L3級自動駕駛近了，4D毫米波雷達(dá)火了

日前，北京發(fā)放無人化載人示范應(yīng)用通知書，允許在北京市高級別自動駕駛示范區(qū)60平方公里范圍內(nèi)，向公眾提供“主駕位無安全員、副駕有安全員”的自動駕駛服務(wù)。這一政策不僅讓北京成為全國首個(gè)開啟乘用車無人化運(yùn)營試點(diǎn)的城市，也進(jìn)一步推動了自動駕駛技術(shù)的應(yīng)用與落地。不過，自動駕駛的實(shí)現(xiàn)除政策層面的支持外，也離不開硬件系統(tǒng)的支撐。隨著“方向盤后無人”出行服務(wù)被漸次有條件放行，將有更多新技術(shù)被應(yīng)用到自動駕駛汽車上，其中4D毫米波雷達(dá)就被越來越多廠商看好，其商用化進(jìn)程或?qū)㈤_啟“加速”模式。

2023年搭載量將突破百萬顆

4D毫米波雷達(dá)并非一項(xiàng)陌生的新技術(shù)。2020年3月，谷歌旗下Waymo公司發(fā)布第五代自動駕駛系統(tǒng)感知方案，將毫米波雷達(dá)升級為4D成像雷達(dá)，使得4D毫米波雷達(dá)技術(shù)首次應(yīng)用于車端。2021年華為入局，推出高分辨率4D毫米波雷達(dá)，并計(jì)劃于2022年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將4D毫米波雷達(dá)推上一個(gè)熱議的高峰。

近來，隨著L3自動駕駛乘用車輛上路的嘗試逐漸展開，4D毫米波雷達(dá)的關(guān)注度再次升溫。恩智浦全球資深副總裁、大中華區(qū)主席李廷偉表示，當(dāng)前中國的自動駕駛滲透率和商業(yè)化步伐正在加速，新的風(fēng)口正在形成，一方面，L2+級別的自動駕駛規(guī)模量產(chǎn)不斷猛增，并逐步向L3級過渡；另一方面，高級自動駕駛的商業(yè)化應(yīng)用也正在干線物流、港口、礦山等特定場合逐步展開。在自動駕駛多點(diǎn)開花的背后，作為感知層的重要組成，車載毫米波雷達(dá)也從幕后站到了聚光燈下，成為備受關(guān)注的熱點(diǎn)。

高工智能汽車研究院數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)市場L2+及以上新車毫米波雷達(dá)搭載率有望在2025年突破50%。同時(shí)，4D毫米波雷達(dá)將從2022年年初開始小規(guī)模前裝導(dǎo)入，預(yù)計(jì)到2023年搭載量有機(jī)會突破百萬顆，到2025年占全部前向毫米波雷達(dá)的比重有望超過40%。

毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)、車載攝像頭等硬件設(shè)備一起擔(dān)負(fù)著采集車輛周邊交通環(huán)境數(shù)據(jù)的使命，通過數(shù)據(jù)采集可以讓自動駕駛汽車“看”清楚路況，從而根據(jù)周圍環(huán)境隨時(shí)做出決策，確保安全駕駛。與激光雷達(dá)、攝像頭相比，毫米波雷達(dá)具備全天候探測能力，即使在雨雪、塵霧等惡劣環(huán)境條件下依舊可以正常工作，再加上可以直接測量距離、速度、角度等，成為自動駕駛中重要的傳感設(shè)備之一。

但毫米波雷達(dá)也存在一些固有的缺陷，包括不具備測“高度”的能力，這使其很難判斷前方靜止物體是在地面還是在空中，在遇到井蓋、減速帶、立交橋、交通標(biāo)識牌等地面、空中物體時(shí)，無法準(zhǔn)確測得物體的高度數(shù)據(jù)，如果將這樣的數(shù)據(jù)交給自動駕駛汽車，將使得自動駕駛汽車出現(xiàn)頻繁剎車的情況。對此，為升科科技股份有限公司CTO蔡青翰指出，4D毫米波雷達(dá)在原有的距離、速度、方向數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，加上了對目標(biāo)的高度分析。這使得4D毫米波雷達(dá)有望彌補(bǔ)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的短板，將第4個(gè)維度整合到傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)中，更好地了解和繪制環(huán)境地圖，讓測到的交通數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)。

華域汽車系統(tǒng)股份有限公司電子分公司技術(shù)中心執(zhí)行總監(jiān)石磊總結(jié)4D雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢，可以用三個(gè)“高”來形容：高度探測、超高靈敏度與高分辨率。這將彌補(bǔ)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的許多問題。

中金公司認(rèn)為，4D成像雷達(dá)能夠全方位提升毫米波雷達(dá)性能，有望使毫米波雷達(dá)成為ADAS系統(tǒng)中的核心傳感器之一，是毫米波雷達(dá)未來發(fā)展的重要方向。

廠商加速布局4D毫米波雷達(dá)

隨著L3自動駕駛乘用車輛上路的嘗試漸次展開，越來越多的廠商開始在4D毫米波雷達(dá)上發(fā)力。

近日，恩智浦宣布，業(yè)界首款專用16nm毫米波雷達(dá)處理器S32R45將于上半年開始首次用于客戶量產(chǎn)。恩智浦同時(shí)還表示，正在開發(fā)一款能夠支持L2+的毫米波雷達(dá)處理器S32R41。

車載毫米波雷達(dá)的核心器件主要包括單片微波集成電路和雷達(dá)數(shù)字信號處理器等，其中雷達(dá)數(shù)字信號處理器主要用于對毫米波雷達(dá)的中頻信號進(jìn)行數(shù)字處理?！坝辛诉@些處理器，使我們能夠支持很多毫米波雷達(dá)的用例，比如近距離的環(huán)境測繪，同時(shí)也可以進(jìn)一步支持中距離環(huán)境感知，以及300米以外的遠(yuǎn)距離感知。有了這三合一的用例，相信我們能夠在未來幾年推動L2+以上乘用車大規(guī)模采用毫米波雷達(dá)技術(shù)?！倍髦瞧秩蚋笨偛谩DAS產(chǎn)品線總經(jīng)理Steffen Spannagel表示。

英特爾旗下的Mobileye也在積極推進(jìn)4D毫米波雷達(dá)的開發(fā)應(yīng)用。Mobileye首席執(zhí)行官Amnon Shashua在今年CES演講中強(qiáng)調(diào)了4D成像毫米波雷達(dá)在汽車中的應(yīng)用場景。他表示：“到2025年，除了在汽車正面，其他地方我們只想要毫米波雷達(dá)，不想要激光雷達(dá)?！?/p>

在Mobileye的計(jì)劃中，到2025年將推出基于毫米波雷達(dá)/激光雷達(dá)的消費(fèi)級自動駕駛車輛方案，汽車搭載雷達(dá)-LiDAR子系統(tǒng)，屆時(shí)車輛僅需安裝一個(gè)前向激光雷達(dá)，同時(shí)外加360 全包覆車身的毫米波雷達(dá)，即可實(shí)現(xiàn)自動駕駛?cè)蝿?wù)。

或?qū)⑻娲す饫走_(dá)？

那么，4D毫米波雷達(dá)是否有可能取代激光雷達(dá)呢？有分析指出，4D毫米波雷達(dá)的成本與傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)相近，性能方面可以媲美低線束激光雷達(dá)，更符合當(dāng)下的量產(chǎn)需求。

激光雷達(dá)的劣勢很明顯，那就是大霧、雨雪天氣效果差，并且無法獲得外界圖像。蔡青翰表示，如果激光雷達(dá)在能見度只有0.1公里的大霧環(huán)境中操作，它幾乎沒有辦法進(jìn)行偵測。如果激光雷達(dá)在大雨的環(huán)境中操作，偵測距離就會衰減50%左右。而實(shí)測4D毫米波雷達(dá)結(jié)果顯示，就算遇到下雨天氣，4D毫米波雷達(dá)的偵測范圍還是可以達(dá)到300米，這是4D毫米波雷達(dá)比激光雷達(dá)更適合做自動駕駛車傳感器的重要原因。

“如果開啟自動駕駛模式在高速公路上走的時(shí)候，突然一陣大雨，自動駕駛功能就失效了，這是不可接受的?！辈糖嗪舱f。相比而言，4D毫米波雷達(dá)繼承了傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)全天候抗干擾的優(yōu)勢，并且不受光線、煙霧、灰塵、霧霾的影響，在夜晚、雨雪等環(huán)境下都能正常工作，適應(yīng)性更強(qiáng)。

Steffen Spannagel則認(rèn)為：“自動駕駛技術(shù)無法依靠單一的傳感器一統(tǒng)天下。根據(jù)我們對市場的理解，沒有一刀切的傳感器，因?yàn)槭袌鲇泻芏嗉?xì)分領(lǐng)域，而且自動駕駛級別也不同，我們認(rèn)為攝像頭和雷達(dá)會共存，因?yàn)樗鼈兊膬?yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)性非常強(qiáng)。比較特殊的是激光雷達(dá)。我們認(rèn)為有很大的可能性，4D毫米波雷達(dá)的解決方案可以降低或取代激光雷達(dá)的使用。4D毫米波雷達(dá)現(xiàn)在還處于發(fā)展的早期，但我們相信未來它的性能會大大提升，并在理想情況下最終能夠取代激光雷達(dá)?！?/p>

多傳感融合是目前呼聲比較高的一種解決方案。有觀點(diǎn)認(rèn)為，多傳感融合是自動駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全冗余的關(guān)鍵，4D成像雷達(dá)顯然會在其中占據(jù)一席之地。至于是否會與激光雷達(dá)形成替代關(guān)系，尚需進(jìn)一步觀察。

與深度學(xué)習(xí)融合發(fā)展

目前的4D毫米波雷達(dá)處在市場啟動前的初期培育階段，產(chǎn)品技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間。針對其技術(shù)趨勢，南京隼眼電子科技有限公司CTO張慧認(rèn)為，隨著毫米波雷達(dá)往成像方向發(fā)展，一個(gè)明確的趨勢是，傳統(tǒng)純雷達(dá)信號處理正在向深度學(xué)習(xí)、人工智能方面的處理發(fā)展，這將對雷達(dá)和計(jì)算平臺提出更高的要求?！澳壳霸?D毫米波雷達(dá)上，已經(jīng)有些企業(yè)在做相關(guān)的探索了，就是OTA（Over the Air Technology，空中下載技術(shù)）方式的自動演進(jìn)，或者說是人工智能的演進(jìn)學(xué)習(xí)能力。比如在特斯拉車上，基于視頻感知的能力，包括自動駕駛在內(nèi)，它已經(jīng)可以做到自動地演進(jìn)。未來，當(dāng)毫米波雷達(dá)不斷向成像上發(fā)展后，其自學(xué)習(xí)、自演進(jìn)的能力，一定是未來的發(fā)展趨勢?！?/p>

石磊強(qiáng)調(diào)，多傳感器融合是毫米波雷達(dá)等設(shè)備的發(fā)展方向。目前毫米波雷達(dá)發(fā)展到4D雷達(dá)或4片級聯(lián)雷達(dá)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有走到毫米波雷達(dá)所能達(dá)到的高度。過去毫米波雷達(dá)最大的缺點(diǎn)是分辨率不足，所以廠商花了很多精力和代價(jià)提高它的分辨率。當(dāng)分辨率達(dá)到一定程度以后，繼續(xù)通過更多芯片級聯(lián)提高分辨率，其邊際收益已經(jīng)不是那么高了。此時(shí)更突出的問題是動態(tài)范圍的不足。以目前4片級聯(lián)技術(shù)來看，動態(tài)范圍還有很大提升的空間。若想在車上做出更好的、更能實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的傳感器，這些方面的提升具有更明確和強(qiáng)烈的需求。

除了應(yīng)用于自動駕駛之外，4D毫米波雷達(dá)也在快速向智能交通領(lǐng)域拓展，這涉及車路協(xié)同，即“聰明的車”和“智慧的路”的協(xié)同，這里的協(xié)同不一定只是通過通信獲得，未來也可能通過感知技術(shù)進(jìn)行協(xié)同。針對這一點(diǎn)，業(yè)界正在聯(lián)合開展相關(guān)的探索。（記者陳炳欣）