L3級自動(dòng)駕駛近了，4D毫米波雷達火了

日前，北京發(fā)放無(wú)人化載人示范應用通知書(shū)，允許在北京市高級別自動(dòng)駕駛示范區60平方公里范圍內，向公眾提供“主駕位無(wú)安全員、副駕有安全員”的自動(dòng)駕駛服務(wù)。這一政策不僅讓北京成為全國首個(gè)開(kāi)啟乘用車(chē)無(wú)人化運營(yíng)試點(diǎn)的城市，也進(jìn)一步推動(dòng)了自動(dòng)駕駛技術(shù)的應用與落地。不過(guò)，自動(dòng)駕駛的實(shí)現除政策層面的支持外，也離不開(kāi)硬件系統的支撐。隨著(zhù)“方向盤(pán)后無(wú)人”出行服務(wù)被漸次有條件放行，將有更多新技術(shù)被應用到自動(dòng)駕駛汽車(chē)上，其中4D毫米波雷達就被越來(lái)越多廠(chǎng)商看好，其商用化進(jìn)程或將開(kāi)啟“加速”模式。

2023年搭載量將突破百萬(wàn)顆

4D毫米波雷達并非一項陌生的新技術(shù)。2020年3月，谷歌旗下Waymo公司發(fā)布第五代自動(dòng)駕駛系統感知方案，將毫米波雷達升級為4D成像雷達，使得4D毫米波雷達技術(shù)首次應用于車(chē)端。2021年華為入局，推出高分辨率4D毫米波雷達，并計劃于2022年下半年實(shí)現量產(chǎn)，將4D毫米波雷達推上一個(gè)熱議的高峰。

近來(lái)，隨著(zhù)L3自動(dòng)駕駛乘用車(chē)輛上路的嘗試逐漸展開(kāi)，4D毫米波雷達的關(guān)注度再次升溫。恩智浦全球資深副總裁、大中華區主席李廷偉表示，當前中國的自動(dòng)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(dòng)駕駛規模量產(chǎn)不斷猛增，并逐步向L3級過(guò)渡；另一方面，高級自動(dòng)駕駛的商業(yè)化應用也正在干線(xiàn)物流、港口、礦山等特定場(chǎng)合逐步展開(kāi)。在自動(dòng)駕駛多點(diǎn)開(kāi)花的背后，作為感知層的重要組成，車(chē)載毫米波雷達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(chē)研究院數據顯示，國內市場(chǎng)L2+及以上新車(chē)毫米波雷達搭載率有望在2025年突破50%。同時(shí)，4D毫米波雷達將從2022年年初開(kāi)始小規模前裝導入，預計到2023年搭載量有機會(huì )突破百萬(wàn)顆，到2025年占全部前向毫米波雷達的比重有望超過(guò)40%。

毫米波雷達與激光雷達、車(chē)載攝像頭等硬件設備一起擔負著(zhù)采集車(chē)輛周邊交通環(huán)境數據的使命，通過(guò)數據采集可以讓自動(dòng)駕駛汽車(chē)“看”清楚路況，從而根據周?chē)h(huán)境隨時(shí)做出決策，確保安全駕駛。與激光雷達、攝像頭相比，毫米波雷達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(dòng)駕駛中重要的傳感設備之一。

但毫米波雷達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、交通標識牌等地面、空中物體時(shí)，無(wú)法準確測得物體的高度數據，如果將這樣的數據交給自動(dòng)駕駛汽車(chē)，將使得自動(dòng)駕駛汽車(chē)出現頻繁剎車(chē)的情況。對此，為升科科技股份有限公司CTO蔡青翰指出，4D毫米波雷達在原有的距離、速度、方向數據基礎上，加上了對目標的高度分析。這使得4D毫米波雷達有望彌補傳統毫米波雷達的短板，將第4個(gè)維度整合到傳統毫米波雷達中，更好地了解和繪制環(huán)境地圖，讓測到的交通數據更為精準。

華域汽車(chē)系統股份有限公司電子分公司技術(shù)中心執行總監石磊總結4D雷達技術(shù)的優(yōu)勢，可以用三個(gè)“高”來(lái)形容：高度探測、超高靈敏度與高分辨率。這將彌補傳統毫米波雷達的許多問(wèn)題。

中金公司認為，4D成像雷達能夠全方位提升毫米波雷達性能，有望使毫米波雷達成為ADAS系統中的核心傳感器之一，是毫米波雷達未來(lái)發(fā)展的重要方向。

廠(chǎng)商加速布局4D毫米波雷達

隨著(zhù)L3自動(dòng)駕駛乘用車(chē)輛上路的嘗試漸次展開(kāi)，越來(lái)越多的廠(chǎng)商開(kāi)始在4D毫米波雷達上發(fā)力。

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

車(chē)載毫米波雷達的核心器件主要包括單片微波集成電路和雷達數字信號處理器等，其中雷達數字信號處理器主要用于對毫米波雷達的中頻信號進(jìn)行數字處理?！坝辛诉@些處理器，使我們能夠支持很多毫米波雷達的用例，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米以外的遠距離感知。有了這三合一的用例，相信我們能夠在未來(lái)幾年推動(dòng)L2+以上乘用車(chē)大規模采用毫米波雷達技術(shù)?！倍髦瞧秩蚋笨偛?、ADAS產(chǎn)品線(xiàn)總經(jīng)理Steffen Spannagel表示。

英特爾旗下的Mobileye也在積極推進(jìn)4D毫米波雷達的開(kāi)發(fā)應用。Mobileye首席執行官Amnon Shashua在今年CES演講中強調了4D成像毫米波雷達在汽車(chē)中的應用場(chǎng)景。他表示：“到2025年，除了在汽車(chē)正面，其他地方我們只想要毫米波雷達，不想要激光雷達?！?/p>

在Mobileye的計劃中，到2025年將推出基于毫米波雷達/激光雷達的消費級自動(dòng)駕駛車(chē)輛方案，汽車(chē)搭載雷達-LiDAR子系統，屆時(shí)車(chē)輛僅需安裝一個(gè)前向激光雷達，同時(shí)外加360 全包覆車(chē)身的毫米波雷達，即可實(shí)現自動(dòng)駕駛任務(wù)。

或將替代激光雷達？

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

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

“如果開(kāi)啟自動(dòng)駕駛模式在高速公路上走的時(shí)候，突然一陣大雨，自動(dòng)駕駛功能就失效了，這是不可接受的?！辈糖嗪舱f(shuō)。相比而言，4D毫米波雷達繼承了傳統毫米波雷達全天候抗干擾的優(yōu)勢，并且不受光線(xiàn)、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，適應性更強。

Steffen Spannagel則認為：“自動(dòng)駕駛技術(shù)無(wú)法依靠單一的傳感器一統天下。根據我們對市場(chǎng)的理解，沒(méi)有一刀切的傳感器，因為市場(chǎng)有很多細分領(lǐng)域，而且自動(dòng)駕駛級別也不同，我們認為攝像頭和雷達會(huì )共存，因為它們的優(yōu)缺點(diǎn)互補性非常強。比較特殊的是激光雷達。我們認為有很大的可能性，4D毫米波雷達的解決方案可以降低或取代激光雷達的使用。4D毫米波雷達現在還處于發(fā)展的早期，但我們相信未來(lái)它的性能會(huì )大大提升，并在理想情況下最終能夠取代激光雷達?！?/p>

多傳感融合是目前呼聲比較高的一種解決方案。有觀(guān)點(diǎn)認為，多傳感融合是自動(dòng)駕駛技術(shù)實(shí)現安全冗余的關(guān)鍵，4D成像雷達顯然會(huì )在其中占據一席之地。至于是否會(huì )與激光雷達形成替代關(guān)系，尚需進(jìn)一步觀(guān)察。

與深度學(xué)習融合發(fā)展

目前的4D毫米波雷達處在市場(chǎng)啟動(dòng)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張慧認為，隨著(zhù)毫米波雷達往成像方向發(fā)展，一個(gè)明確的趨勢是，傳統純雷達信號處理正在向深度學(xué)習、人工智能方面的處理發(fā)展，這將對雷達和計算平臺提出更高的要求?！澳壳霸?D毫米波雷達上，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(dòng)演進(jìn)，或者說(shuō)是人工智能的演進(jìn)學(xué)習能力。比如在特斯拉車(chē)上，基于視頻感知的能力，包括自動(dòng)駕駛在內，它已經(jīng)可以做到自動(dòng)地演進(jìn)。未來(lái)，當毫米波雷達不斷向成像上發(fā)展后，其自學(xué)習、自演進(jìn)的能力，一定是未來(lái)的發(fā)展趨勢?！?/p>

石磊強調，多傳感器融合是毫米波雷達等設備的發(fā)展方向。目前毫米波雷達發(fā)展到4D雷達或4片級聯(lián)雷達，還遠遠沒(méi)有走到毫米波雷達所能達到的高度。過(guò)去毫米波雷達最大的缺點(diǎn)是分辨率不足，所以廠(chǎng)商花了很多精力和代價(jià)提高它的分辨率。當分辨率達到一定程度以后，繼續通過(guò)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(wèn)題是動(dòng)態(tài)范圍的不足。以目前4片級聯(lián)技術(shù)來(lái)看，動(dòng)態(tài)范圍還有很大提升的空間。若想在車(chē)上做出更好的、更能實(shí)現環(huán)境感知的傳感器，這些方面的提升具有更明確和強烈的需求。

除了應用于自動(dòng)駕駛之外，4D毫米波雷達也在快速向智能交通領(lǐng)域拓展，這涉及車(chē)路協(xié)同，即“聰明的車(chē)”和“智慧的路”的協(xié)同，這里的協(xié)同不一定只是通過(guò)通信獲得，未來(lái)也可能通過(guò)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(kāi)展相關(guān)的探索。（記者陳炳欣）