自動駕駛的快速演進，使先進感知技術“上車”速度遠超預期。

比如激光雷達，前幾年在很多人眼里還可望而不可及，今年就隨著部分新車的陸續(xù)交付正式進入量產(chǎn)時代。

據(jù)興業(yè)證券此前統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2022年上半年，全球搭載激光雷達的量產(chǎn)車型約有6 款，貢獻激光雷達出貨量約5.5萬臺。2022 年下半年，全球預計還會新增14款搭載激光雷達的量產(chǎn)車，這將帶動下半年激光雷達出貨量達19.8萬臺，全年累計出貨量約為25萬臺。

那么在激光雷達之后，下一個接力上車的先進感知技術會是哪個呢？目前來看，大概率是4D成像毫米波雷達。

作為傳統(tǒng)車載毫米波雷達的“升級版”，4D雷達由于在原有對距離、速度、方位等的探測上，增加了對目標高度維的測量，可以實現(xiàn)更精準的探測效果，正成為業(yè)界用來優(yōu)化智能駕駛感知系統(tǒng)的又一重要抓手。

據(jù)蓋世汽車不完全統(tǒng)計，目前國內已至少有接近20家本土企業(yè)在開展4D成像毫米波雷達相關的研發(fā)，其中大部分企業(yè)計劃在今明兩年正式進入量產(chǎn)。這意味著，國產(chǎn)4D毫米波雷達有望在2023年左右迎來一波“上車”高峰，進入技術兌現(xiàn)。

毫米波雷達進入“4D”時代

所謂4D成像毫米波雷達，與傳統(tǒng)毫米波雷達相比最明顯的差別在于，增加了對目標高度信息的感知，隨之而來的是感知精細度的大幅提升。

圖片來源：幾何伙伴

傳統(tǒng)毫米波雷達由于俯仰維通道有限以及處理器性能等的限制，過去主要用來探測物體的距離、相對速度和方位角，這也即是過去“3D”的含義。

但在測高方面，傳統(tǒng)雷達能力很微弱，甚至可以說根本不具備測高能力。這樣導致的結果是，當碰到路面有靜態(tài)障礙物的時候，雷達雖然可以探測到障礙物反射點，但因為無法識別障礙物的高低和大小，常常難以作出準確的判斷。其他還包括對路面井蓋、減速帶、路牌、天橋等靜態(tài)目標的錯誤感知，由此導致毫米波雷達在融合系統(tǒng)中普遍置信度較低。

為減少不必要的剎車，提升用戶體驗，實際應用過程中一些雷達公司、自動駕駛公司或者車企會選擇將雷達感知到的這類靜態(tài)目標直接過濾掉。或許在大多數(shù)場景中，這種策略都足以應對，但對于一些不常見的Corner Case ，就顯得有些力不從心了。尤其目前國內量產(chǎn)的L2級自動駕駛系統(tǒng)不少都將視覺作為主傳感器，毫米波雷達作為輔助感知，如果視覺發(fā)現(xiàn)障礙物還好，若沒有及時發(fā)現(xiàn)，得依靠毫米波雷達，這時很容易出現(xiàn)問題。

4D雷達相較傳統(tǒng)毫米波雷達，由于具備更多的通道數(shù)，以及更先進的處理器，不僅能夠提供目標的高度信息，實現(xiàn)更高的角分辨率，還可以輸出致密點云信息，勾勒周邊物體的輪廓，也即是點云成像。

在角分辨率上，當前4D毫米波雷達普遍可以做到1°以內的水平角分辨率和2°以內俯仰角分辨率，而這對于提升駕駛安全尤為重要。以ACC為例，據(jù)相關人士介紹，如果要準確分辨出300米之外的兩輛車，水平角分辨率一定要達到1°以下。而如果要識別車前150米處懸空約6.5米的紅綠燈時，角分辨率需要達到2°才能滿足需求。

4D毫米波成像雷達點云圖，圖片來源：幾何伙伴

點云輸出方面，傳統(tǒng)雷達點云密度很稀疏，基本無法進行障礙物分類，而4D雷達則具備類似激光雷達的點云輸出能力，可助力解析目標的輪廓、類別，在提升整個系統(tǒng)感知可靠性的同時，還能夠與攝像頭感知互為冗余，作為圖像傳感器失效時的分類補充 。

比如采埃孚的長距離成像雷達，據(jù)悉能接收到來自行人10個左右的數(shù)據(jù)點，通過對每個數(shù)據(jù)點進行測量并反饋物體的速度，即可獲得精確的目標信息。采埃孚表示，其長距離成像雷達甚至可以解析單個肢體的運動軌跡，從而識別行人的行走方向。

縱目科技的第一代短距離4D毫米波雷達ZM-SDR1，官方宣稱通過單車搭載4顆可實現(xiàn)超過10000pts/s的點云數(shù)據(jù)，點云性能可對標8線激光雷達，但成本卻只有其1/20。正因為如此，也有觀點認為4D毫米波雷達未來可以在某些應用場景中作為激光雷達的“平替”。

采埃孚成像雷達最遠探測距離可達350m，圖片來源：采埃孚

且與傳統(tǒng)毫米波雷達相比，4D成像雷達還可以實現(xiàn)更遠的探測距離，用于前向感知時普遍可以達300m以上，這意味著在面臨緊急情況時，可以給予駕駛員更多的反應時間。加之毫米波雷達本身在應對雨霧雪等惡劣天氣時有明顯的優(yōu)勢，這些特性在4D雷達上同樣會得到繼承，進一步提升4D雷達的整體性能表現(xiàn)。

量產(chǎn)大幕正在拉開

得益于測高能力、角分辨率、點云密度等的顯著提升，4D毫米波雷達正被認為是自動駕駛從L2向L3甚至更高階的L4/L5演進的重要支撐。

圖片來源：安波福

安波福中國研發(fā)中心產(chǎn)品開發(fā)總監(jiān)張磊就認為，對于L2，自動駕駛系統(tǒng)主要面對的感知對象是障礙物，對于環(huán)境是要忽略掉的，但到了L2++階段，除了對目標的感知，還需要更多地去感知環(huán)境，在這種情況下，傳統(tǒng)毫米波雷達性能顯然無法滿足需求?！八?D雷達是伴隨著高階自動駕駛自然出現(xiàn)的”，他表示。

NXP在此前發(fā)布的成像雷達白皮書中也表示，隨著具備商業(yè)可行性的4D成像雷達技術問世，將對面向L2+和更高級別汽車部署的ADAS傳感器組合產(chǎn)生重大影響，不僅可以助力實現(xiàn)L2+級安全和舒適功能的廣泛應用，還將為L4/L5級完全自動化鋪平道。

而出于對4D雷達感知能力的肯定，目前已經(jīng)有不少車企及技術提供商宣布了這項技術的量產(chǎn)計劃。

長安深藍SL03，圖片來源：長安深藍官網(wǎng)

近日，長安深藍品牌首款戰(zhàn)略車型深藍SL03正式上市，新車提供選裝的高階智能駕駛輔助系統(tǒng)就確認將搭載1顆4D成像毫米波雷達，配合4顆高密度點云毫米波雷達、12顆超聲波傳感器、10顆高性能攝像頭、一個DMS攝像頭以及6個微碰傳感器，進行車內外感知。其中，4D成像雷達據(jù)悉來自于森思泰克，不過官方并沒有公布搭載該系統(tǒng)新車的具體交付時間。

面向4D成像雷達，森思泰克規(guī)劃了多款產(chǎn)品，包括兩款4D成像前向雷達：STA77-6高分辨遠程雷達、STA77-8高分辨遠程雷達，和一款角雷達STA79-8。其中STA77-6采用了6發(fā)8收設計，作用距離達280m，STA77-8采用了12發(fā)16收設計，作用距離達350m，相關產(chǎn)品據(jù)悉已經(jīng)接連拿下了國內多個頭部車企前裝量產(chǎn)平臺化項目定點。

即將于9月下旬正式上市的飛凡R7，搭載的是采埃孚的4D長距離成像雷達，該定點項目去年就已經(jīng)公布。據(jù)當時官宣的信息，這款雷達擁有192個通道，分辨率是傳統(tǒng)汽車雷達的16倍，水平探測角度為±60°，最遠探測距離可以達350m。

華域汽車4D雷達，圖片來源：華域汽車

華域汽車電子分公司自主研發(fā)的4D成像毫米波雷達產(chǎn)品，則實現(xiàn)了對友道智途等商用車智駕客戶的小批量供貨。據(jù)了解，華域汽車此前已經(jīng)規(guī)劃了兩款4D雷達，分別是LRR30和LRR40，其中前者采用了2片MMIC級聯(lián)，實現(xiàn)6發(fā)8收，后者采用了4級聯(lián)設計，實現(xiàn)12發(fā)16收。

目前已經(jīng)實現(xiàn)供貨的猜測是LRR30，該產(chǎn)品最多可以輸出1024點4D點云，并追蹤多達64個目標，最遠探測距離可達300m，官方稱識別180米遠的易拉罐或者190米外的橡膠輪胎都不在話下。LRR40最多可輸出3072點4D點云及128個目標，最遠探測距離可達350m。

縱目科技第一代短距離4D毫米波雷達ZM-SDR1，也已經(jīng)進入了量產(chǎn)階段，目前已知定點客戶有金康、美團、JAC等，預計今年出貨量在40W顆以上。該產(chǎn)品采用了雙模設計，可兼容高速ADAS應用和低速泊車應用，通過軟件手段實現(xiàn)長短距切換。比如在高速ADAS 場景中，實現(xiàn)80 - 100米范圍內的檢測，在低速 AVP 的模式下，可以進入另外一種模式，實現(xiàn)更近距離的檢測。

木?？萍?第三代4D成像雷達I79，圖片來源：木?？萍?/span>

另外，諸如保隆科技、福瑞泰克、幾何伙伴、川速微波、納瓦電子、木?？萍?/strong>（點擊查看前述企業(yè)4D毫米波雷達申報2022金輯獎信息）、楚航科技、雷科防務等本土技術提供商也均在開展相關的技術研發(fā)，其中絕大部分企業(yè)的量產(chǎn)時間都定在今明兩年。

例如福瑞泰克的4D毫米波雷達，據(jù)悉也已經(jīng)獲得了項目定點，相關車型預計于年底量產(chǎn)上市。納瓦電子的6發(fā)8收成像雷達正在跟整車廠對接測試，12發(fā)16收成像雷達計劃今年年底實現(xiàn)量產(chǎn)，預計明年開始大批量應。蠻酷科技4D成像毫米波雷達計劃2022年完成開發(fā)，2023—2024年完成4D雷達產(chǎn)線建設，開始乘用車前裝項目量產(chǎn)，2024年正式投入量產(chǎn)。

不難預見，2023年左右國產(chǎn)4D雷達將初步實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，正式迎來一波上車高峰。

技術路線仍未統(tǒng)一

如果從大陸集團2016年開始研發(fā)ARS540 4D成像雷達算起，業(yè)界探索這項技術已經(jīng)有數(shù)年的時間，但直到現(xiàn)在4D雷達仍沒有實現(xiàn)規(guī)?；涞?，難度可見一斑。

從傳統(tǒng)“3D” 雷達升級到4D成像雷達，看似只是多輸出了一個維度的感知數(shù)據(jù)，背后卻需要從提升主處理器性能和算法能力，以及優(yōu)化天線性能、數(shù)量和排布等多個方面同時著手。

過去很長一段時間，業(yè)界主要是通過增加天線數(shù)量來提高毫米波雷達的角分辨率。但不可否認，車上雷達的安裝空間往往是有限的，當天線進化到一定程度后沒辦法再增大，這時候必須依賴于處理器及軟件算法等能力的提升。而且提升目標識別能力及準確性作為雷達的終極訴求，實際上與雷達輸出信息量的豐富程度緊密相關，這對處理器的要求以及算法也在同步提升。

為解決這些問題，目前行業(yè)出現(xiàn)了多種不同的技術路線：

第一種，將標準雷達芯片進行2級聯(lián)、4級聯(lián)或者8級聯(lián)，以增加天線數(shù)量，形成多發(fā)多收通道。ABCD四巨頭以及華為、森思泰克、華域汽車等傳統(tǒng)零部件企業(yè)都是采用這種方案，且在處理器的選擇上多是以NXP、TI等外資廠商為主，當然國內也基本沒有很成熟的方案。

成像雷達高性能MPUS32R45，圖片來源：NXP官網(wǎng)

華域汽車的LRR30和LRR40就分別采用的是NXP的S32R294和S32R45，CubTEK亮相CES 2022的4D雷達采用的也是NXP的S32R45雷達處理器。作為一款專為成像雷達研發(fā)的高性能MPU，S32R45于今年初正式量產(chǎn)，今年上半年首次用于客戶量產(chǎn)，配合著專為L2+自動駕駛應用量身定制的16nm雷達處理器S32R41，NXP可以充分滿足L2+到L5不同級別自動駕駛研發(fā)需求。

據(jù)悉，S32R41和S32R45與NXP的TEF82xx 77GHz雷達收發(fā)器結合使用時，可實現(xiàn)小于1°的角度分辨率，同時應用高級MIMO波形設計，支持多達192個虛擬天線通道同時工作。

蠻酷4D成像毫米波雷達，圖片來源：蠻酷科技

蠻酷科技目前則是以Zynq SoC處理器作為原型來設計算法，但最終計劃將其固化為專用的硬件加速器+國產(chǎn)中低端處理器+國產(chǎn)MMIC的純國產(chǎn)解決方案。華為的12發(fā)24收4D成像毫米波雷達據(jù)猜測采用的是自研芯片，即由4 片 3 發(fā) 6 收的收發(fā)器級聯(lián)而成。

第二種，將多發(fā)多收天線集成在一顆芯片中，形成專用4D雷達成像芯片，采用這一技術路線的主要有Arbe、Vayyar、Uhnder國外玩家。國內已知在基于這種方式開發(fā)4D雷達的企業(yè)有威孚高科和經(jīng)緯恒潤，兩家企業(yè)均是和Arbe合作。

其中孚威高科的4D毫米波雷達產(chǎn)品已實現(xiàn)樣品銷售，正進入早期市場導入階段。經(jīng)緯恒潤的4D雷達預計2023年實現(xiàn)配套量產(chǎn)應用，據(jù)悉該產(chǎn)品通過擴展MIMO體制的發(fā)射和接收通道數(shù)，構建了48路發(fā)射和48路接收通道，探測距離達到350m。另外，AutoX也曾宣布將把40萬套基于Arbe的超高分辨率毫米波雷達系統(tǒng)集成于其L4級RoboTaxi車隊中。

第三種，在級聯(lián)方式上，通過獨特的虛擬孔徑成像軟件算法和天線設計實現(xiàn)高倍數(shù)虛擬MIMO，也即俗稱的“軟件定義雷達”，走這一路線的企業(yè)主要有傲酷、Mobileye等。其中傲酷已于去年被安霸收購，目前兩家公司正致力于實現(xiàn)4D成像雷達和視覺感知原始數(shù)據(jù)集的融合，甚至在未來進一步支持激光雷達的前融合。而在被安霸收購之前，傲酷還分別獲得了通用汽車、海拉等多家行業(yè)巨頭的戰(zhàn)略投資。

第四種，使用超材料研發(fā)新型雷達架構，代表廠家有metawave、WARLORD、龍勃透鏡等，但這方面目前相關的研發(fā)進展相對較少。

整體來看，這幾種技術路線都有各自的優(yōu)劣勢。多級聯(lián)方案目前來看已經(jīng)相當成熟，也比較容易落地，但基于這一方案設計的成像雷達往往尺寸較大，算力、功耗等也難以持續(xù)。專用芯片往往能耗較高，價格也比較昂貴，并且需要突破信噪比低的局限性，目前真正應用的并不多。超材料方案量產(chǎn)難度更大，目前尚處于實驗室階段。

圖片來源：安波福

而由于這幾種方案背后都不乏行業(yè)權威力量的加持，這決定了未來4D毫米波雷達的演進將存在較大的不確定性，這不僅僅是不同技術路線之爭，還包括4D雷達本身的市場前景。

雖然過去一段時間已經(jīng)有不少車企和技術提供商宣布了4D雷達的研發(fā)及量產(chǎn)規(guī)劃，從大家公布的產(chǎn)品性能來看，也確實有較大飛躍，但業(yè)界對于4D雷達未來的市場前景仍然看法不一。

目前比較樂觀的預測認為，4D毫米波雷達將從2022年開始小規(guī)模前裝導入，預計到2023年搭載量將突破百萬顆。另據(jù)中金公司測算，至2025年，中國車載4D成像雷達市場規(guī)模在悲觀、中性、樂觀情況下有望分別達到1.9億、3.6億、5.4億美元，2022～2025年的復合年均增長率分別達到34％、64％、88％。

但也有業(yè)內人士認為，4D雷達在自動駕駛演進過程中的實際需求有多大，具體應用效果如何，能否真正全面替代傳統(tǒng)毫米波雷達，其實還有待市場進一步檢驗。這背后，車企對4D毫米波雷達的需求尚不明確，以及4D雷達本身面臨的技術挑戰(zhàn)、行業(yè)標準不完善、生態(tài)鏈不成熟等均是重要掣肘。

另外從作為激光雷達“平替”的角度，不容忽略的是，即便升級到成像雷達，毫米波雷達的分辨率還是比不上激光雷達。而目前激光雷達也在快速降本，并且現(xiàn)階段來看，激光雷達的裝車速度其實已經(jīng)跑贏了4D雷達。所以接下來4D雷達要想“逆襲”，降本速度可能得比激光雷達更快才行。

綜上，雖然目前圍繞4D毫米波雷達的一切都在往好的方向發(fā)展，但真正的挑戰(zhàn)其實才剛剛開始，接下來等待4D雷達的還將是一場硬仗。