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進入2021年，4D成像雷達突然站上風口。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，隨后華為又在上海車展前發布了首款4D成像雷達，在兩家公司的高調“帶貨”下，4D成像毫米波雷達的“走紅”勢頭大有蓋過激光雷達之勢。
不過傲酷雷達(Oculii)CMO&亞太區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推動，另一方面其實4D成像雷達正式商用的時機本身也成熟了。
毫米波雷達邁進4D成像時代
隨著高級自動駕駛的快速發展，對環境感知的需求越來越高，當前無論攝像頭還是激光雷達都開始朝著具備更高分辨率的方向快速發展。
例如車載攝像頭，應用初期分辨率主要是30萬像素，而現在L2車型已經大量應用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到了800萬像素，如蔚來ET7。激光雷達領域，為了實現更高的分辨率，相關企業也在紛紛著手高線束激光雷達的研發，并陸續投入應用，車載激光雷達的線束從16線直接向300線固態進展。
“在這樣的背景下，毫米波雷達必然也要作出改變，才能更好地順應自動駕駛發展。”郄建軍指出。這里他所言的“改變”即是指向4D成像雷達邁進。
相較于普通毫米波雷達，4D毫米波雷達由于在傳統的探測距離、方位以及速度三個維度信息的基礎上，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、金屬井蓋等目標的輪廓、類別，進而感知傳統毫米波雷達無法識別的細小物體、靜止物體或者橫向移動的障礙物等。
不僅如此，在探測距離和點云密度上，4D成像雷達也有了大幅度的提升。據郄建軍介紹，傳統毫米波雷達FOV120度時的探測距離一般在200米以內，但4D成像雷達在同樣視場角下，用于前向感知時，探測距離可達500米，而且雨雪霧塵全天候下，探測距離不受影響。同時，點云每個點都自帶多普勒速度。這些特點決定了在和高清攝像頭及激光雷達配合使用時，有其不可替代的獨特優勢， 甚至可在特定場景中取代激光雷達作為自動駕駛系統的主傳感器。
比如在長城汽車聯合傲酷雷達打造的無人物流小車上，就沒有使用激光雷達，而是直接搭載了5個(1個主雷達+4個角雷達)4D成像雷達，實現對周邊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成像雷達做了SLAM定位導航、Freespace等原來只能用激光雷達做的事情。郄建軍認為，隨著ADAS和自動駕駛市場的高速發展，360度4D成像雷達配置將逐漸取代普通毫米波雷達的1R+4R，成為主流趨勢。
而在此之前，傳統毫米波雷達雖然因抗干擾能力強、速度跟蹤敏感、可穿透雨霧塵、不受光線強度影響等特點，在ADAS領域占據了舉足輕重的地位。但由于其角度分辨率低，難以檢測橫穿和靜止目標，在L3及以上級別的自動駕駛系統中，存在明顯的短板。
因為無法測高，不管地面的井蓋、還是空中的路牌、立交橋等，毫米波雷達都會默認是地面障礙物，因此過去這些目標很多都會直接被系統過濾以避免誤判引發事故。但實際應用中不可避免會碰到這種情況，即地面上真正出現障礙物，而視覺系統又沒有檢測出來，這時就很容易引發事故，如特斯拉此前發生的撞上白色側翻貨車的案例就很典型。
“但是升級到了4D成像雷達之后，這項技術在L3及以上自動駕駛系統中將大有可為。特別是在城區L3、AVP、無人物流小車等應用中，因為雷達對速度特別敏感，對于人車混雜，摩托亂穿、鬼探頭等城區復雜場景十分實用，更重要的是，相較于激光雷達這項技術成本更低。”郄建軍指出。“另外在車路協同場景中，通過與高清攝像頭的融合，特別適合用于對大規模復雜十字路口和高速場景實現全天候、多方位監控和跟蹤。”
在郄建軍看來，以后低線束激光雷達沒有必要了，對于輔助駕駛系統來說，4D成像雷達+高清攝像頭就可以滿足絕大部分的應用場景，而對于L3+自動駕駛，高線束激光雷達+4D成像雷達會成為標配。
傲酷借助軟件打造低成本4D成像方案
盡管4D成像雷達今年才真正開始在汽車行業走熱，但其實這并不是一項新技術，傲酷早在2014年就開始入局4D成像雷達研發。但為什么直到現在才逐漸開始普及應用呢？據郄建軍介紹，主要是因為角分辨率大幅的提升和測高能力在技術實現上很有難度。
在一般的4D雷達成像方案中，主要是依靠增加芯片、天線等硬件來實現，包括應用4D成像雷達專用芯片，或采用基于77GHz/79GHz標準雷達芯片的多級聯方式來實現。
像Arbe、Vayaar、Unhder等采用的方案就是將多發多收天線集中在一個芯片中，通過專門的4D毫米波雷達芯片實現同樣的功能。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成像雷達探測距離往往都不會很遠，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，像座艙監控、手勢識別等。
大陸集團的ARS540毫米波雷達，則是將4片NXP的77GHz毫米波雷達收發器(即MMIC)MR3003級聯，每個MR3003是3發4收，4片就是12發16收，從而實現高達192個虛擬通道，提升分辨率。采埃孚的PREMIUM 4D長距離成像雷達也是將多個微波集成電路芯片級聯，實現192個通道。華為據悉則是將6片2發4收的收發器進行級聯，實現12發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。做前雷達還好辦些，角雷達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品性能的方式其實總會有天花板。
“所以傲酷另辟蹊徑選擇從軟件著手，打造4D成像方案。”郄建軍指出，傲酷解決方案很關鍵的一點在于使用了虛擬孔徑成像技術，即在不改變毫米波雷達原有硬件的基礎上，通過軟件算法在MIMO天線基礎上再虛擬出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級增長，傲酷的自適應虛擬AI軟件還可以讓4D成像雷達實現更高的角分辨率和更長的探測距離，同時更便宜。
“如此一來，我們的產品相較于傳統雷達雖然性能指數級提升，但成本基本還在普通毫米波雷達的范圍。而且體積也更小。”郄建軍表示。“所以理論上來說以后普通毫米波雷達將不存在了，都會升級為4D成像雷達。”
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，可以用在任何雷達硬件上以提高雷達性能，從而提供從高級駕駛輔助系統到全自動系統的可擴展感知解決方案。正因為如此，目前國內外已經有多家Tier1就開發4D成像雷達與傲酷達成了合作。
其中海拉早在2020年初就與傲酷建立了戰略合作，并對傲酷進行了投資，基于后者的虛擬孔徑成像技術聯合推進4D成像雷達研發。據郄建軍透露，由兩家公司合作開發的4D成像雷達預計將于2024年推出，目前相關合作項目已經獲得了OEM的認可。
大規模商用將指日可待
對于毫米波雷達而言，4D成像雷達帶來的改變無疑是革命性的。正是看到這一點，除了傲酷、海拉，近幾年無論是大陸集團、采埃孚、華域這樣的傳統零部件企業，還是華為、Arbe、Uhnder、Vayyar等新興玩家，也均在積極開展4D毫米波雷達的研發。
其中大陸集團的首款4D毫米波雷達ARS540經過幾年的研發，可能將于明年量產。該產品基于賽靈思Zynq UltraScale MPSoC平臺研發，采用了4芯片級聯的方式，最大探測距離為300米，水平視場角為±60度，能準確對交通工具、行人以及基礎設施等進行分類。
采埃孚的PREMIUM 4D長距離成像雷達也已斬獲上汽集團訂單，將于2022年正式向上汽供貨，首款應用車型是R汽車ES33。據了解，該款雷達分辨率是傳統汽車雷達的16倍,可在350米范圍內進行全面的場景和物體探測。
華域的4D成像毫米波雷達近日也被曝預計在今年四季度具備量產能力。據悉該產品對于車輛等物體的探測距離可達300米、行人探測距離可達150米以上。“甚至180米外的一個易拉罐，我們的雷達都可以探測出來。”談及這款產品的性能，相關工作人員透露。在此過程中，華域汽車4D成像雷達并沒有跟隨國際廠商采用較為昂貴的FPGA方案，而是依靠雷達專用MCU實現4D成像功能。
與此同時，越來越的企業也開始認可4D成像雷達的巨大潛力，像通用汽車、長城汽車、松下、亞馬遜、AutoX等國內外有名主機廠、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、車路協同、AGV等L3/L4場景提供4D成像雷達。
為此傲酷規劃了四款產品，分別是角雷達FALCON、前向雷達EAGLE和RAPTOR，以及一款用于車路協同中路測單元的4D成像雷達。其中FALCON采用的是單芯片方案，角分辨率可以達到水平2°、縱向3-5°，探測距離為200米；EAGLE采用的是雙芯片非級聯方案，水平與縱向角分辨率均可實現1°以內，探測距離可達500米；RAPTOR則是四芯片級聯方案，水平與縱向角分辨率均在0.1°以內，探測距離超700米。
“現階段FALCON和EAGLE已經開始小規模供貨，預計明年上半年會大規模車規量產，而RAPTOR計劃今年下半年出A樣。”郄建軍指出，這意味著最快今年4D成像雷達將真正迎來量產，進入規模化商用階段。
(原標題：上汽、長城、華為等紛紛加持，4D成像雷達量產元年開啟)
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