亮點不少、價格不詳，還是那個問題：你買嗎？
作者 | 田哲
毫米波雷達此前被認為是輔助駕駛的核心，在L3及以上自動駕駛系統(tǒng)中應用始終有限。
在4D毫米波雷達出現后，這一局面或將改變，端倪顯現于相關企業(yè)近期紛紛接觸、采用4D毫米波雷達方案。
剛剛，上汽R汽車在深圳大運中心發(fā)布了一款新車：ES33。
這款車配備英偉達DRIVE AGX Orin算力芯片，算力達到500-1000+TOPS。
相比同級競品，它的最大賣點之一是搭載了中國區(qū)首發(fā)的PREMIUM 4D毫米波雷達。
據悉，這款車目前在上海臨港工廠制造，將于2022年上市。
4D毫米波雷達在業(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駕駛感知系統(tǒng)中將會搭載4D毫米波雷達。
特斯拉軟件黑客“green”曾在Model 3中發(fā)現名為“Phoenix”的新雷達選項，后證明為一款4D毫米波雷達。
華為在去年北京車展上透露正在研發(fā)4D毫米波雷達。
以上種種信息透露這一名為“4D毫米波雷達”的陌生物種正吸引自動駕駛行業(yè)目光。
那么，4D毫米波雷達是何物？它將對自動駕駛產生何種影響？未來是否能夠全面替代激光雷達？
4D毫米波雷達的崛起
所謂4D毫米波雷達，其實是傳統(tǒng)毫米波雷達的進化結果。
傳統(tǒng)毫米波雷達通過發(fā)射錐狀電磁波波束并檢測回波，以此判斷汽車車身與其他物體的相對距離、速度、角度及方位，再交由中央處理單元決策。
在探測范圍上，傳統(tǒng)毫米波雷達僅可探測距離、方位以及速度三個維度。由于其無法探測高度，搭載傳統(tǒng)毫米波雷達的車輛在行駛中時常因此導致事故。
2016年6月，美國俄亥俄州一名白人男子在使用搭載毫米波雷達的特斯拉Autopilot輔助駕駛時發(fā)生事故死亡。
特斯拉的官方描述對這起事故進行解釋：
當時 Model S 行駛在一條雙向、有中央隔離帶的公路上，自動駕駛處于開啟模式，此時一輛拖掛車以與 Model S 垂直的方向穿越公路。
在強烈的日照條件下，駕駛員和自動駕駛都未能注意到拖掛車的白色車身，因此未能及時啟動剎車系統(tǒng)。由于拖掛車正在橫穿公路，且車身較高，這一特殊情況導致 Model S 從掛車底部通過時，其前擋風玻璃與掛車底部發(fā)生撞擊。
目前，傳統(tǒng)毫米波雷達并非自動駕駛車輛中的主傳感器。但4D毫米波雷達出現后，自動駕駛汽車主傳感器或將易主。
4D毫米波雷達在原有距離、方位、速度的基礎上增加了對目標的高度維數據解析，能夠實現距“3D+速度”四個維度的信息感知，可以有效地解析目標的輪廓、類別、行為。
這意味著4D毫米波雷達系統(tǒng)可以適應更多復雜路況，包括識別較小的物體，被遮擋的部分物體以及靜止物體和橫向移動障礙物的檢測。
同時，4D毫米波雷達通過四種解決方案，還可解決傳統(tǒng)毫米波雷達角分辨率低、點云密度低等問題：
基于傳統(tǒng)CMOS雷達芯片，提供軟件虛擬雷達孔徑；
將多發(fā)多收天線集成在一顆芯片，直接提供成像雷達芯片；
將77GHz/79GHz的標準雷達芯片多芯片級聯；
通過超材料研發(fā)新型雷達架構。
先看軟件虛擬雷達孔徑，其核心在于通過軟件模擬，增大毫米波雷達的孔徑以提升角分辨率。
角分辨率即為雷達的指向精度。比如雷達指向精度0.01弧度（換算成角度就是0.6度），那么自動駕駛車輛可以在100米的距離獲得1米的分辨率。
在雷達中，角分辨率的高低與波長與孔徑大小有關。即波長越長，角分辨率越低，孔徑越大，分辨率越高。
傳統(tǒng)毫米波雷達大多為24GHz，波長較長且孔徑小，其特性注定角分辨率低。倘若擴展天線的尺寸或者增加天線的數量，可以提高雷達性能，但也會顯著增加成本、尺寸和功耗。
而4D毫米波雷達可通過虛擬孔徑成像軟件算法和天線設計，模擬數倍、甚至數十倍天線以提升角分辨率。
美國的4D成像雷達公司傲酷推出的商用4D成像雷達EAGLE，其搭載虛擬孔徑成像軟件可動態(tài)發(fā)送相位調制的自適應波形。
該波形可跟隨環(huán)境實時變化，并隨時間編碼數據，從而可雷達硬件的角分辨率最高提升達100倍。最終實現120°水平 / 30°縱向的寬視場中提供0.5°水平 x 1°縱向的角分辨率。
再看成像雷達芯片。
毫米波雷達根據點云密度由低至高可分為24GHz、77GHz、79GHz三種，其中24GHz為市場主流，77GHz及79GHz初入量產階段。
點云密度低意味著自動駕駛車輛在行駛中無法對周圍行人、車輛、樁桶點云成像，使得僅搭載毫米波雷達的車輛無法在復雜路段行駛。
而目前4D毫米波雷達普遍為77GHz及以上頻段，車輛可在行駛中達到類似激光點云的成像方式。
該技術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可通過獲取動態(tài)點云構建實時、高分辨率的四維可視化機艙和汽車外部環(huán)境。
其三是多芯片級聯。
芯片級聯可分為二級聯、四級聯、八級聯三種方法。通過將2個/4個/8個的3發(fā)4收的芯片聯為一體，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，必須通過四個芯片級聯、增加天線。但雷達硬件受成本、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)新型雷達架構。
通過在超材料表面上嵌入顯微結構，該結構可結合電磁波傳播技術，以此創(chuàng)建出比傳統(tǒng)電路要小很多的電路。
此類技術為代表的公司是metawave，其SPEKTRA雷達通過模擬波束并不斷轉向波束，可對350米以上的車輛和200米以上的行人進行檢測和分類。
4D毫米波雷達的四種方案，針對傳統(tǒng)毫米波雷達缺陷逐個擊破，以此拿到進入L3自動駕駛的門票。
4D毫米波雷達，自動駕駛的福音？
在主流的自動駕駛感知方案中，激光雷達憑借其高精度的成像能力始終占據著C位，一直有著難以替代的地位。
今年車規(guī)級激光雷達紛紛量產上車元年，更將其推向大眾市場。自年初起接連傳出小鵬、蔚來、本田、豐田雷克薩斯、長城等車企宣布將與激光雷達廠商聯合于2021年推出激光雷達量產車型。
據悉，車規(guī)級激光雷達大規(guī)模量產后，其研發(fā)成本已分攤降至數百美元。
長期扮演配角的毫米波雷達還有翻身當C位的機會嗎？
自動駕駛解決方案提供商Arbe 的 CEO Kobi Mrenko 曾對 GeekCr 表示，未來 4D 成像雷達可成為自動駕駛核心部件。
在他看來，Arbe 的 4D 毫米波雷達可在現有雷達有優(yōu)點的基礎上，通過四個維度感知環(huán)境，可提供比傳統(tǒng)毫米波雷達以及激光雷達更為豐富的數據。
搭載激光雷達或毫米波雷達的車輛在行駛中，主要以感知外部環(huán)境為主，而 4D 毫米波雷達還可感知汽車內部環(huán)境。
例如Vayyar推出的單片成像雷達可通過獲取點云構建實時、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、手勢控制、嬰兒檢測警報等功能。
根據部分毫米波雷達廠商公開的量產計劃顯示，4D毫米波車載雷達將于今年進入大規(guī)模量產階段，且成本與激光雷達一個單元件相當。
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毫米波雷達賽道，采用4D毫米波雷達或投資相關公司。
法國市場研究機構YoleDéveloppement預計，4D毫米波雷達將首先出現在豪華轎車和自動駕駛出租車上。
傲酷雷達亞太總裁郄建軍也表示，4D毫米波雷達未來將在L3及以上自動駕駛系統(tǒng)中將越發(fā)重要。
4D毫米波雷達的到來，或許能為L3級自動駕駛注入新的血液。
4D毫米波雷達將會替代激光雷達？
“如果4D毫米波雷達能近似激光雷達精度，價格便宜且探測距離遠，或將會替代激光雷達。”
在提起4D毫米波雷達時，一位激光雷達業(yè)內人士對新智駕表示。
從靜態(tài)層面來看，可能如此。若從動態(tài)實踐來看，或許不然。
Waymo的硬件主管SatishJeyachandran在發(fā)布搭載4D毫米波雷達的第五代自動駕駛感知系統(tǒng)后表示，目前沒有一種傳感器能夠獨自提供詳細的信息。
即使4D毫米波雷達能提供更為豐富的信息，但仍有缺陷。
4D毫米波雷達毫米波本質仍是傳統(tǒng)毫米波雷達，具有毫米波雷達的電磁特性。
首先，搭載4D毫米波雷達的車輛在行駛中，目標可能在行駛中因角度變化導致雷達測量數值不同。
數值產生變化意味著測量結果可能不準確，從而影響自動駕駛車輛決策失誤。
其次，4D毫米波雷達的動態(tài)范圍較高，同時移動目標散射的復雜性較高，可能使雷達圖像模糊從而影響4D毫米波雷達判斷物體。
雷達功能層面僅對穩(wěn)定跟蹤的目標響應，即使4D毫米波雷達檢測弱發(fā)射特性目標，并不表示能對其穩(wěn)定檢測甚至穩(wěn)定跟蹤。
例如行人等較弱小目標波動較大，4D毫米波雷達對其輪廓的描述隨時間變化而不穩(wěn)定，須通過多幀數據統(tǒng)計分析。
Arbe Robotics的首席執(zhí)行官兼聯合創(chuàng)始人KobiMarenko也認為，4D毫米波雷達不會替代激光雷達。
“4D毫米波雷達是所有傳感器中探測范圍較遠的，這使得它可能較先識別危險。然后，4D毫米波雷達可將攝像頭和激光雷達傳感器的探測引導到相關區(qū)域，這將大大提升自動駕駛的安全性。”
他進一步補充，4D毫米波雷達只是包括光學傳感器在內的汽車自動駕駛傳感器系統(tǒng)的一部分。
總 結
新舊技術的更迭，并非零和博弈的此消彼長，某時亦可取長補短。
如同誕生142年的鎢絲燈至今演化數種類型替代品，前者仍可走進千家萬戶。
本質上，4D毫米波雷達可配合激光雷達和攝像頭，以較低的成本促成行駛安全，
實現降本增效。
在Arbe Robotics的創(chuàng)始人Marenko看來，自動駕駛汽車傳感器成本低于1000美元，才能實現商業(yè)化。
或許在未來，擁有功能與激光雷達相差無幾，成本僅占其半分的4D毫米波雷達，能助力自動駕駛行業(yè)安全迅速應用落地。
屆時，行業(yè)普遍認為2025年實現自動駕駛商業(yè)化，或將加速到來。
