上一篇文章寫(xiě)了《從小鵬P7事故看智能駕駛的最后一道防線AEB（自動(dòng)緊急制動(dòng)）》點(diǎn)出了當(dāng)前影響智能駕駛以及AEB安全性能的因素其中很重要的一條是，傳感器的能力。例如當(dāng)前毫米波雷達(dá)的局限性，有很大的關(guān)系，無(wú)法感知靜止物體的感知，主要靠視覺(jué)攝像頭。而視覺(jué)感知就比較容易受環(huán)境光線以及AI樣本庫(kù)標(biāo)記豐富度影響。

所以當(dāng)前業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，理論上，激光雷達(dá)和4D成像毫米波雷達(dá)，都可以識(shí)別出障礙物的輪廓、類(lèi)別并進(jìn)行感知和預(yù)判。如果在現(xiàn)有的輔助駕駛系統(tǒng)上能再結(jié)合激光雷達(dá)或者4D成像毫米波雷達(dá)，就可以一定程度上補(bǔ)齊視覺(jué)攝像頭和毫米波雷達(dá)的短板。

我在之前寫(xiě)過(guò)智能駕駛傳感器激光雷達(dá)，攝像頭等系列傳感器文章，可以搜索歷史查看，今天我們來(lái)分享下有關(guān)4D毫米波雷達(dá)的相關(guān)知識(shí)，試著去解答以下問(wèn)題：

什么是4D毫米波雷達(dá)，他為什么叫4D和普通毫米波雷達(dá)有什么不同？

他背后的技術(shù)方案是什么樣的？，如何實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前主流的方案是？他的供應(yīng)鏈有哪些？

當(dāng)前有哪些品牌生產(chǎn)，價(jià)格怎么樣？未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)如何，能實(shí)現(xiàn)怎么樣的功能？

希望能給大家?guī)?lái)一些信息和啟發(fā)。

什么是4D毫米波雷達(dá)，他為什么叫4D和普通毫米波雷達(dá)有什么不同？

雷達(dá)，是一種利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。其基本原理是，雷達(dá)發(fā)射電磁波，電磁波到達(dá)目標(biāo)后反射，雷達(dá)的接收器收到回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、相對(duì)速度、方位等信息。

目前汽車(chē)毫米波雷達(dá)頻率分為24GHz（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)屬于厘米波雷達(dá)，但由于性能和毫米波雷達(dá)相似，通常歸為毫米波雷達(dá)）， 77GHz至79GHz三種頻段。但是根據(jù)2021年12月發(fā)布的《汽車(chē)?yán)走_(dá)無(wú)線電管理暫行規(guī)定》中，要求加強(qiáng)汽車(chē)?yán)走_(dá)無(wú)線電管理，將76－79GHz頻段規(guī)劃用于汽車(chē)?yán)走_(dá)，同時(shí)規(guī)定不再受理和審批24．25－26．65GHz頻段車(chē)載雷達(dá)無(wú)線電發(fā)射設(shè)備型號(hào)核準(zhǔn)申請(qǐng)。也就是說(shuō)，今后的新增的汽車(chē)毫米波雷達(dá)，只有76GHz－79GHz的了。

77Ghz毫米波雷達(dá)分辨率相對(duì)高，抗干擾性能強(qiáng)，探測(cè)性能好，尺寸較小，是目前ADAS系統(tǒng)中不可或缺的傳感器。

當(dāng)前汽車(chē)的毫米波雷達(dá)主要用于確定目標(biāo)和發(fā)射點(diǎn)的距離、相對(duì)速度、方位等信息，所以汽車(chē)普通的雷達(dá)也叫3D毫米波雷達(dá)。4D 毫米波雷達(dá)之所以稱為 4D，是因?yàn)樗粌H可以檢測(cè)物體的距離、相對(duì)速度和方位角（球坐標(biāo)系中的角度測(cè)量值），還可以檢測(cè)物體高于道路水平面的高度，這里不代表高度是第四維（4D），其實(shí)時(shí)間是第四維。4D毫米波雷達(dá)利用時(shí)間來(lái)確定高度相關(guān)的信息。

市面上量產(chǎn)的77GHz雷達(dá)，返回的是被測(cè)目標(biāo)的抽象圖像你可以認(rèn)為就是一團(tuán)深顏色的東西，他不像我們之前文章《智能駕駛要用多少個(gè)激光雷達(dá)？分別放在哪里？什么作用？》講的激光雷達(dá)能識(shí)別邊緣，所以它不能用于分類(lèi)，無(wú)法把環(huán)境周邊靜態(tài)的東西，例如樹(shù)，圍欄等等與停放的車(chē)輛和人區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此在高速公路上，算法對(duì)靜態(tài)物體進(jìn)行忽略，以防止車(chē)輛誤剎車(chē)。此外，對(duì)于自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)，重要參數(shù)是識(shí)別和過(guò)濾誤報(bào)。

而4D毫米波雷達(dá)由于擁有立體探測(cè)能力和一定的邊緣輪廓識(shí)別，可以濾除假警報(bào)，提供最佳的靈敏度。雷達(dá)使用最低的檢測(cè)閾值，即使是最微弱的噪聲也能被報(bào)告出來(lái)。后處理和跟蹤用于過(guò)濾隨機(jī)噪聲，而校準(zhǔn)方案允許達(dá)到極低的旁瓣水平。

4D毫米波雷達(dá)另外還能夠提供真實(shí)的路徑規(guī)劃，可以在300米以上的范圍內(nèi)創(chuàng)建道路的詳細(xì)圖像（類(lèi)似于激光雷達(dá)的點(diǎn)云），捕捉和識(shí)別汽車(chē)周?chē)矬w的大?。由线吘壍淖R(shí)別，這也就是為啥有人叫4D成像雷達(dá)）、位置和速度數(shù)據(jù)，這也就是為啥很多人覺(jué)得他擁有部分激光雷達(dá)的功能。

他背后的技術(shù)方案是什么樣的？如何實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前主流的方案是？他的供應(yīng)鏈有哪些？

4D 成像雷達(dá)的底層原理和普通毫米波雷達(dá)底層技術(shù)類(lèi)似，典型的雷達(dá)系統(tǒng)使用一組天線元件，每個(gè)元件都有一個(gè)寬波束。然后，他們可以通過(guò)稱為數(shù)字波束形成的過(guò)程以數(shù)字方式組合這些以創(chuàng)建窄波束陣列，從而提高最終圖像的分辨率。

3D 和 4D 雷達(dá)之間的區(qū)別在于這些天線元件的排列方式。3D 雷達(dá)系統(tǒng)具有水平排列的天線，而 4D 雷達(dá)具有水平和垂直排列的元件。

4D 雷達(dá)與基于兩到三個(gè)發(fā)射天線和三到四個(gè)接收天線的傳統(tǒng)雷達(dá)解決方案不同，為了提高分辨率映射車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境，4D 成像雷達(dá)利用多輸入多輸出 （MIMO） 多達(dá)48 天線陣列（未來(lái)可能更多）對(duì)其周?chē)h(huán)境進(jìn)行高分辨率映射。點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸出（表示對(duì)象的數(shù)據(jù)集）與寬方位仰角視場(chǎng) （FOV） 相結(jié)合，可針對(duì)橋下交通堵塞等情況提供更準(zhǔn)確的檢測(cè)和跟蹤。

毫米波激光雷達(dá)的一般核心零部件為收發(fā)器、一個(gè)內(nèi)部數(shù)字信號(hào)處理器 （DSP） 和一個(gè)用于實(shí)時(shí)信號(hào)處理的微控制器單元 （MCU），還有信號(hào)模擬芯片等。

4D毫米波雷達(dá)的技術(shù)和創(chuàng)新也是基于以上核心部件進(jìn)行，當(dāng)前共有三種主流技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)4D毫米波雷達(dá)的點(diǎn)云功能：

第一種是MIMO芯片級(jí)聯(lián)。傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片供應(yīng)商多采用基于77GHz／79GHz標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片的多級(jí)聯(lián)方式，從而提升功率和角分辨率。

大陸博世采埃孚等傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)供應(yīng)商均采用這種方案的雷達(dá)芯片實(shí)現(xiàn)4D成像毫米波雷達(dá)。

這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)線鏈和技術(shù)比較成熟，相對(duì)容易落地。弊端是雷達(dá)的尺寸大，不利于裝車(chē)，功耗特別大，散熱很難。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(huì)比較高。主流tier 1的傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)價(jià)格大約70－80美元，4D毫米波雷達(dá)的價(jià)格大約要到150－200美元。

第二種：通過(guò)將多發(fā)多收天線集中在一個(gè)芯片中，通過(guò)研發(fā)芯片組來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。這種方案其實(shí)與芯片級(jí)聯(lián)類(lèi)似，但是將天線，MMIC等進(jìn)一步集成至芯片級(jí)別，可以將雷達(dá)進(jìn)一步小型化。目前，該技術(shù)的代表公司主要有Ainstein、Arbe、Oculii、RFIsee、Vayyar、Aeres EM、Cognitive、Unhder等雷達(dá)新勢(shì)力。

Arbe公司基于格芯22FDX工藝自主開(kāi)發(fā)的雷達(dá)芯片組解決方案—“Phoenix”，尺寸僅拇指大小。Arbe的4D成像雷達(dá)目前的價(jià)格在300－400美元，Arbe公司預(yù)計(jì)，隨著市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和供應(yīng)鏈的成熟，未來(lái)可以降低到50美金左右。

第三種：通過(guò)使用自適應(yīng)超材料來(lái)解決上述問(wèn)題。所謂自適應(yīng)超材料，是將智能化引入材料的結(jié)構(gòu)中，以實(shí)現(xiàn)可編程功能。工程設(shè)計(jì)可以從被動(dòng)形式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)形式，以利用動(dòng)態(tài)和任意電磁（EM）波場(chǎng)來(lái)開(kāi)發(fā)可編程的超表面?？梢院?jiǎn)單理解為，這種材料能接受和響應(yīng)外部信息，自動(dòng)改變自身狀態(tài)，以適應(yīng)外部環(huán)境變化。該技術(shù)的代表公司主要包括MetaWave、EchoDyne等。

這種方案的優(yōu)勢(shì)是電路可以做到非常小，不過(guò)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(zhǎng)的時(shí)間要走。

當(dāng)前有哪些品牌生產(chǎn)，價(jià)格怎么樣？未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)如何？

4D毫米波雷達(dá)算是3D毫米波雷達(dá)的升級(jí)版。與激光雷達(dá)相比，首先4D毫米波雷達(dá)的成本上僅為激光雷達(dá)的10％－20％，其次，激光雷達(dá)存在一個(gè)缺陷：容易受到雨霧天氣變化的影響。而4D成像雷達(dá)就算遇到下雨天氣，偵測(cè)范圍還是可以達(dá)到300米。最后如我之前文章《通過(guò)廣州車(chē)展－看自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)》中介紹當(dāng)前激光雷達(dá)主流為MEMS方案其實(shí)內(nèi)部還是存在機(jī)械零部件所以，存在使用壽命等方面的擔(dān)心。

但是4D毫米波的點(diǎn)云數(shù)量是遠(yuǎn)少于激光雷達(dá)，僅僅相當(dāng)于8－16線的早期激光雷達(dá)，當(dāng)前激光雷達(dá)主流128線，所以從智能AI和精準(zhǔn)性方面來(lái)看激光雷達(dá)有他獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

所以，4D毫米波雷達(dá)一方面可以逐步取代傳統(tǒng)的3D毫米波雷達(dá)，另一方面可以作為激光雷達(dá)的補(bǔ)充或替代，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，4D毫米波雷達(dá)的滲透率會(huì)逐漸增加。

根據(jù)Yelo 的預(yù)測(cè)未來(lái)全球4D毫米波雷達(dá)的市場(chǎng)在2027年達(dá)35億美元。據(jù)中金公司預(yù)計(jì)，至2025年中國(guó)車(chē)載4D成像雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模在悲觀、中性、樂(lè)觀情況下有望分別達(dá)到1．9億美元、3．6億美元、5．4億美元。

當(dāng)然這個(gè)賽道上也是擠滿了人，和汽車(chē)新能源一樣，傳統(tǒng)巨頭們都在做例如Continental、Bosch、Hella、Denso、Aptiv 和 Veoneer，還有不少新勢(shì)力殺入例如Ainstein、Arbe、Oculii、RFIsee、Vayyar、Aeres EM、Cognitive、Unhder。中國(guó)也不少，例如華為，華域，福瑞泰克，森思泰克，縱目。還有創(chuàng)業(yè)的楚航科技，威孚科技。

所以通過(guò)以上發(fā)現(xiàn)，其實(shí)4D毫米波雷達(dá)大批量應(yīng)用的條件已經(jīng)具備，可以預(yù)見(jiàn)，接下來(lái)會(huì)大批量出現(xiàn)在我們?nèi)粘Ｊ褂玫钠?chē)上面，也會(huì)推高當(dāng)前智能駕駛汽車(chē)的功能和安全體驗(yàn)，助力智能汽車(chē)的發(fā)展。