一文讀懂4D毫米波雷達(dá)

自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)加裝在車輛上的毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)及車載攝像頭等硬件設(shè)備，通過(guò)采集車輛周邊交通環(huán)境的數(shù)據(jù)，讓自動(dòng)駕駛汽車“看”清楚，從而能夠根據(jù)“看”到的環(huán)境隨時(shí)做出決策，讓自動(dòng)駕駛汽車可以安全駕駛。

硬件設(shè)備的加裝，讓自動(dòng)駕駛汽車可以更安全地在道路上行駛，由于單個(gè)硬件設(shè)備并不能獲得所有需求數(shù)據(jù)，且在很多極端環(huán)境下，硬件設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，如激光雷達(dá)在大霧、大雨等極端天氣下，測(cè)得數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)較大偏差；毫米波雷達(dá)不具備測(cè)高能力，難以判斷前方靜止物體是在地面還是在空中；車載攝像頭只能拍攝到2D平面圖像，即便通過(guò)深度學(xué)習(xí)的輔助，依舊無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)得周圍物體與自動(dòng)駕駛汽車之間的距離，因此自動(dòng)駕駛汽車需要不同的硬件設(shè)備同時(shí)工作，讓自動(dòng)駕駛汽車“看”得更清楚，獲得更多的道路數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在自動(dòng)駕駛汽車的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)發(fā)展模式，一種是以谷歌為主的通過(guò)加裝激光雷達(dá)等全硬件設(shè)備的自動(dòng)駕駛汽車，還有一種就是以特斯拉為主的以視覺(jué)算法來(lái)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)駕駛汽車。以谷歌為主的通過(guò)加裝激光雷達(dá)等全硬件設(shè)備的自動(dòng)駕駛汽車由于加裝的硬件設(shè)備，成本昂貴，很難實(shí)現(xiàn)商用化；而以特斯拉為主的以視覺(jué)算法來(lái)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)駕駛汽車，現(xiàn)階段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分交通下的自動(dòng)駕駛，但由于硬件設(shè)備的不足，讓自動(dòng)駕駛汽車不能完全“看”清路況，在出現(xiàn)諸如鬼探頭等狀況時(shí)，很難及時(shí)反應(yīng)。

隨著自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的不斷完善，更多新的技術(shù)將被應(yīng)用到自動(dòng)駕駛汽車上，其中4D毫米波雷達(dá)的出現(xiàn)，讓自動(dòng)駕駛汽車的商用化提上了日程。如前文所說(shuō)，毫米波雷達(dá)由于不具備測(cè)高的能力，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(shí)牌等地面、空中物體時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)得物體的高度數(shù)據(jù)，如果將這樣的數(shù)據(jù)交給自動(dòng)加斯汽車，將使得自動(dòng)駕駛汽車出現(xiàn)頻繁剎車的情況。

4D毫米波雷達(dá)的出現(xiàn)，將彌補(bǔ)這一問(wèn)題，4D毫米波雷達(dá)又稱為成像雷達(dá)，在原有的距離、速度、方向的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，加上了對(duì)目標(biāo)的高度分析，將第4個(gè)維度整合到傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)中，以更好地了解和繪制環(huán)境地圖，讓測(cè)到的交通數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)。早在2020年，特斯拉就曾宣布要在特斯拉汽車上增加一款4D傳感器技術(shù)，通過(guò)4D傳感器技術(shù)，將現(xiàn)有的工作范圍增加兩倍，以獲取更多的交通信息。

4D毫米波雷達(dá)可以有效解析測(cè)得目標(biāo)的輪廓、行為和類別，可以適應(yīng)更加復(fù)雜的道路，識(shí)別更多小物體，被遮擋部分的物體及靜止或橫向物體的監(jiān)測(cè)，從而可以精準(zhǔn)的了解車輛需要在什么情況下剎車，相對(duì)于3D毫米波雷達(dá)僅可以測(cè)量方位角、仰角和速度這3個(gè)數(shù)據(jù)，4D毫米波雷達(dá)可以獲得的數(shù)據(jù)則更多。

4D毫米波雷達(dá)最早是在2019年由以色列公司提出，2020年初，Waymo宣布在第五代自動(dòng)駕駛感知套件中推出4D毫米波雷達(dá)，國(guó)內(nèi)的4D毫米波雷達(dá)企業(yè)也正在快速成長(zhǎng)，4D毫米波雷達(dá)和傳統(tǒng)雷達(dá)一樣，在極端天氣條件下工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)極大的偏差，且增加了仰俯角之后，能夠形成點(diǎn)云圖像，這就意味著4D毫米波雷達(dá)不僅可以檢測(cè)到物體的距離、相對(duì)速度和方位角，還可以檢測(cè)到前方物體的垂直高度以及前方靜止和橫向移動(dòng)物體，這將補(bǔ)足傳統(tǒng)雷達(dá)對(duì)靜態(tài)目標(biāo)的檢測(cè)短板。

從價(jià)格上來(lái)說(shuō)，4D毫米波雷達(dá)也具有優(yōu)勢(shì)。目前4Dh毫米波雷達(dá)主要有2種技術(shù)方案，一種是4D毫米波雷達(dá)企業(yè)自主研發(fā)多通道陣列射頻芯片組、雷達(dá)處理器芯片和基于人工智能的后處理軟件算法。

另一種就是基于傳統(tǒng)雷達(dá)芯片供應(yīng)商的解決方案，通過(guò)多芯片極聯(lián)，或者軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)密集點(diǎn)云輸出及識(shí)別。

4D毫米波雷達(dá)的主要特點(diǎn)就是角分辨率非常高，前置4D毫米波雷達(dá)角分辨率可達(dá)1度方位角和2度俯仰角，當(dāng)加裝4D毫米波雷達(dá)的自動(dòng)駕駛汽車在探測(cè)道路信息時(shí)，可以直接探測(cè)到車輛周邊物體的輪廓。像是在道路信息比較豐富，如行人與車輛夾雜在一起時(shí)，4D毫米波雷達(dá)就可以直接對(duì)行人和車輛進(jìn)行識(shí)別，并可以判斷對(duì)應(yīng)物體的運(yùn)動(dòng)情況（是否運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向）。

4D毫米波雷達(dá)還可以探測(cè)到幾何形狀，比如在隧道場(chǎng)景中時(shí)，可以探測(cè)到隧道的長(zhǎng)度和寬度。4D毫米波雷達(dá)的出現(xiàn)，可以提高自動(dòng)駕駛汽車對(duì)道路信息的探測(cè)精度，獲取更多的信息以供自動(dòng)駕駛汽車做出行駛預(yù)判。4D毫米波雷達(dá)就像是給“近視”的自動(dòng)駕駛汽車配置了近視眼鏡，讓自動(dòng)駕駛汽車“看”的更清晰。由于毫米波雷達(dá)相對(duì)于激光雷達(dá)的成本低很多，從助力自動(dòng)駕駛汽車商用化落地這一方面考慮，4D毫米波雷達(dá)具有更大的成本優(yōu)勢(shì)，但是自動(dòng)駕駛的發(fā)展還是要立足于安全，在自動(dòng)駕駛汽車商用化前期，還是需要激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、車載攝像頭等多個(gè)硬件設(shè)備互為冗余、相互備份的，想要正直依靠某一款硬件設(shè)備來(lái)讓自動(dòng)駕駛汽車“看”清楚，還是很難的，且4D毫米波雷達(dá)還是研發(fā)初期，想要達(dá)到車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，還是需要很長(zhǎng)周期的開(kāi)發(fā)和測(cè)試，只有達(dá)到一定安全條件，可以使用到自動(dòng)駕駛汽車上后，才可以真正被使用。

智駕最前沿認(rèn)為，4D毫米波雷達(dá)無(wú)論是從成本上還是從工作條件上都是優(yōu)于激光雷達(dá)的，但是4D毫米波雷達(dá)真正在自動(dòng)駕駛汽車上的工作表現(xiàn)是否如設(shè)想的一樣還有待考證，4D毫米波雷達(dá)想要真正普及還有一段路要走，但屆時(shí)激光雷達(dá)的成本是否還是現(xiàn)在這樣昂貴也不太好說(shuō)，但不可否認(rèn)的是，自動(dòng)駕駛技術(shù)和框架已經(jīng)相當(dāng)成型，自動(dòng)駕駛商用化步伐將會(huì)越來(lái)越快。

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原文標(biāo)題:一文讀懂4D毫米波雷達(dá)