4D毫米波雷達(dá)平替激光雷達(dá)？這場誤會該解了

“4D毫米波雷達(dá)替代3D傳統(tǒng)雷達(dá)是一個絕對趨勢。”

作者 | 萬博

4D成像雷達(dá)，也就是我們常說的4D毫米波雷達(dá)，正在成為自動駕駛系統(tǒng)傳感器的“明日之星”。

不僅堅守多年純視覺路線的馬斯克在HW4.0中悄悄加入4D毫米波雷達(dá)，國內(nèi)的上汽飛凡R7、長安深藍(lán)SL03，以及馬上要上市的飛凡F7同樣都是4D毫米波雷達(dá)的擁躉者。

相比3D毫米波雷達(dá)，4D毫米波雷達(dá)可以在獲取目標(biāo)距離、速度以及水平角的基礎(chǔ)上，探測俯仰角（也就是高度）信息，從而輸出類似激光雷達(dá)的點(diǎn)云成像效果，同時其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于激光雷達(dá)。

基于此，也有人認(rèn)為，更便宜的4D毫米波雷達(dá)將成為激光雷達(dá)的“平替”。

而我們這篇文章要解答的，主要有這么幾個問題：

什么是4D毫米波雷達(dá)？目前量產(chǎn)應(yīng)用情況和市場格局如何？

當(dāng)然還有最重要的，4D毫米波雷達(dá)，是否真能讓激光雷達(dá)成為歷史？

01

什么樣的毫米波雷達(dá)，能讓馬斯克不得不用？

要了解4D毫米波雷達(dá)，我們需要先對毫米波雷達(dá)有個基本的了解。

所謂的毫米波雷達(dá)，就是一類使用天線發(fā)射波長1-10mm電磁波的雷達(dá)傳感器（也就是所謂的毫米波），其頻率范圍一般在24-300Ghz。

毫米波雷達(dá)的工作原理是，通過向外界發(fā)射電磁波，從而探測目標(biāo)的反射信號，根據(jù)發(fā)射和接收毫米波的時間差來推算探測目標(biāo)與信號發(fā)出點(diǎn)的相對距離。

根據(jù)多普勒效應(yīng)，毫米波雷達(dá)還能通過接收時間和頻率的變化，探測出與目標(biāo)之間的相對速度；通過并列接受天線的幾何距離，和同一個探測目標(biāo)反射波的相位差，計算出目標(biāo)的方位角，進(jìn)而就可以根據(jù)角度來確定目標(biāo)的具體方位。

距離、移動速度、水平角度，3個維度的信息，即3D毫米波雷達(dá)。

可見光、激光、毫米波同屬于電磁波。由于波長的不同，導(dǎo)致了物理層面有很大的差異。其中相比攝像頭和激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)至少具備3個方面的優(yōu)勢：

其一，全天候的工作能力。毫米波雷達(dá)發(fā)射的電磁波不管是白天還是夜晚，都不會因?yàn)楣饩€的問題影響探測效果，這一點(diǎn)是攝像頭無法做到的；

其二，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。這一點(diǎn)最明顯的體現(xiàn)是，對天氣的適應(yīng)能力。電磁波極強(qiáng)的穿透能力意味著，毫米波雷達(dá)無論是刮風(fēng)雨雪，還是霧霾風(fēng)塵，都能夠正常工作；

其三，毫米波雷達(dá)相對其他傳感器，具有在測距的同時測速的天然優(yōu)勢。而且對于距離超過300m的物體，也能形成穩(wěn)定的探測能力。

這么一說是不是還挺厲害的？但與之能力不相匹配的是，毫米波雷達(dá)在ADAS傳感器方案中的角色，始終是作為一個“冗余”出現(xiàn)。

之所以如此，是3D毫米波雷達(dá)在優(yōu)勢突出的同時，硬傷一樣不少，簡單來說，有2個最核心的問題：

首先，3D毫米波雷達(dá)因?yàn)樘炀€數(shù)有限，所以在分辨率上有著天然的劣勢，導(dǎo)致3D毫米波雷達(dá)很難勾勒出障礙物，尤其是小目標(biāo)的障礙物輪廓。

其次，是對靜態(tài)目標(biāo)的檢測能力有限。傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)沒有縱向天線排布，因此無法獲取目標(biāo)物的高度信息。也就是說，在毫米波雷達(dá)的“眼中”，懸空的交通指示牌和地面上的障礙物永遠(yuǎn)處在同一個水平線上。

這種情況造成的后果是，車輛對于障礙物的判斷容易出現(xiàn)問題，在該剎停的地方不剎停，不該剎停的地方頻繁剎車。

所以目前業(yè)界往往會將毫米波雷達(dá)某些檢測信息降低置信度，這也在無形中限制了毫米波雷達(dá)的能力上限。

而這些問題，隨著4D毫米波雷達(dá)的出現(xiàn)，有了解決的可行性。

所謂的4D毫米波雷達(dá)，就是比3D毫米波雷達(dá)多了一個“D”——俯仰角，也就是高度信息。雖然只多出一個維度，但對于毫米波雷達(dá)來說，其意義巨大。

要理解這一點(diǎn)，我們需要搞清楚4D毫米波雷達(dá)多出來的那個“D”，是如何實(shí)現(xiàn)的。目前來講，主要有3種方案：

1、級聯(lián)方案：就是簡單的做加法，通過級聯(lián)多個雷達(dá)芯片（MMIC芯片）來排布縱向天線，同時增加實(shí)體天線MIMO（虛擬通道數(shù)），從而達(dá)到提升分辨率和獲取高度信息的目的。

這種方法的優(yōu)勢在于，前期研發(fā)技術(shù)門檻比較低，做樣板比較容易。但比較考驗(yàn)量產(chǎn)和工程化能力，另外也會造成4D毫米波雷達(dá)體積大、功耗高等問題。

2、級聯(lián)+虛擬孔徑成像：這種方法是在級聯(lián)的基礎(chǔ)上，通過虛擬孔徑成像技術(shù)將物理天線虛擬出數(shù)十倍的天線數(shù)，以此來達(dá)到提高分辨率的目的。嚴(yán)格意義上來說，這種路線其實(shí)也屬于第一種，其差異主要在虛擬孔徑成像算法上。

3、集成芯片方案：簡單理解，就是將級聯(lián)方案中多個板子的天線全部集成到一塊芯片上，體積小的同時還能實(shí)現(xiàn)想要的效果。

福瑞泰克雷達(dá)產(chǎn)品線總工程師告訴《賽博汽車》，目前業(yè)內(nèi)主流技術(shù)路線是級聯(lián)方案。集成芯片方案在商業(yè)模式上比較封閉，目前主要是一些規(guī)模較小的公司在做。

但不管是哪種方案，其本質(zhì)都是一樣的，即在橫向天線排布的基礎(chǔ)上，增加縱向天線排布，從而讓4D毫米波雷達(dá)擁有俯仰角的探測能力，同時提升探測的精準(zhǔn)度。

其探測效果到底有多大不同，我們看下面這張圖：

對比之下，高下立現(xiàn)，4D毫米波的點(diǎn)云圖，每個點(diǎn)云上都帶有高度信息，且點(diǎn)云更加密集，成像結(jié)果更偏向激光雷達(dá)。

02

4D毫米波雷達(dá)，站在市場爆發(fā)前夕

從目前的情況來看，4D毫米波雷達(dá)量產(chǎn)上車的并不多，尚處在市場爆發(fā)前夕。

明確將4D毫米波雷達(dá)作為智駕方案特色和車型賣點(diǎn)的，是上汽旗下飛凡汽車。

去年九月份，飛凡R7正式上市，該車型搭載的飛凡自研智能駕駛系統(tǒng)Rising Pilot，最高搭載33顆傳感器，其中就包括兩顆全球首發(fā)量產(chǎn)，探測距離達(dá)到350米的采埃孚4D毫米波雷達(dá)（非全系搭載）。

飛凡第二款車型，馬上要上市的F7，4D毫米波雷達(dá)同樣有所搭載。

作為較早“吃螃蟹”的一家車企，飛凡應(yīng)用4D毫米波雷達(dá)的邏輯其實(shí)非常簡單。飛凡汽車首席科學(xué)家金杰盂在最近的一次飛凡OTA媒體溝通會上表示，4D毫米波雷達(dá)上車，其中有一個很重要的原因是4D毫米波雷達(dá)帶來的收益和成本。簡單來說，就是一個成本相對較低，且能夠?qū)崿F(xiàn)更好智駕體驗(yàn)的傳感器。

長安深藍(lán)SL03同樣也是4D毫米波雷達(dá)的擁躉者。去年7月，深藍(lán)SL03曝出的傳感器方案中，一顆4D毫米波雷達(dá)以前向雷達(dá)的角色出現(xiàn)，供應(yīng)商是國內(nèi)的雷達(dá)企業(yè)森斯泰克。

再往后看，熱度更高的恐怕要數(shù)前不久曝出的特斯拉HW4.0，從硬件拆解的情況來看，除了增加3個攝像頭接口之外，還多了一個4D毫米波雷達(dá)接口。

從應(yīng)用的角度來看，目前車企主要將4D毫米波雷達(dá)當(dāng)作前向或者后向的長距雷達(dá)，但往后看，福瑞泰克認(rèn)為，車輛對于多個4D毫米波雷達(dá)（比如說角雷達(dá)）的需求是存在的，并且這種搭載方案很快就能看到。

以上是車企應(yīng)用端，而在產(chǎn)業(yè)鏈的上游，4D毫米波雷達(dá)制造商的競爭則更加熱鬧。歸結(jié)起來可以總結(jié)為一句話：2021年之前，國外先發(fā)國內(nèi)跟隨，2021年之后，新老玩家混戰(zhàn)，差距趨近縮小。

需要承認(rèn)的是，最先布局4D毫米波雷達(dá)的，還是以國外的傳統(tǒng)Tier1為主。

2019年，以色列雷達(dá)供應(yīng)商Arbe率先發(fā)布車載4D毫米波雷達(dá)Phoenix，算是打出了這一賽道的第一顆子彈。據(jù)悉，特斯拉HW4.0采用的4D毫米波雷達(dá)，供應(yīng)商正是Phoenix。

次年，大陸集團(tuán)聯(lián)合賽靈思發(fā)布全球首個可量產(chǎn)的4D成像雷達(dá)ARS540，4D毫米波雷達(dá)的競爭加速，在那之后，博世、采埃孚、安波福等Tier1巨頭紛紛下場推出自己的產(chǎn)品。

如果說2021年之前國內(nèi)玩家都還在觀望或者說論證階段，那在2021年之后，國內(nèi)玩家的主旋律就變成了奮起直追，劍指量產(chǎn)落地。

以福瑞泰克為例，其4D毫米波雷達(dá)投入實(shí)質(zhì)性研發(fā)布局較早。去年年底，福瑞泰克4D毫米波雷達(dá)FVR40基本實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)的狀態(tài)，預(yù)計今年第一季度完成上車搭載。

據(jù)悉，F(xiàn)VR40采取雙芯片級聯(lián)的技術(shù)方案，角分辨率和水平分辨率均小于1°，探測距離超過300米。

除此之外，華為、華域、楚航科技、禾賽等企業(yè)也都密集布局4D毫米波雷達(dá)，從進(jìn)展來看，大部分都站在量產(chǎn)前夕。

不過在技術(shù)差距上，行業(yè)雷達(dá)專家坦言，國內(nèi)玩家的技術(shù)能力，距離頭部的國際大廠，還有一定差距。

市場規(guī)模方面，據(jù)高工智能汽車研究院預(yù)計，2023年中國乘用車市場前裝4D毫米波雷達(dá)將突破百萬顆，到2025年4D成像雷達(dá)占全部前向毫米波雷達(dá)的比重有望超過40%。

國信證券預(yù)計，到2025年全球毫米波雷達(dá)市場規(guī)模將達(dá)到384億元，復(fù)合增長率為25.5%。

福瑞泰克雷達(dá)產(chǎn)品線總工程師表示，這樣的預(yù)期是合理的，同時他也表示，之后行業(yè)對于4D毫米波雷達(dá)的市場預(yù)期，“每半年就會更新一次”。

03

代替激光雷達(dá)，真的假的？

最后，我們回到題目，4D毫米波雷達(dá)，是否真的可以替代現(xiàn)在風(fēng)頭正熱的激光雷達(dá)？

業(yè)內(nèi)之所以有這樣的一種聲音出現(xiàn)，很大程度上是因?yàn)?D毫米波雷達(dá)在成本上僅有激光雷達(dá)的3成左右，但卻基本可以實(shí)現(xiàn)低線束激光雷達(dá)同等的探測效果。那隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，4D毫米波雷達(dá)或許可以在探測能力上追上激光雷達(dá)。

但真相是否果真如此？

就目前來看，這種說法并沒有得到業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可。

福瑞泰克雷達(dá)產(chǎn)品線總工程師認(rèn)為，每一種傳感器都有自己獨(dú)特的一個角色，未來實(shí)現(xiàn)更高級別的自動駕駛，這三種傳感器可能都要既能夠獨(dú)立的去完成絕大多數(shù)的功能，同時還要在更高的層面、更安全的層面上形成互補(bǔ)。

金杰盂也表達(dá)了類似的觀點(diǎn)，他表示，不同的傳感器沒有絕對的替代關(guān)系，比如在某個場景下，可能激光雷達(dá)的作用更大，但在另一個場景下，可能4D毫米波雷達(dá)會做得更好。

同時，從4D毫米波雷達(dá)的落地進(jìn)展上來講，替代激光雷達(dá)或許也只是一個臆想的結(jié)果。

4D毫米波雷達(dá)的探測能力只能與低線束激光雷達(dá)相比，但目前主流的車載激光雷達(dá)大多是96、128等高線束雷達(dá)。兩者的探測能力存在非常大的差別。

從成本的角度講，4D毫米波雷達(dá)的低成本優(yōu)勢并不絕對，畢竟激光雷達(dá)的成本也在一步一步壓縮的過程中。

除此之外，在4D毫米波雷達(dá)量產(chǎn)上車的過程中，仍然有一些問題需要去解決，比如政策層面缺乏國家標(biāo)準(zhǔn)，測試設(shè)備還不成熟，以及車企對4D毫米波雷達(dá)如何更好落地應(yīng)用也需要學(xué)習(xí)時間……

不過，金杰盂告訴《賽博汽車》，4D毫米波雷達(dá)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的3D毫米波雷達(dá)是一個絕對的趨勢，今天的技術(shù)發(fā)展肯定是往性價比更好的方向去走。

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       原文標(biāo)題 : 4D毫米波雷達(dá)平替激光雷達(dá)？這場誤會該解了