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進(jìn)入2021年，4D成像雷達(dá)突然站上風(fēng)口。先是上汽宣布將在R汽車首款旗艦車型ES33上使用4D成像雷達(dá)，隨后華為又在上海車展前發(fā)布了首款4D成像雷達(dá)，在兩家頂級公司的高調(diào)“帶貨”下，4D成像毫米波雷達(dá)的“走紅”勢頭大有蓋過激光雷達(dá)之勢。

不過傲酷雷達(dá)（Oculii）CMO&亞太區(qū)總裁郄建軍對于這種變化并不感到意外。在他看來4D成像雷達(dá)突然“大火”背后固然有上汽、華為這樣本身自帶話題屬性的企業(yè)推動，另一方面其實(shí)4D成像雷達(dá)正式商用的時機(jī)本身也成熟了。

傲酷雷達(dá)（Oculii）CMO&亞太區(qū)總裁 郄建軍

毫米波雷達(dá)邁進(jìn)4D成像時代

隨著高級自動駕駛的快速發(fā)展，對環(huán)境感知的需求越來越高，當(dāng)前無論攝像頭還是激光雷達(dá)都開始朝著具備更高分辨率的方向快速發(fā)展。

例如車載攝像頭，應(yīng)用初期分辨率主要是30萬像素，而現(xiàn)在L2車型已經(jīng)大量應(yīng)用200萬像素攝像頭，部分更高級別自動駕駛車型上采用的攝像頭分辨率達(dá)到了800萬像素，如蔚來ET7。激光雷達(dá)領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)更高的分辨率，相關(guān)企業(yè)也在紛紛著手高線束激光雷達(dá)的研發(fā)，并陸續(xù)投入應(yīng)用，車載激光雷達(dá)的線束從16線直接向300線固態(tài)進(jìn)展。

“在這樣的背景下，毫米波雷達(dá)必然也要作出改變，才能更好地順應(yīng)自動駕駛發(fā)展。” 郄建軍指出。這里他所言的“改變”即是指向4D成像雷達(dá)邁進(jìn)。

相較于普通毫米波雷達(dá)，4D毫米波雷達(dá)由于在傳統(tǒng)的探測距離、方位以及速度三個維度信息的基礎(chǔ)上，多出了高度一維信息，即具備測高能力，可以有效地解析空中的天橋、路牌，和地面的減速帶、金屬井蓋等目標(biāo)的輪廓、類別，進(jìn)而感知傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)無法識別的細(xì)小物體、靜止物體或者橫向移動的障礙物等。

傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)點(diǎn)云（左）和4D毫米波雷達(dá)點(diǎn)云（右），圖片來源：傲酷

不僅如此，在探測距離和點(diǎn)云密度上，4D成像雷達(dá)也有了大幅度的提升。據(jù)郄建軍介紹，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)FOV120度時的探測距離一般在200米以內(nèi)，但4D成像雷達(dá)在同樣視場角下，用于前向感知時，探測距離可達(dá)500米，而且雨雪霧塵全天候下，探測距離不受影響。同時，點(diǎn)云每個點(diǎn)都自帶多普勒速度。這些特點(diǎn)決定了在和高清攝像頭及激光雷達(dá)配合使用時，有其不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢， 甚至可在特定場景中取代激光雷達(dá)作為自動駕駛系統(tǒng)的主傳感器。

比如在長城汽車聯(lián)合傲酷雷達(dá)打造的無人物流小車上，就沒有使用激光雷達(dá)，而是直接搭載了5個（1個主雷達(dá)+4個角雷達(dá)）4D成像雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)對周邊360°低速或靜止行人、障礙物、小物體的識別跟蹤并避障，同時用4D成像雷達(dá)做了SLAM定位導(dǎo)航、Freespace等原來只能用激光雷達(dá)做的事情。郄建軍認(rèn)為，隨著ADAS和自動駕駛市場的高速發(fā)展，360度4D成像雷達(dá)配置將逐漸取代普通毫米波雷達(dá)的1R+4R，成為主流趨勢。

長城的無人物流小車，圖片來源：傲酷

而在此之前，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)雖然因抗干擾能力強(qiáng)、速度跟蹤敏感、可穿透雨霧塵、不受光線強(qiáng)度影響等特點(diǎn)，在ADAS領(lǐng)域占據(jù)了舉足輕重的地位。但由于其角度分辨率低，難以檢測橫穿和靜止目標(biāo)，在L3及以上級別的自動駕駛系統(tǒng)中，存在明顯的短板。

因?yàn)闊o法測高，不管地面的井蓋、還是空中的路牌、立交橋等，毫米波雷達(dá)都會默認(rèn)是地面障礙物，因此過去這些目標(biāo)很多都會直接被系統(tǒng)過濾以避免誤判引發(fā)事故。但實(shí)際應(yīng)用中不可避免會碰到這種情況，即地面上真正出現(xiàn)障礙物，而視覺系統(tǒng)又沒有檢測出來，這時就很容易引發(fā)事故，如特斯拉此前發(fā)生的撞上白色側(cè)翻貨車的案例就很典型。

“但是升級到了4D成像雷達(dá)之后，這項(xiàng)技術(shù)在L3及以上自動駕駛系統(tǒng)中將大有可為。特別是在城區(qū)L3、AVP、無人物流小車等應(yīng)用中，因?yàn)槔走_(dá)對速度特別敏感，對于人車混雜，摩托亂穿、鬼探頭等城區(qū)復(fù)雜場景十分實(shí)用，更重要的是，相較于激光雷達(dá)這項(xiàng)技術(shù)成本更低?！?郄建軍指出。“另外在車路協(xié)同場景中，通過與高清攝像頭的融合，特別適合用于對大規(guī)模復(fù)雜十字路口和高速場景實(shí)現(xiàn)全天候、全方位監(jiān)控和跟蹤。”

在郄建軍看來，以后低線束激光雷達(dá)沒有必要了，對于輔助駕駛系統(tǒng)來說，4D成像雷達(dá)+高清攝像頭就可以滿足絕大部分的應(yīng)用場景，而對于L3+自動駕駛，高線束激光雷達(dá)+4D成像雷達(dá)會成為標(biāo)配。

傲酷借助軟件打造低成本4D成像方案

盡管4D成像雷達(dá)今年才真正開始在汽車行業(yè)走熱，但其實(shí)這并不是一項(xiàng)新技術(shù)，傲酷早在2014年就開始入局4D成像雷達(dá)研發(fā)。但為什么直到現(xiàn)在才逐漸開始普及應(yīng)用呢？據(jù)郄建軍介紹，主要是因?yàn)榻欠直媛蚀蠓奶嵘蜏y高能力在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上很有難度。

在一般的4D雷達(dá)成像方案中，主要是依靠增加芯片、天線等硬件來實(shí)現(xiàn)，包括應(yīng)用4D成像雷達(dá)專用芯片，或采用基于77GHz/79GHz標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片的多級聯(lián)方式來實(shí)現(xiàn)。

像Arbe、Vayaar、Unhder等采用的方案就是將多發(fā)多收天線集中在一個芯片中，通過專門的4D毫米波雷達(dá)芯片實(shí)現(xiàn)同樣的功能。但由于這種方案天線太多，互相之間會干擾，噪聲很大，做成的4D成像雷達(dá)探測距離往往都不會很遠(yuǎn)，干擾難以去除，且角分辨率到了一定程度有天花板。比如Vayaar就主要聚焦于短距離場景，像座艙監(jiān)控、手勢識別等。

大陸集團(tuán)的ARS540毫米波雷達(dá)，則是將4片NXP的77GHz毫米波雷達(dá)收發(fā)器（即MMIC）MR3003級聯(lián)，每個MR3003是3發(fā)4收，4片就是12發(fā)16收，從而實(shí)現(xiàn)高達(dá)192個虛擬通道，提升分辨率。采埃孚的PREMIUM 4D長距離成像雷達(dá)也是將多個微波集成電路芯片級聯(lián)，實(shí)現(xiàn)192個通道。華為據(jù)悉則是將6片2發(fā)4收的收發(fā)器進(jìn)行級聯(lián)，實(shí)現(xiàn)12發(fā)24收。

“這樣做的弊端是什么呢？成品體積非常大，不易和整車集成，功耗特別大，散熱很難。做前雷達(dá)還好辦些，角雷達(dá)如此大尺寸根本沒法安裝使用。另外由于這些方案往往需要采用更多的芯片硬件，成本也會成倍增加?！?郄建軍表示。更何況依靠堆硬件或者改良硬件提升產(chǎn)品性能的方式其實(shí)總會有天花板。

“所以傲酷另辟蹊徑選擇從軟件著手，打造4D成像方案?！臂Ыㄜ娭赋觯量峤鉀Q方案很關(guān)鍵的一點(diǎn)在于使用了虛擬孔徑成像技術(shù)，即在不改變毫米波雷達(dá)原有硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件算法在MIMO天線基礎(chǔ)上再虛擬出10-100倍天線，從而極大地提升角分辨率和抗干擾性。并且隨著摩爾定律指數(shù)級增長，傲酷的自適應(yīng)虛擬AI軟件還可以讓4D成像雷達(dá)實(shí)現(xiàn)更高的角分辨率和更長的探測距離，同時更便宜。

傲酷虛擬孔徑成像技術(shù)的優(yōu)勢，圖片來源：傲酷

“如此一來，我們的產(chǎn)品相較于傳統(tǒng)雷達(dá)雖然性能指數(shù)級提升，但成本基本還在普通毫米波雷達(dá)的范圍。而且體積也更小?！?郄建軍表示?！八岳碚撋蟻碚f以后普通毫米波雷達(dá)將不存在了，都會升級為4D成像雷達(dá)。”

值得一提的是，傲酷的虛擬孔徑成像軟件平臺模塊化程度高，可以用在任何雷達(dá)硬件上以提高雷達(dá)性能，從而提供從高級駕駛輔助系統(tǒng)到全自動系統(tǒng)的可擴(kuò)展感知解決方案。正因?yàn)槿绱?，目前國?nèi)外已經(jīng)有多家Tier1就開發(fā)4D成像雷達(dá)與傲酷達(dá)成了合作。

其中海拉早在2020年初就與傲酷建立了戰(zhàn)略合作，并對傲酷進(jìn)行了投資，基于后者的虛擬孔徑成像技術(shù)聯(lián)合推進(jìn)4D成像雷達(dá)研發(fā)。據(jù)郄建軍透露，由兩家公司合作開發(fā)的4D成像雷達(dá)預(yù)計將于2024年推出，目前相關(guān)合作項(xiàng)目已經(jīng)獲得了歐美頂級OEM的認(rèn)可。

大規(guī)模商用將指日可待

對于毫米波雷達(dá)而言，4D成像雷達(dá)帶來的改變無疑是革命性的。正是看到這一點(diǎn)，除了傲酷、海拉，近幾年無論是大陸集團(tuán)、采埃孚、華域這樣的傳統(tǒng)零部件企業(yè)，還是華為、Arbe、Uhnder、Vayyar等新興玩家，也均在積極開展4D毫米波雷達(dá)的研發(fā)。

其中大陸集團(tuán)的首款4D毫米波雷達(dá)ARS540經(jīng)過幾年的研發(fā)，可能將于明年量產(chǎn)。該產(chǎn)品基于賽靈思Zynq UltraScale MPSoC平臺研發(fā)，采用了4芯片級聯(lián)的方式，最大探測距離為300米，水平視場角為±60度，能準(zhǔn)確對交通工具、行人以及基礎(chǔ)設(shè)施等進(jìn)行分類。

采埃孚的PREMIUM 4D長距離成像雷達(dá)也已斬獲上汽集團(tuán)訂單，將于2022年正式向上汽供貨，首款應(yīng)用車型是R汽車ES33。據(jù)了解，該款雷達(dá)分辨率是傳統(tǒng)汽車?yán)走_(dá)的16倍,可在350米范圍內(nèi)進(jìn)行全面的場景和物體探測。

華域的4D成像毫米波雷達(dá)近日也被曝預(yù)計在今年四季度具備量產(chǎn)能力。據(jù)悉該產(chǎn)品對于車輛等物體的探測距離可達(dá)300米、行人探測距離可達(dá)150米以上?！吧踔?80米外的一個易拉罐，我們的雷達(dá)都可以探測出來?！闭劶斑@款產(chǎn)品的性能，相關(guān)工作人員透露。在此過程中，華域汽車4D成像雷達(dá)并沒有跟隨國際廠商采用較為昂貴的FPGA方案，而是依靠雷達(dá)專用MCU實(shí)現(xiàn)4D成像功能。

與此同時，越來越的企業(yè)也開始認(rèn)可4D成像雷達(dá)的巨大潛力，像通用汽車、長城汽車、松下、亞馬遜、AutoX等國內(nèi)外知名主機(jī)廠、Tier1及自動駕駛公司就紛紛與傲酷展開了深度合作，面向無人駕駛出租車、無人物流小車、車路協(xié)同、AGV等L3/L4場景提供4D成像雷達(dá)。

為此傲酷規(guī)劃了四款產(chǎn)品，分別是角雷達(dá)FALCON、前向雷達(dá)EAGLE和RAPTOR，以及一款用于車路協(xié)同中路測單元的4D成像雷達(dá)。其中FALCON采用的是單芯片方案，角分辨率可以達(dá)到水平2°、縱向3-5°，探測距離為200米；EAGLE采用的是雙芯片非級聯(lián)方案，水平與縱向角分辨率均可實(shí)現(xiàn)1°以內(nèi)，探測距離可達(dá)500米；RAPTOR則是四芯片級聯(lián)方案，水平與縱向角分辨率均在0.1°以內(nèi)，探測距離超700米。

傲酷主要產(chǎn)品Falcon角雷達(dá)，圖片來源：傲酷

“現(xiàn)階段FALCON和EAGLE已經(jīng)開始小規(guī)模供貨，預(yù)計明年上半年會大規(guī)模車規(guī)量產(chǎn)，而RAPTOR計劃今年下半年出A樣?！臂Ыㄜ娭赋?，這意味著最快今年4D成像雷達(dá)將真正迎來量產(chǎn)，進(jìn)入規(guī)?；逃秒A段。