4D毫米波雷達(dá)，自動(dòng)駕駛未來(lái)趨勢(shì)

本文來(lái)源：智車科技

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目前自動(dòng)駕駛汽車感知的實(shí)現(xiàn)離不開安裝在車輛上的激光雷達(dá)、車載攝像頭、毫米波雷達(dá)等感知設(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)駕駛汽車能夠擁有甚至超越人類的眼睛，來(lái)感知周圍的世界為決策規(guī)劃模塊提供更加準(zhǔn)確、豐富的環(huán)境信息，從而讓自動(dòng)駕駛汽車可以安全駕駛。

傳感器硬件的堆疊，一方面可以讓自動(dòng)駕駛汽車可以更安全地在道路上行駛，但另一方面由于單個(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，從而讓自動(dòng)駕駛汽車能夠在任何情況下，獲得不亞于人類的感知精度及能力。而4D毫米波雷達(dá)的出現(xiàn)，將為自動(dòng)駕駛帶來(lái)革命性的改變。

1、什么是4D毫米波雷達(dá)

在自動(dòng)駕駛感知中，毫米波雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛中最重要的傳感器之一，是至關(guān)重要的一環(huán)。但由于不具備測(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)。而4D毫米波雷達(dá)的出現(xiàn)，將彌補(bǔ)這一問題，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，從而提供給決策規(guī)劃更多可依賴的信息。

2、4D毫米波雷達(dá)的解決方案

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)。同年，大陸集團(tuán)推出了首個(gè)4D毫米波雷達(dá)量產(chǎn)解決方案，并表示寶馬將成為首家搭載的車企。在2021CES上，4D毫米波雷達(dá)也聲勢(shì)不小，諸多廠商紛紛攜產(chǎn)品亮相，恩智浦、德州儀器、Mobileye等企業(yè)陸續(xù)推出或更新4D毫米波雷達(dá)方案。去年，安波福亮相了下一代L1～L3級(jí)自動(dòng)駕駛平臺(tái)，聲稱其傳感器套件就包含了4D毫米波雷達(dá)；采埃孚表示，從上汽集團(tuán)獲得4D毫米波雷達(dá)的生產(chǎn)訂單，2022年正式供貨；博世在中國(guó)市場(chǎng)首次對(duì)外推介第5代雷達(dá)至尊版，即4D毫米波雷達(dá)。

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。

目前4D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)在于角分辨率非常高，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)，有針對(duì)性地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的性能短板，不僅是3D的升維，也帶來(lái)了探測(cè)精度、靈敏度、分辨率和性能的全面升級(jí)，給予自動(dòng)駕駛更高的安全性，有望使毫米波雷達(dá)成為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的核心傳感器之一。

3、4D毫米波雷達(dá)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，4D毫米波雷達(dá)的規(guī)?；涞伛R上就要來(lái)了。在市場(chǎng)化方面，目前技術(shù)趨于成熟，有許多種創(chuàng)新的算法都在產(chǎn)品化過(guò)程中。不少車廠的新款車輛已有配裝的需求，其中自動(dòng)泊車、L3及以上級(jí)別自動(dòng)駕駛更是把4D成像作為剛需、事實(shí)上從去年開始，4D毫米波雷達(dá)已有很多產(chǎn)品裝車路測(cè)并準(zhǔn)備量產(chǎn)。

例如恩智浦宣布，業(yè)界首款專用16nm毫米波雷達(dá)處理器S32R45將于上半年開始首次用于客戶量產(chǎn)。英特爾旗下的Mobileye也在積極推進(jìn)4D毫米波雷達(dá)的開發(fā)應(yīng)用。Mobileye首席執(zhí)行官Amnon Shashua在今年CES演講中強(qiáng)調(diào)了4D成像毫米波雷達(dá)在汽車中的應(yīng)用場(chǎng)景。他表示：“到2025年，除了在汽車正面，其他地方我們只想要毫米波雷達(dá)，不想要激光雷達(dá)?！?在Mobileye的計(jì)劃中，到2025年將推出基于毫米波雷達(dá)／激光雷達(dá)的消費(fèi)級(jí)自動(dòng)駕駛車輛方案，汽車搭載雷達(dá)－LiDAR子系統(tǒng)，屆時(shí)車輛僅需安裝一個(gè)前向激光雷達(dá)，同時(shí)外加360 全包覆車身的毫米波雷達(dá)，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛?cè)蝿?wù)。

自動(dòng)駕駛技術(shù)無(wú)法依靠單一的傳感器一統(tǒng)天下以成為業(yè)內(nèi)共識(shí)。根據(jù)目前市場(chǎng)對(duì)于自動(dòng)駕駛的理解，沒有一刀切的傳感器，因?yàn)槭袌?chǎng)有很多細(xì)分領(lǐng)域，而且自動(dòng)駕駛級(jí)別也不同，最終極大可能攝像頭和雷達(dá)會(huì)共存，因?yàn)樗鼈兊膬?yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)性非常強(qiáng)。比較特殊的是激光雷達(dá)，筆者認(rèn)為有很大的可能性，4D毫米波雷達(dá)的解決方案可以降低或取代激光雷達(dá)的使用。4D毫米波雷達(dá)現(xiàn)在還處于發(fā)展的早期，但筆者相信未來(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(dá)?！?/p>

參考資料：

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       原文標(biāo)題 : 4D毫米波雷達(dá)——自動(dòng)駕駛未來(lái)趨勢(shì)