕介紹，孔徑大小是提升雷達(dá)角分辨率的關(guān)鍵，而天線的數(shù)量、天線間的排布間隔又會影響到孔徑大小。
過去幾十年來，車載毫米波雷達(dá)界常常是通過增加天線數(shù)量的方式來提高角分辨率。
目前車載 4D 毫米波雷達(dá)常用的工作機(jī)制，則是連續(xù)波雷達(dá)中的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（FMCW），它能夠以更低功耗、更大帶寬的方式，向外連續(xù)地發(fā)射電磁波，從而實(shí)現(xiàn)測量目標(biāo)的距離和速度信息。
而根據(jù)輸入輸出天線陣列數(shù)目的不同，F(xiàn)MCW 雷達(dá)可以分為單輸入多輸出(SIMO)雷達(dá)和多輸入多輸出(MIMO)雷達(dá)。
對車載毫米波雷達(dá)系統(tǒng)而言，SIMO 雷達(dá)早已在 3D 毫米波雷達(dá)中廣泛應(yīng)用，而 MIMO 雷達(dá)概念則是在 2003 年由 Bliss 和 Forsythe 首次提出，其是車載 4D 毫米波雷達(dá)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)理論之一。
與傳統(tǒng)方式不同，為了解決傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)角分辨率低、點(diǎn)云密度低的問題，當(dāng)下出現(xiàn)了四種4D毫米波雷達(dá)解決方案：
一是基于傳統(tǒng)CMOS雷達(dá)芯片，強(qiáng)調(diào)“軟件定義的雷達(dá)”，主要廠家有傲酷、Mobileye等；
二則是將多發(fā)多收天線集成在一顆芯片，直接提供成像雷達(dá)芯片，比如Arbe、Vayyar等；
最傳統(tǒng)的，則是將標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片進(jìn)行多芯片級聯(lián)，以增加天線數(shù)量，比如大陸、博世、ZF等一眾公司；
四則是通過超材料研發(fā)新型雷達(dá)架構(gòu)，代表廠家有Metawave等。
Shashua認(rèn)為，軟件定義的圖像毫米波雷達(dá)，將會是提高毫米波雷達(dá)分辨率的關(guān)鍵。
所謂軟件定義的雷達(dá)，即通過軟件后處理，系統(tǒng)可對雷達(dá)信號的接受/發(fā)送和處理進(jìn)行配置，從而大幅提高雷達(dá)的性能。
事實(shí)上早在兩年前，Mobileye就已開始打造這款圖像雷達(dá)，在2021年的CES上，Shashua也曾對其進(jìn)行過介紹，只不過所花的時間遠(yuǎn)沒有今年CES上的多。
而從Mobileye公布的數(shù)據(jù)看，其成像毫米波雷達(dá)的性能在諸多同類產(chǎn)品中，也的確可圈可點(diǎn)。
資料顯示，Mobileye 的軟件定義雷達(dá)將有超過 2000 個虛擬信道，信號發(fā)射器與接收器各 48 個，水平角分辨率達(dá)0.5°，垂直分辨率達(dá)2°，有效探測距離預(yù)計(jì)為150米。
“Mobileye推出成像雷達(dá)的意義與Arbe差不多，因?yàn)槟壳爸髁鞣绞剑òú┦?、大陸、ZF的量產(chǎn)方案）都是傳統(tǒng)級聯(lián)方式，新型方案對傳統(tǒng)方式是否兼具成本和性能優(yōu)勢有待觀察?！钡硪粯I(yè)內(nèi)人士則對新智駕如此表示。
這里有必要先來了解一下組成車載毫米波雷達(dá)的核心器件。
車載毫米波雷達(dá)的核心器件主要有單片微波集成電路和雷達(dá)數(shù)字信號處理芯片等。
單片微波集成電路可以實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器、混頻器、變頻器、功率放大器等功能，主要玩家包括意法半導(dǎo)體、德州儀器、 恩智浦、加特蘭等。
雷達(dá)數(shù)字信號處理芯片，則是用于對毫米波雷達(dá)的中頻信號進(jìn)行數(shù)字處理，分為通用數(shù)字處理芯片和雷達(dá)專用處理芯片，目前提供專用雷達(dá)處理器的芯片廠商主要有德州儀器、NXP、Infineon、加特蘭等。
近年來，隨著市場對車載毫米波雷達(dá)需求的增加，國內(nèi)涌現(xiàn)了一批新興毫米波雷達(dá)系統(tǒng)廠商，比如森斯泰克、華域、凌波微步、隼眼科技、楚航科技以及幾何伙伴等。
而在2018年，德州儀器提出了4D成像毫米波雷達(dá)的概念，并一舉推出了基于AWR2243 FMCW單芯片收發(fā)器的4片級聯(lián)4D毫米波雷達(dá)全套設(shè)計(jì)方案。
這一“交鑰匙”工程大大降低了企業(yè)開發(fā)成像毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的門檻，部分毫米波雷達(dá)系統(tǒng)廠商也紛紛開始著手研發(fā)自己的 4D 毫米波雷達(dá)產(chǎn)品。
目前，已經(jīng)推出4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的廠商主要有大陸、傲酷雷達(dá)、Arbe以及 Smartmicro 等。
上述業(yè)內(nèi)人士對新智駕表示，開發(fā)4D成像毫米波雷達(dá)已漸漸成為毫米波雷達(dá)行業(yè)巨頭和初創(chuàng)公司的必然選擇。
4D成像毫米波雷達(dá)之間的性能之爭也就愈發(fā)激烈。
目前的車載4D成像毫米波雷達(dá)多在48個通道（6發(fā)8收），有的雷達(dá)供應(yīng)商也有在向192個以上數(shù)量的通道邁進(jìn)，比如森思泰克的4D成像毫米波雷達(dá)STA77-8、大陸集團(tuán)的4D成像毫米波雷達(dá)ARS540、傲酷的Eagle等，華為的4D成像毫米波雷達(dá)則有288個通道（12發(fā)24收）。
不過也有與Mobileye成像雷達(dá)通道數(shù)量相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，它是由以色列創(chuàng)企Arbe提供的4D成像毫米波雷達(dá)Phoenix，采用48發(fā)48收，虛擬通道也超過2000個，可提供1°水平×1.5°垂直角分辨率。
華為智能汽車解決方案BU Marketing與銷售服務(wù)部總裁此前也曾透露過，“華為的4D成像毫米波雷達(dá)天線已經(jīng)做到128發(fā)128收，非常先進(jìn)，華為的毫米波雷達(dá)是在通信技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的”。
安霸半導(dǎo)體在去年收購了傲酷雷達(dá)，其中國區(qū)市場營銷副總裁郄建軍對新智駕表示，其4D成像毫米波雷達(dá)產(chǎn)品目前性能已與32線束激光雷達(dá)性能類似。
“我們接下來還會繼續(xù)提升角分辨率，做到4芯片級聯(lián)，類似128線束激光雷達(dá)分辨率的效果?！?/p>
郄建軍介紹，目前4D成像毫米波雷達(dá)的成本和傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的成本相近，遠(yuǎn)低于激光雷達(dá)的成本。
“激光雷達(dá)的成本要想從幾千元降到幾百元，至少需要5年，所以4D成像毫米波雷達(dá)，在某種程度上是可以取代低線束激光雷達(dá)的?！?/p>
另外，當(dāng)4D毫米波雷達(dá)與多目攝像頭相結(jié)合時，理論上也被認(rèn)為可完全不需要激光雷達(dá)。
那當(dāng)測距精度更高的激光雷達(dá)的成本下探至可被接受范圍時，4D成像毫米波雷達(dá)會被淘汰嗎？換言之，4D成像毫米波雷達(dá)會不會只是一種暫時的“過渡性方案”？
對此楚詠焱的看法是，4D成像毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)各有特點(diǎn)，可以發(fā)揮各自的長處，并不存在誰替代誰的關(guān)系。
“比如一些L3級功能，并不需要那么高線束的激光雷達(dá)，這時候只需要把毫米波雷達(dá)的分辨率稍微提高一點(diǎn)，成本也不會增加太多，有可能很多L3級功能就能落地了，這會是4D成像毫米波雷達(dá)的主要市場?！?/p>
郄建軍則認(rèn)為，由于普通的毫米波雷達(dá)檢測靜止物體效果不好、角分辨率也低，所以目前成像雷達(dá)更多還是在對傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)進(jìn)行替代。
但目前并沒有一款能夠真正規(guī)模落地的4D成像毫米波雷達(dá)產(chǎn)品。
楚詠焱介紹，這其中面臨著兩個難題。
首先是車企對4D毫米波雷達(dá)的需求并不明確。
汽車零部件企業(yè)研發(fā)產(chǎn)品時大多是需求導(dǎo)向，但目前車企并不確定在L3級自動駕駛車輛中，到底是哪個功能，需要4D成像毫米波雷達(dá)，或者僅需要輸出點(diǎn)云的4D毫米波雷達(dá)。
“另外至于諸如AVP、HWP（高速自動駕駛）、TJP（中低速自動駕駛）等自動駕駛功能，對4D成像毫米波雷達(dá)的分辨率要求到底有多高，是1°還是2°，目前都還沒有一個準(zhǔn)確的定義。”
還有就是在4D成像毫米波雷達(dá)方面，雖然它能輸出更多點(diǎn)，但目前的毫米波系統(tǒng)廠商并沒有想清楚，“輸出這些點(diǎn)之后，我到底要干什么”。
原本毫米波雷達(dá)只輸出帶有距離、速度信息的目標(biāo)，但當(dāng)4D成像毫米波雷達(dá)還額外提供了具有方位角信息的點(diǎn)，企業(yè)究竟要利用這一特征達(dá)到何種感知目的，目前業(yè)內(nèi)也并沒有明確的方案。
第二大難點(diǎn)則是現(xiàn)下業(yè)內(nèi)并沒有專門針對4D成像毫米波雷達(dá)的測試設(shè)備，行業(yè)的生態(tài)鏈并不成熟。
廠商們只能利用傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的測試設(shè)備，來驗(yàn)證其4D成像毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的性能。
但問題是，諸如目標(biāo)模擬器這樣的傳統(tǒng)測試設(shè)備，其分辨率并不高，無法驗(yàn)證4D成像毫米波雷達(dá)的分辨率是否達(dá)到了1°或者零點(diǎn)幾度。
“我們只能靠上路，用真值系統(tǒng)，用激光雷達(dá)去做比對。但這樣的話，如果產(chǎn)品的一些基礎(chǔ)性能出了問題，比如天線設(shè)計(jì)，我們根本沒有辦法在實(shí)驗(yàn)室里檢測出來，做不了前端測試，無法形成一個完整的研發(fā)閉環(huán)?！?/p>
但4D成像毫米波雷達(dá)趨勢已不可逆轉(zhuǎn)，比如北汽集團(tuán)投資了Arbe，其副總經(jīng)理陳江此前曾表示，北汽集團(tuán)車型有望搭載Arbe量產(chǎn)后的4D成像毫米波雷達(dá)產(chǎn)品，比如上汽也早在去年就宣布已在其R汽車搭載了4D成像毫米波雷達(dá)，再比如Magna與Fisker將在2022年底推出的Fisker Ocean車型，也將搭載4D成像毫米波雷達(dá)等等。
郄建軍也向新智駕表示，其4D毫米波雷達(dá)已經(jīng)拿到了多家主機(jī)廠的項(xiàng)目定點(diǎn)。
“今年我們看到幾家主機(jī)廠都準(zhǔn)備上車4D成像毫米波雷達(dá)，這就跟幾年前的激光雷達(dá)一樣，一旦有領(lǐng)軍企業(yè)大規(guī)模上4D成像毫米波雷達(dá)了，后邊的企業(yè)就會迅速跟進(jìn)。”郄建軍表示。
至于4D成像毫米波雷達(dá)生態(tài)鏈的構(gòu)建，包括楚航科技在內(nèi)的諸多企業(yè)，都在一起去構(gòu)建行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，比如雷達(dá)的性能要求以及試驗(yàn)方法等等。
“大家都在往4D成像毫米波雷達(dá)這個方向看，雖然發(fā)展的路線有所不同，但我覺得1-2年內(nèi)，行業(yè)會形成一個簡單的標(biāo)準(zhǔn)，也會有落地的嘗試?！?/p>
楚詠焱預(yù)測，4D成像毫米波雷達(dá)要想形成一個標(biāo)準(zhǔn)化、可規(guī)模量產(chǎn)的產(chǎn)品，估計(jì)還需要3-5年。
這或許也是為什么Mobileye在今年的CES上，花了更多的筆墨和時間去強(qiáng)調(diào)4D成像毫米波雷達(dá)的重要性。
回到前文Mobileye提出的，他們將在2025年推出可單獨(dú)在雷達(dá)/激光雷達(dá)上行駛的AV方案，即屆時AV車輛僅需一個前向激光雷達(dá)和360°全包覆車身的毫米波雷達(dá)即可。
這意味著，4D成像毫米波雷達(dá)將成為自動駕駛車輛的主傳感器。
這種方案可行嗎？
楚詠焱認(rèn)為可行，但由于毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)對顏色以及二維物體的感知都比較弱，因此這一方案可行的前提，則是車輛能做到車路協(xié)同，以準(zhǔn)確感知車身周圍的環(huán)境。
不過攝像頭、激光雷達(dá)抑或4D成像毫米波雷達(dá)，究竟誰能成為未來智能駕駛車輛的主傳感器，或許還是要看具體場景，根據(jù)不同的功能和需求配置不同的方案。
楚詠焱表示，比如對于ADAS功能來說，主流的標(biāo)準(zhǔn)化4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)品，3發(fā)4收就已足夠，對于L3級的功能，12發(fā)16收的4D成像毫米波雷達(dá)產(chǎn)品則就能滿足車輛的感知需求。
而當(dāng)車輛需要提升到L4級或者L5級的水平，比如礦山、港口，這些場景對價(jià)格并不那么敏感，各家廠商就可以根據(jù)自己的需求，選擇激光雷達(dá)或者4D成像毫米波雷達(dá)，做差異化布局。
比如長城汽車曾推出的一款無人物流小車，就沒有使用激光雷達(dá)，而是搭載了5個（1個主雷達(dá)+4個角雷達(dá)）4D成像毫米波雷達(dá)。
不同傳感器各有優(yōu)劣，智能駕駛車輛的感知方案也遠(yuǎn)未固定。
對于4D成像毫米波雷達(dá)來說，要想長期生存，當(dāng)下最重要的，或許還是要先解決是否能夠規(guī)模上車的問題。
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