4D成像雷達時代已至,為何這家創業企業可以率先量產?

去年下半年開始，全球雷射雷達業界進入高光時刻，多家初創公司高估值上市，多家頂級車廠發布前裝計劃，也讓業界對全車感知系統的整體期望值大幅提升。

目前的毫米波雷達顯然已經不能滿足主機廠對感知系統性能日益高漲的需求，也到了升級換代突破創新的時代，4D成像毫米波雷達正在加速走入市場。

去年，Waymo、大陸集團等公司都宣布推出了4D成像雷達，海拉也宣布與傲酷雷達（Oculii）建立戰略夥伴關係並且參與了戰略投資，將整合後者開發的4D高清成像雷達軟體方案，為主機廠提供4D高清成像雷達。最新消息顯示，雙方合作的4D成像雷達產品獲得了歐美多家頂級巨頭的深度合作。

另外傲酷雷達還與多家國內外知名Tier1、主機廠進行項目合作，在無人駕駛計程車、無人物流小車、車路協同、AVP、AGV等多個領域展開合作，據悉大部分項目將於2021年實現量產。

兩年前,業界對4D成像雷達技術與產品的量產前景有所質疑，隨著各大巨頭推出4D成像雷達產品並有了清晰的量產時間表，都表明這條技術路徑是可行的，產品有其獨特的優勢，開始獲得市場廣泛青睞。

2020年12月15-17日，在上海舉辦的2020（第四屆）高工智能汽車年會期間，傲酷雷達CMO&亞太區總裁郄建軍發表了《4D高清成像雷達的商用場景探索》的演講。

據介紹，傲酷雷達採用世界首創的虛擬孔徑成像（VAI）技術，在MIMO虛擬天線基礎上再虛擬出10-100倍天線實現4D高清成像，極大提升了毫米波雷達的橫向縱向角解析度、抗幹擾性等，並且產品和普通毫米波雷達的成本、尺寸、功耗等相當，已經啟動小規模量產應用。

毫米波雷達4D成像的必要性

作為核心傳感器之一的毫米波雷達，因為其全天候適應、探測距離遠、速度跟蹤敏感等特點與優勢，在現階段的自動駕駛感知系統中佔據重要位置。但傳統毫米波雷達的缺點也和優點一樣鮮明。由於無法測高、水平角解析度低、難以檢測橫穿目標以及難以檢測靜止目標，在面向L3及以上級別的自動駕駛功能中，明顯暴露出其應用上的短板。

從特斯拉自動駕駛一系列重大事故中可以看出，毫米波雷達在該起作用的地方沒起作用，可能是這些短板造成的。

因為無法實現測高，在視覺失效的情況下，只憑傳統毫米波雷達難以判斷前方靜止物體是在地面還是在空中。因此橫跨道路的橋梁、龍門架等和地面的井蓋、路面障礙物，在毫米波雷達看來都是地面障礙物，系統只能直接過濾掉以避免由於誤判導致頻繁的誤剎決策。但路上真有障礙物時，雷達也會「視而不見」，如臺灣那個貨車橫躺路上的場景。

同樣的，因為傳統毫米波雷達橫向角解析度不夠，對遠處不同車道的車或者物體難以分別是在哪條車道，在路上還是騎著路沿的車也難以區別判斷準確等，在實際的駕駛場景中可能都導致致命的事故。

「4D高清成像雷達能充分解決傳統雷達的這些痛點，而又保持了毫米波的一系列重大優點，可以說是個兩全其美的技術方案。」郄建軍表示。

全球首創虛擬孔徑成像技術

郄建軍指出，要做到4D高清成像必須要解決以下幾個問題，一是要有高度這一維度的準確數據以實現立體成像；二是要能夠分辨開來距離的很近的車、人等等，要求的角解析度很高，要實現1度及以下角解析度；三是較強的抗幹擾性，尤其抗多徑幹擾的能力，保證成像清晰不受影響；四是要跟蹤分類，通過雷達直接對大小車型、行人等進行分類。

據介紹，市場上主要有幾類主流技術方案，包括採用77/79G標準晶片通過用2/4/8級聯增加實體天線MIMO的方式，另外則是採用4D成像專用晶片或者超材料來實現；其他也有採用SAR成像、特殊天線陣等的方式。

這些常規的4D成像方案，主要是依靠增加硬體，包括更多晶片、更多天線的方式來實現。但這種堆硬體的做法，達到車規級別的穩定可靠性、抗幹擾能力等難度很高。要想真正取代現有傳統毫米波雷達，也要達到C-SWAP（Cost成本/Size尺寸/Weight重量/Power功耗）的各方面要求，而以上的方案也較難做到。

目前全球範圍內涉足4D成像雷達的企業比較典型的代表包括傳統毫米波雷達巨頭大陸集團已經宣布了新型ARS540毫米波雷達；今年今年年初，Waymo發布的第五代感知系統中，為自動駕駛量身定製了4D成像雷達系統；國內華為近期也發布了4D成像雷達。另外據消息顯示特斯拉也有專門的團隊研究4D成像前向雷達如何實現高度維度探測，實現變成立體成像，未來與FSD視覺融合來提升感知系統。

據介紹，以上幾種4D成像雷達基本上是採用的4級聯的方式，也是目前業界主流的4D成像雷達的技術路徑，但這類產品的缺點是尺寸較大、成本、功耗都較高。據介紹如大陸ARS 540毫米波雷達的功率達到23W，過高的電耗不但對電動車續航裡程是挑戰，同時散熱也是個很難解決的問題。這類產品做前向長距雷達還有可能性，但作為角雷達來規模量產應用時，恐怕將遭遇不小的瓶頸。

「如果4D成像雷達尺寸很小，功耗很低，成本及各方面與傳統毫米波雷達接近，將很容易實現快速量產應用。」郄建軍表示。

傲酷全球首創虛擬孔徑成像技術（VAI）獨特天線設計，可在MIMO虛擬天線基礎上再虛擬10-100倍天線，利用市場主流車規晶片（TI/Infineon/NXP等），該產品的優點是可極大提升角解析度抗幹擾性等，尺寸低功耗小，並巧妙解決了車規及C-SWAP的限制。

據介紹，該技術僅採用單晶片就已經可以做到普通雷達性能的10倍，包括水平角解析度可達到1度左右；而如果是雙晶片非極聯，水平與縱向角解析度均可實現1度以內；雙晶片級聯甚至可以做到水平和縱向都是0.3度角以下的解析度，這已經接近32/64線雷射雷達的水平。

量產與商用場景

據了解，傲酷現已和通用汽車、長城汽車、海拉、亞馬遜、AutoX等多家國內外知名主機廠、Tier1及自動駕駛公司等展開深度合作， 其中與多家合作夥伴聯合開發的項目將於2021年實現量產。主要面向無人駕駛計程車、無人物流小車、車路協同、AGV、AGV等L3/L4場景應用。

郄建軍指出，全新一代的4D成像毫米波雷達能夠實現距離、方位、高度以及速度四個維度的信息感知，可以有效地解析目標的輪廓、類別等等，並具備橫縱向高角解析度，可以完美彌補傳統毫米波雷達的短板。另一方面，鑑於目前4D成像雷達量產成本遠遠低於雷射雷達，極有可能在某些細分場景如城市L3、 AVP等場景下率先量產應用。

除了單車智能，在車路協同領域，4D成像雷達同樣具備良好的應用條件。通過將4D成像雷達與高清攝像頭實現點雲級前融合處理，可同時對各種移動和靜止的大小車輛、自行車、行人以及其他目標進行分類和追蹤，實時提供目標的位置、速度、3D尺寸、航向等多維度信息。

「4D成像雷達滿足車路協同的各種場景應用。可對大型十字路口和高速場景實現全方位、立體式、多維度監控和跟蹤。尤其適用於城市中大規模複雜十字路口、人車流混雜的車路協同全息感知。」郄建軍表示。

據介紹，傲酷雷達已經推出了Eagle前向雷達和Falcon角雷達兩款產品，均已經實現小規模量產商用，可以達到車規級量產，也將是2021年的重點產品系列。

這表明，與ABCD等傳統毫米波雷達巨頭、自動駕駛科技巨頭在4D成像雷達這一新興領域的同臺競技中，傲酷的4D成像雷達產品憑藉引領業界的重大技術突破，率先實現量產並搶佔市場先機。