可測速可成像 4D成像雷達(dá)能取代激光雷達(dá)？

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】我們的周圍充斥著電磁波，小到手機、WIFI，大到飛機、衛(wèi)星等等，都在時時刻刻發(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的便利。想要確保不同領(lǐng)域的電磁波設(shè)備不會相互干擾，最簡單直接的辦法就是分區(qū)和分段。

　　ITU國際電信聯(lián)盟在1947年成立了IFRB國際頻率登記委員會，旨在幫助所有成員合理地使用無線電通信頻道，使有害的干擾減至最小。國際頻率登記委員會根據(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線電頻段中應(yīng)用盡可能多的無線電路。

　　例如在毫米波頻段中，24-24.25GHz是國際通用的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則是專門劃歸車載應(yīng)用使用的頻段。這也就是我們常見的車載毫米波雷達(dá)，主要都是24GHz或77GHz的原因。

　　在汽車上，我們一般提及77GHz毫米波雷達(dá)叫長距雷達(dá)，而24GHz探測距離略短。但這里有一個問題，24GHz毫米波波長更長，同等功率下理論上探測距離能更遠(yuǎn)，為何在汽車上77GHz反而成為了長距雷達(dá)？

　　首先還是頻段分配的問題，24GHz屬于國際通用的ISM頻段，并非車載應(yīng)用獨享。為了避免干擾，在汽車上應(yīng)用24GHz毫米波雷達(dá)需要對功率進(jìn)行一定的限制。而在專屬于車載應(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。目前歐盟已經(jīng)在逐步取代24GHz車載毫米波雷達(dá)，新出廠車型需轉(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5G建設(shè)目前采用4.9GHz頻段，對24GHz毫米波雷達(dá)沒有影響。

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

　　除了24GHz和77GHz外，還有21GHz、60GHz、79GHz等不同頻段的車載毫米波雷達(dá)，其中60GHz在部分國家也屬于ISM頻段。不過氧氣分子對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，對車載毫米波雷達(dá)頻段選擇影響最大的，仍然是各國法規(guī)的限制。IFRB國際頻率登記委員會的分配并非強制，各國會根據(jù)國情制定更為細(xì)化的法規(guī)，保證在擁擠的無線電中擁有盡量多的電路，同時減少相互之間的干擾。因此在不同國家和地區(qū)，對毫米波雷達(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)在自動駕駛感知硬件中獨到的全天候及同時測距測速的優(yōu)勢，奠定了其不可替代性。同時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題。

　　隨著近年來自動駕駛的飛速發(fā)展，毫米波雷達(dá)這個已經(jīng)相當(dāng)成熟的感知硬件也沒有停滯，人們在不斷探索開發(fā)分辨率更高，同時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)具有同時探測距離、水平角度及速度三個參數(shù)的能力，增加高度信息后便被稱為4D毫米波雷達(dá)。而4D成像毫米波雷達(dá)則同時還追求更高的分辨率，保證能夠區(qū)分目標(biāo)是機動車、非機動車還是行人等。

　　去年年中，在汽車毫米波雷達(dá)市場占有率排名第一的德國大陸集團(tuán)推出全球第一個4D成像毫米波雷達(dá)——ARS540，寶馬純電動旗艦SUV iX或成為第一款搭載ARS540 4D成像雷達(dá)的量產(chǎn)車型。隨后在今年上海車展上，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)的最大天線配置成像雷達(dá)。

　　華為大陣列毫米波雷達(dá)帶來的好處是，水平視場從90°提升到了120°，垂直視場從18°提升到了30°，同時還將探測距離從200m提升到了300m。雖然點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)車載激光雷達(dá)。同時還具備毫米波雷達(dá)獨有的全天候及同時測速的優(yōu)勢。

　　華為4D成像雷達(dá)的另一個獨特的優(yōu)勢在于非視距感知，簡單來說就是能看到被前車擋住的前前車位置與速度。不論是攝像頭還是激光雷達(dá)，對目標(biāo)的探測都限制在視距范圍內(nèi)，毫米波更長的波長使其具備了一定的多徑傳播現(xiàn)象，華為4D成像雷達(dá)可以穿過前車車底，接受被遮擋的1-2臺車的反射波。

　　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)制造門檻其實并不高，即便是4D成像雷達(dá)，在硬件層面也并沒有太高的門檻。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，而射頻產(chǎn)品的生產(chǎn)及一致性等需要長時間的經(jīng)驗積累，這些造就了毫米波雷達(dá)市場的高門檻，這使得大陸、電裝、博世等少數(shù)巨頭幾乎壟斷了車載毫米波雷達(dá)市場。4D成像雷達(dá)的出現(xiàn)讓毫米波雷達(dá)市場出現(xiàn)了新的變數(shù)，更多企業(yè)試圖在新的市場平衡形成之前進(jìn)入到這一市場。

　　但是4D成像雷達(dá)，目前還面臨著很多的技術(shù)難點。除了產(chǎn)品本身的一致性、可靠性等問題外，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，大陸和華為尚未公布如何實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤，相比傳統(tǒng)ADAS毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用的高速跟車場景，4D成像雷達(dá)面對城市場景需要同時跟蹤眾多的車輛、行人等，跟蹤目標(biāo)呈數(shù)量級增長，目標(biāo)的識別、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，如何處理雜點及可能存在的虛報預(yù)警的噪點也是4D成像雷達(dá)應(yīng)用的難點。而應(yīng)用毫米波雷達(dá)的車不斷增多，毫米波雷達(dá)間的相互干擾也會增加，抗互相干擾也是后續(xù)4D成像雷達(dá)必須認(rèn)真面對的問題。

　　作為一個剛剛興起的硬件產(chǎn)業(yè)，4D成像雷達(dá)目前公開的信息還很有限。華為在發(fā)布4D成像雷達(dá)時公布的也只是處理后的點云信息。即便是擁有288通道的目前最大天線配置的華為4D成像雷達(dá)，點云密度也無法與激光雷達(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)勢仍然是毫米波雷達(dá)本身獨有的優(yōu)勢加上了更高的分辨率。不過，可全天候工作，可測速、可成像，同時相比高性能激光雷達(dá)具備一定的成本優(yōu)勢，4D成像雷達(dá)還是具備了蠶食部分激光雷達(dá)市場的能力，在未來自動駕駛感知硬件的應(yīng)用中也能夠發(fā)揮更多的潛力。（文：太平洋汽車網(wǎng) 郭睿）