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| 本文作者： 田哲 | 2021-03-19 09:33 |
毫米波雷達(dá)此前被認(rèn)為是輔助駕駛的核心，在L3及以上自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用始終有限。
在4D毫米波雷達(dá)出現(xiàn)后，這一局面或?qū)⒏淖?，端倪顯現(xiàn)于相關(guān)企業(yè)近期紛紛接觸、采用4D毫米波雷達(dá)方案。
剛剛，R汽車(chē)在深圳大運(yùn)中心發(fā)布了一款新車(chē)：ES33。
這款車(chē)配備英偉達(dá)DRIVE AGX Orin算力芯片，算力達(dá)到500-1000+TOPS。
相比同級(jí)競(jìng)品，它的最大賣(mài)點(diǎn)之一是搭載了中國(guó)區(qū)首發(fā)的PREMIUM 4D毫米波雷達(dá)。
據(jù)悉，這款車(chē)目前在上海臨港工廠制造，將于2022年上市。
4D毫米波雷達(dá)在業(yè)界也并非特別陌生的詞匯：
Waymo在2020年初宣布其第五代自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)中將會(huì)搭載4D毫米波雷達(dá)。
特斯拉軟件黑客“green”曾在Model 3中發(fā)現(xiàn)名為“Phoenix”的新雷達(dá)選項(xiàng)，后證明為一款4D毫米波雷達(dá)。
華為在去年北京車(chē)展上透露正在研發(fā)4D毫米波雷達(dá)。
以上種種信息透露這一名為“4D毫米波雷達(dá)”的陌生物種正吸引自動(dòng)駕駛行業(yè)目光。
那么，4D毫米波雷達(dá)是何物？它將對(duì)自動(dòng)駕駛產(chǎn)生何種影響？未來(lái)是否能夠全面替代激光雷達(dá)？
所謂4D毫米波雷達(dá)，其實(shí)是傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的進(jìn)化結(jié)果。
傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)通過(guò)發(fā)射錐狀電磁波波束并檢測(cè)回波，以此判斷汽車(chē)車(chē)身與其他物體的相對(duì)距離、速度、角度及方位，再交由中央處理單元決策。
在探測(cè)范圍上，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)僅可探測(cè)距離、方位以及速度三個(gè)維度。由于其無(wú)法探測(cè)高度，搭載傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的車(chē)輛在行駛中時(shí)常因此導(dǎo)致事故。
2016年6月，美國(guó)俄亥俄州一名白人男子在使用搭載毫米波雷達(dá)的特斯拉Autopilot輔助駕駛時(shí)發(fā)生事故死亡。
特斯拉的官方描述對(duì)這起事故進(jìn)行解釋：
當(dāng)時(shí) Model S 行駛在一條雙向、有中央隔離帶的公路上，自動(dòng)駕駛處于開(kāi)啟模式，此時(shí)一輛拖掛車(chē)以與 Model S 垂直的方向穿越公路。
在強(qiáng)烈的日照條件下，駕駛員和自動(dòng)駕駛都未能注意到拖掛車(chē)的白色車(chē)身，因此未能及時(shí)啟動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)。由于拖掛車(chē)正在橫穿公路，且車(chē)身較高，這一特殊情況導(dǎo)致 Model S 從掛車(chē)底部通過(guò)時(shí)，其前擋風(fēng)玻璃與掛車(chē)底部發(fā)生撞擊。
目前，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)并非自動(dòng)駕駛車(chē)輛中的主傳感器。但4D毫米波雷達(dá)出現(xiàn)后，自動(dòng)駕駛汽車(chē)主傳感器或?qū)⒁字鳌?/p>
4D毫米波雷達(dá)在原有距離、方位、速度的基礎(chǔ)上增加了對(duì)目標(biāo)的高度維數(shù)據(jù)解析，能夠?qū)崿F(xiàn)距“3D+速度”四個(gè)維度的信息感知，可以有效地解析目標(biāo)的輪廓、類別、行為。
這意味著4D毫米波雷達(dá)系統(tǒng)可以適應(yīng)更多復(fù)雜路況，包括識(shí)別較小的物體，被遮擋的部分物體以及靜止物體和橫向移動(dòng)障礙物的檢測(cè)。
同時(shí)，4D毫米波雷達(dá)通過(guò)四種解決方案，還可解決傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)角分辨率低、點(diǎn)云密度低等問(wèn)題：
基于傳統(tǒng)CMOS雷達(dá)芯片，提供軟件虛擬雷達(dá)孔徑；
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；
將77GHz/79GHz的標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片多芯片級(jí)聯(lián)；
通過(guò)超材料研發(fā)新型雷達(dá)架構(gòu)。
先看軟件虛擬雷達(dá)孔徑，其核心在于通過(guò)軟件模擬，增大毫米波雷達(dá)的孔徑以提升角分辨率。
角分辨率即為雷達(dá)的指向精度。比如雷達(dá)指向精度0.01弧度（換算成角度就是0.6度），那么自動(dòng)駕駛車(chē)輛可以在100米的距離獲得1米的分辨率。
在雷達(dá)中，角分辨率的高低與波長(zhǎng)與孔徑大小有關(guān)。即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，角分辨率越低，孔徑越大，分辨率越高。
傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)大多為24GHz，波長(zhǎng)較長(zhǎng)且孔徑小，其特性注定角分辨率低。倘若擴(kuò)展天線的尺寸或者增加天線的數(shù)量，可以提高雷達(dá)性能，但也會(huì)顯著增加成本、尺寸和功耗。
而4D毫米波雷達(dá)可通過(guò)虛擬孔徑成像軟件算法和天線設(shè)計(jì)，模擬數(shù)倍、甚至數(shù)十倍天線以提升角分辨率。
美國(guó)的4D成像雷達(dá)公司傲酷推出的商用4D成像雷達(dá)EAGLE，其搭載虛擬孔徑成像軟件可動(dòng)態(tài)發(fā)送相位調(diào)制的自適應(yīng)波形。
該波形可跟隨環(huán)境實(shí)時(shí)變化，并隨時(shí)間編碼數(shù)據(jù)，從而可雷達(dá)硬件的角分辨率最高提升達(dá)100倍。最終實(shí)現(xiàn)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。
再看成像雷達(dá)芯片。
毫米波雷達(dá)根據(jù)點(diǎn)云密度由低至高可分為24GHz、77GHz、79GHz三種，其中24GHz為市場(chǎng)主流，77GHz及79GHz初入量產(chǎn)階段。
點(diǎn)云密度低意味著自動(dòng)駕駛車(chē)輛在行駛中無(wú)法對(duì)周?chē)腥?、?chē)輛、樁桶點(diǎn)云成像，使得僅搭載毫米波雷達(dá)的車(chē)輛無(wú)法在復(fù)雜路段行駛。
而目前4D毫米波雷達(dá)普遍為77GHz及以上頻段，車(chē)輛可在行駛中達(dá)到類似激光點(diǎn)云的成像方式。
該技術(shù)的代表公司為以色列初創(chuàng)公司Vayyar，其推出的單片成像雷達(dá)可通過(guò)獲取動(dòng)態(tài)點(diǎn)云構(gòu)建實(shí)時(shí)、高分辨率的四維可視化機(jī)艙和汽車(chē)外部環(huán)境。
其三是多芯片級(jí)聯(lián)。
芯片級(jí)聯(lián)可分為二級(jí)聯(lián)、四級(jí)聯(lián)、八級(jí)聯(lián)三種方法。通過(guò)將2個(gè)/4個(gè)/8個(gè)的3發(fā)4收的芯片聯(lián)為一體，組成6發(fā)8收/12發(fā)16收/24發(fā)/32收芯片。
然而，此種傳統(tǒng)提高角分辨率的方式，只是簡(jiǎn)單堆砌更多芯片、更多天線。例如提高角分辨率到1度角，必須通過(guò)四個(gè)芯片級(jí)聯(lián)、增加天線。但雷達(dá)硬件受成本、尺寸、功耗的限制較大，較少公司采用此方法提高角分辨率。
最后是超材料研發(fā)新型雷達(dá)架構(gòu)。
通過(guò)在超材料表面上嵌入顯微結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可結(jié)合電磁波傳播技術(shù)，以此創(chuàng)建出比傳統(tǒng)電路要小很多的電路。
此類技術(shù)為代表的公司是Metawave，其SPEKTRA雷達(dá)通過(guò)模擬波束并不斷轉(zhuǎn)向波束，可對(duì)350米以上的車(chē)輛和200米以上的行人進(jìn)行檢測(cè)和分類。
4D毫米波雷達(dá)的四種方案，針對(duì)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)缺陷逐個(gè)擊破，以此拿到進(jìn)入L3自動(dòng)駕駛的門(mén)票。
在主流的自動(dòng)駕駛感知方案中，激光雷達(dá)憑借其高精度的成像能力始終占據(jù)著C位，一直有著難以替代的地位。
今年車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)紛紛量產(chǎn)上車(chē)元年，更將其推向大眾市場(chǎng)。自年初起接連傳出小鵬、蔚來(lái)、本田、豐田雷克薩斯、長(zhǎng)城等車(chē)企宣布將與激光雷達(dá)廠商聯(lián)合于2021年推出激光雷達(dá)量產(chǎn)車(chē)型。
據(jù)悉，車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)大規(guī)模量產(chǎn)后，其研發(fā)成本已分?jǐn)偨抵翑?shù)百美元。
長(zhǎng)期扮演配角的毫米波雷達(dá)還有翻身當(dāng)C位的機(jī)會(huì)嗎？
自動(dòng)駕駛解決方案提供商Arbe 的 CEO Kobi Mrenko 曾對(duì) GeekCr 表示，未來(lái) 4D 成像雷達(dá)可成為自動(dòng)駕駛核心部件。
在他看來(lái)，Arbe 的 4D 毫米波雷達(dá)可在現(xiàn)有雷達(dá)有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)四個(gè)維度感知環(huán)境，可提供比傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)更為豐富的數(shù)據(jù)。
搭載激光雷達(dá)或毫米波雷達(dá)的車(chē)輛在行駛中，主要以感知外部環(huán)境為主，而 4D 毫米波雷達(dá)還可感知汽車(chē)內(nèi)部環(huán)境。
例如Vayyar推出的單片成像雷達(dá)可通過(guò)獲取點(diǎn)云構(gòu)建實(shí)時(shí)、高分辨率的四維可視化座艙。該解決方案可提供安全帶提醒、手勢(shì)控制、嬰兒檢測(cè)警報(bào)等功能。
根據(jù)部分毫米波雷達(dá)廠商公開(kāi)的量產(chǎn)計(jì)劃顯示，4D毫米波車(chē)載雷達(dá)將于今年進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)階段，且成本與激光雷達(dá)一個(gè)單元件相當(dāng)。
除此之外，包括Cruise、海拉、英飛凌、通用、亞馬遜等品牌也紛紛押中4D毫米波雷達(dá)賽道，采用4D毫米波雷達(dá)或投資相關(guān)公司。
法國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)YoleDéveloppement預(yù)計(jì)，4D毫米波雷達(dá)將首先出現(xiàn)在豪華轎車(chē)和自動(dòng)駕駛出租車(chē)上。
傲酷雷達(dá)亞太總裁郄建軍也表示，4D毫米波雷達(dá)未來(lái)將在L3及以上自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中將越發(fā)重要。
4D毫米波雷達(dá)的到來(lái)，或許能為L(zhǎng)3級(jí)自動(dòng)駕駛注入新的血液。
“如果4D毫米波雷達(dá)能近似激光雷達(dá)精度，價(jià)格便宜且探測(cè)距離遠(yuǎn)，或?qū)?huì)替代激光雷達(dá)。”
在提起4D毫米波雷達(dá)時(shí)，一位激光雷達(dá)業(yè)內(nèi)人士對(duì)新智駕表示。
從靜態(tài)層面來(lái)看，可能如此。若從動(dòng)態(tài)實(shí)踐來(lái)看，或許不然。
Waymo的硬件主管SatishJeyachandran在發(fā)布搭載4D毫米波雷達(dá)的第五代自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)后表示，目前沒(méi)有一種傳感器能夠獨(dú)自提供詳細(xì)的信息。
即使4D毫米波雷達(dá)能提供更為豐富的信息，但仍有缺陷。
4D毫米波雷達(dá)毫米波本質(zhì)仍是傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)，具有毫米波雷達(dá)的電磁特性。
首先，搭載4D毫米波雷達(dá)的車(chē)輛在行駛中，目標(biāo)可能在行駛中因角度變化導(dǎo)致雷達(dá)測(cè)量數(shù)值不同。
數(shù)值產(chǎn)生變化意味著測(cè)量結(jié)果可能不準(zhǔn)確，從而影響自動(dòng)駕駛車(chē)輛決策失誤。
其次，4D毫米波雷達(dá)的動(dòng)態(tài)范圍較高，同時(shí)移動(dòng)目標(biāo)散射的復(fù)雜性較高，可能使雷達(dá)圖像模糊從而影響4D毫米波雷達(dá)判斷物體。
雷達(dá)功能層面僅對(duì)穩(wěn)定跟蹤的目標(biāo)響應(yīng)，即使4D毫米波雷達(dá)檢測(cè)弱發(fā)射特性目標(biāo)，并不表示能對(duì)其穩(wěn)定檢測(cè)甚至穩(wěn)定跟蹤。
例如行人等較弱小目標(biāo)波動(dòng)較大，4D毫米波雷達(dá)對(duì)其輪廓的描述隨時(shí)間變化而不穩(wěn)定，須通過(guò)多幀數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。
Arbe Robotics的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人KobiMarenko也認(rèn)為，4D毫米波雷達(dá)不會(huì)替代激光雷達(dá)。
“4D毫米波雷達(dá)是所有傳感器中探測(cè)范圍較遠(yuǎn)的，這使得它可能較先識(shí)別危險(xiǎn)。然后，4D毫米波雷達(dá)可將攝像頭和激光雷達(dá)傳感器的探測(cè)引導(dǎo)到相關(guān)區(qū)域，這將大大提升自動(dòng)駕駛的安全性?！?/p>
他進(jìn)一步補(bǔ)充，4D毫米波雷達(dá)只是包括光學(xué)傳感器在內(nèi)的汽車(chē)自動(dòng)駕駛傳感器系統(tǒng)的一部分。
新舊技術(shù)的更迭，并非零和博弈的此消彼長(zhǎng)，某時(shí)亦可取長(zhǎng)補(bǔ)短。
如同誕生142年的鎢絲燈至今演化數(shù)種類型替代品，前者仍可走進(jìn)千家萬(wàn)戶。
本質(zhì)上，4D毫米波雷達(dá)可配合激光雷達(dá)和攝像頭，以較低的成本促成行駛安全，實(shí)現(xiàn)降本增效。
在Arbe Robotics的創(chuàng)始人Marenko看來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)傳感器成本低于1000美元，才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
或許在未來(lái)，擁有功能與激光雷達(dá)相差無(wú)幾，成本僅占其半分的4D毫米波雷達(dá)，能助力自動(dòng)駕駛行業(yè)安全迅速應(yīng)用落地。
屆時(shí)，行業(yè)普遍認(rèn)為2025年實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛商業(yè)化，或?qū)⒓铀俚絹?lái)。
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