可測(cè)速可成像 4D成像雷達(dá)能取代激光雷達(dá)？

　　【太平洋汽車(chē)網(wǎng) 技術(shù)頻道】我們的周?chē)涑庵姶挪ǎ〉绞謾C(jī)、WIFI，大到飛機(jī)、衛(wèi)星等等，都在時(shí)時(shí)刻刻發(fā)射著電磁波。不同頻段的電磁波有著不同的特性和功能，不同的領(lǐng)域也都在享受著電磁波帶來(lái)的便利。想要確保不同領(lǐng)域的電磁波設(shè)備不會(huì)相互干擾，最簡(jiǎn)單直接的辦法就是分區(qū)和分段。

　　ITU國(guó)際電信聯(lián)盟在1947年成立了IFRB國(guó)際頻率登記委員會(huì)，旨在幫助所有成員合理地使用無(wú)線(xiàn)電通信頻道，使有害的干擾減至最小。國(guó)際頻率登記委員會(huì)根據(jù)不同波段電磁波的特性盡量合理的將不同頻段分配給不同的領(lǐng)域，保證在特別擁擠的無(wú)線(xiàn)電頻段中應(yīng)用盡可能多的無(wú)線(xiàn)電路。

　　例如在毫米波頻段中，24-24.25GHz是國(guó)際通用的ISM頻段，歸工業(yè)(Industrial)、科學(xué)(Scientific)和醫(yī)學(xué)(Medical)領(lǐng)域使用；而76-77GHz則是專(zhuān)門(mén)劃歸車(chē)載應(yīng)用使用的頻段。這也就是我們常見(jiàn)的車(chē)載毫米波雷達(dá)，主要都是24GHz或77GHz的原因。

　　在汽車(chē)上，我們一般提及77GHz毫米波雷達(dá)叫長(zhǎng)距雷達(dá)，而24GHz探測(cè)距離略短。但這里有一個(gè)問(wèn)題，24GHz毫米波波長(zhǎng)更長(zhǎng)，同等功率下理論上探測(cè)距離能更遠(yuǎn)，為何在汽車(chē)上77GHz反而成為了長(zhǎng)距雷達(dá)？

　　首先還是頻段分配的問(wèn)題，24GHz屬于國(guó)際通用的ISM頻段，并非車(chē)載應(yīng)用獨(dú)享。為了避免干擾，在汽車(chē)上應(yīng)用24GHz毫米波雷達(dá)需要對(duì)功率進(jìn)行一定的限制。而在專(zhuān)屬于車(chē)載應(yīng)用的77GHz頻段內(nèi)，則可以采用更大的功率獲得更遠(yuǎn)的探測(cè)距離。

　　隨著5G的快速推廣，5G主流的3種方案中，一種便是分布在24.25-29.5GHz這一頻段。24GHz附近頻段面臨被重新分配的風(fēng)險(xiǎn)。目前歐盟已經(jīng)在逐步取代24GHz車(chē)載毫米波雷達(dá)，新出廠車(chē)型需轉(zhuǎn)為77GHz毫米波雷達(dá)，而現(xiàn)有24GHz毫米波雷達(dá)可以在生命周期內(nèi)正常使用。我國(guó)5G建設(shè)目前采用4.9GHz頻段，對(duì)24GHz毫米波雷達(dá)沒(méi)有影響。

　　除了頻段分配的原因，同功率水平下24GHz收發(fā)天線(xiàn)較77GHz雷達(dá)更大，增加24GHz毫米波雷達(dá)探測(cè)距離會(huì)使得整個(gè)雷達(dá)體積偏大。此外，24GHz電磁波更長(zhǎng)的波長(zhǎng)有更好的繞行能力，受氣候等因素影響更小。但同時(shí)指向性會(huì)變得更差，角分辨率會(huì)受到影響。24GHz毫米波雷達(dá)在長(zhǎng)距離上對(duì)目標(biāo)位置的判斷，有可能會(huì)出現(xiàn)偏離車(chē)道的誤差，這樣的話(huà)探測(cè)的意義也就不大了。因此，長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)普遍選擇77GHz。

　　除了24GHz和77GHz外，還有21GHz、60GHz、79GHz等不同頻段的車(chē)載毫米波雷達(dá)，其中60GHz在部分國(guó)家也屬于ISM頻段。不過(guò)氧氣分子對(duì)電磁波的吸收峰值正好處于60GHz附近，因此60GHz在空氣中傳播的衰減較大。

　　電磁波頻段作為一種稀缺資源，對(duì)車(chē)載毫米波雷達(dá)頻段選擇影響最大的，仍然是各國(guó)法規(guī)的限制。IFRB國(guó)際頻率登記委員會(huì)的分配并非強(qiáng)制，各國(guó)會(huì)根據(jù)國(guó)情制定更為細(xì)化的法規(guī)，保證在擁擠的無(wú)線(xiàn)電中擁有盡量多的電路，同時(shí)減少相互之間的干擾。因此在不同國(guó)家和地區(qū)，對(duì)毫米波雷達(dá)頻段的選擇也可能略有差異。

　　在上期節(jié)目中，我們介紹了毫米波雷達(dá)在自動(dòng)駕駛感知硬件中獨(dú)到的全天候及同時(shí)測(cè)距測(cè)速的優(yōu)勢(shì)，奠定了其不可替代性。同時(shí)也指出了目前毫米波雷達(dá)角分辨率低、不具備俯仰角分辨率等問(wèn)題。

　　隨著近年來(lái)自動(dòng)駕駛的飛速發(fā)展，毫米波雷達(dá)這個(gè)已經(jīng)相當(dāng)成熟的感知硬件也沒(méi)有停滯，人們?cè)诓粩嗵剿鏖_(kāi)發(fā)分辨率更高，同時(shí)具備俯仰角分辨率的毫米波雷達(dá)，也就是4D成像雷達(dá)。傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)具有同時(shí)探測(cè)距離、水平角度及速度三個(gè)參數(shù)的能力，增加高度信息后便被稱(chēng)為4D毫米波雷達(dá)。而4D成像毫米波雷達(dá)則同時(shí)還追求更高的分辨率，保證能夠區(qū)分目標(biāo)是機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)還是行人等。

　　去年年中，在汽車(chē)毫米波雷達(dá)市場(chǎng)占有率排名第一的德國(guó)大陸集團(tuán)推出全球第一個(gè)4D成像毫米波雷達(dá)——ARS540，寶馬純電動(dòng)旗艦SUV iX或成為第一款搭載ARS540 4D成像雷達(dá)的量產(chǎn)車(chē)型。隨后在今年上海車(chē)展上，華為也發(fā)布了旗下4D成像雷達(dá)。

　　以華為4D成像雷達(dá)為例，這款雷達(dá)采用了12個(gè)發(fā)射通道，24接收通道，整體具備了12*24，也就是288通道，比常規(guī)毫米波3發(fā)4收的天線(xiàn)配置整整提升了24倍。相比業(yè)界典型的成像雷達(dá)也多出了50%的接收通道，這是短期可量產(chǎn)的最大天線(xiàn)配置成像雷達(dá)。

　　華為大陣列毫米波雷達(dá)帶來(lái)的好處是，水平視場(chǎng)從90°提升到了120°，垂直視場(chǎng)從18°提升到了30°，同時(shí)還將探測(cè)距離從200m提升到了300m。雖然點(diǎn)云密度和分辨率尚不能與激光雷達(dá)相比，但覆蓋范圍已經(jīng)超越了絕大多數(shù)車(chē)載激光雷達(dá)。同時(shí)還具備毫米波雷達(dá)獨(dú)有的全天候及同時(shí)測(cè)速的優(yōu)勢(shì)。

　　華為4D成像雷達(dá)的另一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在于非視距感知，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是能看到被前車(chē)擋住的前前車(chē)位置與速度。不論是攝像頭還是激光雷達(dá)，對(duì)目標(biāo)的探測(cè)都限制在視距范圍內(nèi)，毫米波更長(zhǎng)的波長(zhǎng)使其具備了一定的多徑傳播現(xiàn)象，華為4D成像雷達(dá)可以穿過(guò)前車(chē)車(chē)底，接受被遮擋的1-2臺(tái)車(chē)的反射波。

　　不論是大陸ARS540還是華為4D成像雷達(dá)，從公布的性能來(lái)看都具備了顛覆性的提升，甚至具備了蠶食激光雷達(dá)市場(chǎng)的能力。但目前為止4D成像雷達(dá)尚未大規(guī)模量產(chǎn)，很多技術(shù)細(xì)節(jié)廠商也并未透露。

　　毫米波雷達(dá)制造門(mén)檻其實(shí)并不高，即便是4D成像雷達(dá)，在硬件層面也并沒(méi)有太高的門(mén)檻。但是NXP恩智浦和英飛凌幾乎壟斷了毫米波雷達(dá)芯片組市場(chǎng)，而射頻產(chǎn)品的生產(chǎn)及一致性等需要長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，這些造就了毫米波雷達(dá)市場(chǎng)的高門(mén)檻，這使得大陸、電裝、博世等少數(shù)巨頭幾乎壟斷了車(chē)載毫米波雷達(dá)市場(chǎng)。4D成像雷達(dá)的出現(xiàn)讓毫米波雷達(dá)市場(chǎng)出現(xiàn)了新的變數(shù)，更多企業(yè)試圖在新的市場(chǎng)平衡形成之前進(jìn)入到這一市場(chǎng)。

　　但是4D成像雷達(dá)，目前還面臨著很多的技術(shù)難點(diǎn)。除了產(chǎn)品本身的一致性、可靠性等問(wèn)題外，在大陣列多通道下，如何保證相位校準(zhǔn)，這里包括了水平角和俯仰角，校準(zhǔn)難度變得更具難度。同時(shí)，大陸和華為尚未公布如何實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤，相比傳統(tǒng)ADAS毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用的高速跟車(chē)場(chǎng)景，4D成像雷達(dá)面對(duì)城市場(chǎng)景需要同時(shí)跟蹤眾多的車(chē)輛、行人等，跟蹤目標(biāo)呈數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤方式也成為重中之重。

　　此外，復(fù)雜的電磁環(huán)境中，毫米波雷達(dá)接受到的噪聲等干擾較大，在追求精度的4D成像雷達(dá)中，如何處理雜點(diǎn)及可能存在的虛報(bào)預(yù)警的噪點(diǎn)也是4D成像雷達(dá)應(yīng)用的難點(diǎn)。而應(yīng)用毫米波雷達(dá)的車(chē)不斷增多，毫米波雷達(dá)間的相互干擾也會(huì)增加，抗互相干擾也是后續(xù)4D成像雷達(dá)必須認(rèn)真面對(duì)的問(wèn)題。

　　作為一個(gè)剛剛興起的硬件產(chǎn)業(yè)，4D成像雷達(dá)目前公開(kāi)的信息還很有限。華為在發(fā)布4D成像雷達(dá)時(shí)公布的也只是處理后的點(diǎn)云信息。即便是擁有288通道的目前最大天線(xiàn)配置的華為4D成像雷達(dá)，點(diǎn)云密度也無(wú)法與激光雷達(dá)相提并論，4D成像雷達(dá)完全替代激光雷達(dá)的論調(diào)并不成立。4D成像雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)仍然是毫米波雷達(dá)本身獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)加上了更高的分辨率。不過(guò)，可全天候工作，可測(cè)速、可成像，同時(shí)相比高性能激光雷達(dá)具備一定的成本優(yōu)勢(shì)，4D成像雷達(dá)還是具備了蠶食部分激光雷達(dá)市場(chǎng)的能力，在未來(lái)自動(dòng)駕駛感知硬件的應(yīng)用中也能夠發(fā)揮更多的潛力。（文：太平洋汽車(chē)網(wǎng) 郭睿）