4D成像雷達(dá)將替代激光雷達(dá)，成為自動(dòng)駕駛的核心部件

（文章來(lái)源：蓋世汽車）

自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)需要感知層、決策層以及執(zhí)行層的各系統(tǒng)相互配合，通過(guò)感知層的環(huán)境信息和車內(nèi)信息的采集處理，傳遞給決策層，決策層依據(jù)獲取的信息進(jìn)行判斷決策，再反饋到執(zhí)行層來(lái)執(zhí)行任務(wù)。因而自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)的第一步就是感知。目前L2、L3級(jí)別自動(dòng)駕駛主要使用激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)以及攝像頭作為傳感器來(lái)接收信息。

攝像頭測(cè)距能力不足且易受極端天氣、光線等因素的影響，因而通常會(huì)搭配毫米波雷達(dá)使用。但是這種方案分辨率較低，且獲取數(shù)據(jù)不夠豐富。激光雷達(dá)雖然可以彌補(bǔ)上述問(wèn)題但是成本高昂限制了大規(guī)模應(yīng)用。在這種情況下，很多公司在思考如何為自動(dòng)駕駛提供更強(qiáng)的感知能力。其中Waymo、Arbe、Echodyne是這一領(lǐng)域的先行者，他們最新研制了4D成像雷達(dá)，以彌補(bǔ)毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)的不足。

通常情況下，雷達(dá)是對(duì)能散發(fā)電磁波的物體進(jìn)行探測(cè)。這種物體叫做散射體，分為點(diǎn)散熱體和分布散熱體。雷達(dá)通過(guò)接收散熱體發(fā)出的信息來(lái)收集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給決策層。但是，在觀測(cè)目標(biāo)周圍往往不止有一個(gè)散熱體，比如雜波就是分布在目標(biāo)周圍的分布散熱體。雷達(dá)需要在雜波等信息中提取到有用信息。

在目前已有的方案中，毫米波雷達(dá)比攝像頭和激光雷達(dá)優(yōu)越的條件在于，可以適應(yīng)各種極端天氣。但是缺點(diǎn)也是顯而易見的，那就是對(duì)雜波的處理能力較弱，同時(shí)無(wú)法遠(yuǎn)距離定位目標(biāo)信息，分辨率較低。毫米波雷達(dá)的低分辨率以及識(shí)別能力的缺陷，導(dǎo)致其會(huì)對(duì)過(guò)多信息產(chǎn)生誤報(bào)。也就是說(shuō)，如果雷達(dá)無(wú)法提升對(duì)雜波的處理能力，就會(huì)造成重大漏報(bào)隱患，從而帶來(lái)安全問(wèn)題。

事實(shí)上，雜波所提供的信息越多，對(duì)于做出正確的決策越有利。但前提是，感知器需要有探知到一定區(qū)域內(nèi)所有目標(biāo)的能力。因此超高水平的垂直和水平分辨率是很重要的。為了提高分辨率以及更準(zhǔn)確的接收信息，一些自動(dòng)駕駛公司研發(fā)了4D成像雷達(dá)。與攝像頭和激光雷達(dá)相比，4D成像雷達(dá)能在任何條件下工作，甚至是霧、暴雨、漆黑及空氣污染等各種惡劣天氣和環(huán)境條件下也能提供最高可靠性的探測(cè)。

市面上的雷達(dá)一般擁有12個(gè)信道（3發(fā)4收），而4D成像雷達(dá)采用 2300 個(gè)通道 (48 發(fā)射* 48 接收)。信道陣列可以提供1°方位角分辨率和2°仰角分辨率，探測(cè)最遠(yuǎn)距離為300 米，測(cè)距精度在10-30厘米，在寬闊的視野下和遠(yuǎn)程范圍內(nèi)能夠同時(shí)追蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)。并能捕捉可顯示物體相對(duì)汽車是靠近還是遠(yuǎn)離的多普勒頻移，這能夠滿足更高汽車自動(dòng)化級(jí)別的要求。

此外，4D成像雷達(dá)在成本上比激光雷達(dá)有優(yōu)勢(shì)。目前，要實(shí)現(xiàn)傳感器套件的批量生產(chǎn)，成本應(yīng)該低于1000美元以下，但是當(dāng)前一些處于測(cè)試階段的車輛所使用的元件和系統(tǒng)成本甚至是這個(gè)價(jià)格的100倍。而據(jù)了解，使用4D成像雷達(dá)所用的成本，只相當(dāng)于使用激光雷達(dá)上的一個(gè)單元件的成本，因此其可以幫助制造商實(shí)現(xiàn)降低成本的目標(biāo)。

2020年的CES上，全球毫米波雷達(dá)巨頭海拉宣布戰(zhàn)略投資傲酷，并建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。而在此之前的一個(gè)月，全球雷達(dá)芯片巨頭英飛凌也宣布和傲酷進(jìn)行戰(zhàn)略合作，利用傲酷的4D成像雷達(dá)技術(shù)大幅提升其針對(duì)L2/3 ADAS量身定制的77G單芯片解決方案的角分辨率性能。據(jù)悉，在普通硬件水平的基礎(chǔ)上，傲酷可以依靠軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬雷達(dá)孔徑，模擬出許多倍天線，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云成像并極大提高角分辨率。

傲酷的4D成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在靜止對(duì)靜止檢測(cè)、低速移動(dòng)、高速移動(dòng)的情況下，對(duì)周邊的車輛、行人（含橫穿車輛、行人）等高清全息探測(cè)。同時(shí)，四個(gè)FOV120角度雷達(dá)，可以形成360度環(huán)視點(diǎn)云，探測(cè)半徑可達(dá)200米。4D成像點(diǎn)云技術(shù)可以極大地提升雷達(dá)性能。常用的角雷達(dá)、前向雷達(dá)和車路協(xié)同感知雷達(dá)，在此技術(shù)的加持下，都能以全新的面貌出現(xiàn)。

2019年12月，以色列公司Vayyar完成D輪1.09億美元融資。Vayyar專注于雷達(dá)技術(shù)的研發(fā)，此輪融資目的是開拓其4D成像雷達(dá)技術(shù)。Vayyar的4D成像雷達(dá)技術(shù)主要通過(guò)成像系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC），在單顆芯片上集成了72個(gè)發(fā)射器和72個(gè)接收器，覆蓋了3 GHz~81 GHz雷達(dá)和成像頻段。憑借集成的大內(nèi)存高性能DSP，Vayyar的傳感器無(wú)需任何外部CPU執(zhí)行復(fù)雜的成像算法。

通過(guò)使用寬帶無(wú)線電波，Vayyar的傳感器可以穿透不同類型的材料，并能在任何天氣或光照條件下運(yùn)行，使其理想地適用于汽車和工業(yè)市場(chǎng)。以色列另一家研發(fā)4D成像雷達(dá)技術(shù)的公司是Arbe。同年12月，Arbe獲得了來(lái)自北京汽車集團(tuán)產(chǎn)業(yè)投資有限公司、源清資本等機(jī)構(gòu)的投資。

Arbe 開發(fā)了自己的4D成像雷達(dá) RFIC 芯片。該芯片是業(yè)界首創(chuàng)的基于22nm射頻CMOS工藝的產(chǎn)品。RFIC芯片搭配了自研算法和原創(chuàng)天線設(shè)計(jì)，可以提供比原來(lái)的圖像精細(xì)100倍的圖像精度，因而能夠區(qū)分大小不同的目標(biāo)。其分辨率達(dá)到了1°方位角和2°仰角，視野寬度達(dá)到100°方位角和30°仰角，可在長(zhǎng)達(dá)300米的范圍內(nèi)以每秒30幀(接近實(shí)時(shí))同時(shí)追蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)。

Arbe CEO Kobi Marenko 認(rèn)為，未來(lái)4D成像雷達(dá)可讓自動(dòng)駕駛汽車完全擺脫對(duì)激光雷達(dá)的需要，其也將從冗余升級(jí)為自動(dòng)駕駛的核心部件。Waymo、蓋茨基金會(huì)也相繼投入這一賽道，加速自動(dòng)駕駛的落地。

4D成像雷達(dá)具有高分辨率，可以在任何極端環(huán)境下獲取到有效信息，彌補(bǔ)毫米波雷達(dá)的缺陷。同時(shí)，在成本上比激光雷達(dá)要低，更具有量產(chǎn)的可能性。目前不論是巨頭公司，還是初創(chuàng)企業(yè)，都紛紛入局4D成像雷達(dá)這一領(lǐng)域，并且獲得了資本的支持。也有主機(jī)廠開始與他們合作，推進(jìn)4D成像雷達(dá)的落地。隨著技術(shù)的技術(shù)以及合作的推進(jìn)，4D成像雷達(dá)可能會(huì)逐漸替代掉激光雷達(dá)，成為自動(dòng)駕駛的核心部件。
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