剛剛，又一款智能汽車面世！主打賣點竟是「 4D 毫米波雷達」

毫米波雷達此前被認為是輔助駕駛的核心，在L3及以上自動駕駛系統中的應用一直受到限制。

在4D毫米波雷達出現后，這種情況可能會有所改變，線索出現在近期相關企業對4D毫米波雷達方案的接觸和采用中。

剛剛，R Auto在深圳大運中心發布了一款新車:ES33。

這款車搭載了NVIDIA DRIVE AGX Orin計算芯片，計算能力500-1000+TOPS。

與同級競品相比，其最大的賣點之一就是配備了國內首創的優質4D毫米波雷達。

據悉，這款車目前在上海臨港工廠制造，將于2022年上市。

4D毫米波雷達在業內并不是一個特別陌生的詞:

Waymo在2020年初宣布，其第五代自動駕駛感知系統將配備4D毫米波雷達。

特斯拉軟件黑客“格林”曾經在Model 3中發現了一個名為“鳳凰”的新雷達選項，事實證明這是一個4D毫米波雷達。

華為在去年的北京車展上透露，它正在開發一種4D毫米波雷達。

上述所有信息都揭示了這個被稱為“4D毫米波雷達”的奇怪物種正在吸引自動駕駛行業的注意。

那么，什么是4D毫米波雷達？對自動駕駛會有什么影響？未來激光雷達能被完全取代嗎？

4D毫米波雷達的興起

所謂的4D毫米波雷達實際上是傳統毫米波雷達的進化結果。

傳統的毫米波雷達通過發射錐形電磁波束，檢測回波，判斷車體與其他物體的相對距離、速度、角度和方位，然后由中央處理器做出決定。

在探測范圍上，傳統毫米波雷達只能探測距離、方位、速度三個維度。由于無法探測高度，裝有傳統毫米波雷達的車輛在行駛時經常會發生事故。

2016年6月，美國俄亥俄州一名白人在駕駛配備毫米波雷達的特斯拉自動駕駛儀時發生事故死亡。

特斯拉的官方描述解釋了這起事故:

當時Model S行駛在有中央隔離帶的雙向道路上，自動駕駛處于開放模式。這時，一輛拖車在垂直于Model S的方向橫穿馬路。

在強烈的陽光條件下，司機和自動駕駛儀未能注意到拖車的白色車身，因此未能及時啟動制動系統。由于拖車正在過馬路，車身較高，這種特殊情況導致Model S的前擋風玻璃在通過拖車時與拖車底部發生碰撞。

目前，傳統的毫米波雷達并不是自動駕駛汽車中的主要傳感器。然而，在4D毫米波雷達出現后，自動駕駛汽車的主傳感器將會易手。

4D毫米波雷達在原有的距離、方位、速度的基礎上增加了對目標的高維數據分析，可以實現“3D+速度”四維的信息感知，有效分析目標的輪廓、類別和行為。

這意味著4D毫米波雷達系統可以適應更復雜的路況，包括識別更小的物體、部分被遮擋的物體，以及檢測靜態物體和橫向移動的障礙物。

同時，4D毫米波雷達可以通過四種解決方案解決傳統毫米波雷達角分辨率低、點云密度低的問題:

提供基于傳統CMOS雷達芯片的軟件虛擬雷達孔徑；

將多個天線集成到一個芯片中，以直接提供成像雷達芯片；

級聯77GHz/79GHz標準雷達芯片；通過超材料研究和發展新的雷達結構。

我們先來看看軟件虛擬雷達的孔徑。其核心在于通過軟件仿真增加毫米波雷達的孔徑來提高角度分辨率。

角分辨率是雷達的指向精度。比如雷達指向精度是0.01弧度(換算成角度是0.6度)，那么自動駕駛車輛在100米的距離就可以獲得1米的分辨率。

在雷達中，角度分辨率與波長和孔徑大小有關。即波長越長，角分辨率越低，孔徑越大，分辨率越高。

傳統毫米波雷達多為24GHz，波長長，孔徑小，其特點注定了角分辨率低。如果擴大天線尺寸或增加天線數量，可以提高雷達性能，但成本、尺寸和功耗也會顯著增加。

4D毫米波雷達可以通過虛擬孔徑成像軟件算法和天線設計來模擬幾倍甚至幾十倍的天線，提高角分辨率。

來自美國的商用4D成像雷達公司EAGLE配備了虛擬孔徑成像軟件，可以動態發送相位調制的自適應波形。

波形可以跟隨環境的實時變化，隨時間對數據進行編碼，使雷達硬件的角度分辨率提高高達100倍。最后，可以在120°水平/30°垂直的寬視場中提供0.5°水平×1°垂直的角分辨率。

看成像雷達芯片。

毫米波雷達按照點云密度從低到高分為三種:24GHz、77GHz和79GHz，其中24GHz是市場主流，77GHz和79GHz處于初期量產階段。

點云密度低意味著自動駕駛車輛在行駛時無法對行人、車輛、樁體的點云進行成像，這使得僅配備毫米波雷達的車輛無法在復雜路段行駛。

目前4D毫米波雷達一般在77GHz及以上頻段，車輛行駛時可以實現類似激光點云的成像模式。

這項技術的代表公司是以色列初創公司Vayyar，其單片成像雷達可以通過獲取動態點云，構建實時、高分辨率的四維視覺座艙和汽車外部環境。

第三種是多芯片級聯。

芯片級聯可分為三種方式:二級級聯、四級級聯和八級級聯。通過將2 /4 /8個3發4發芯片連接成一個整體，形成6發8發16發/24發/32發芯片。

然而，這種傳統的提高角度分辨率的方法只是簡單地堆積更多的芯片和更多的天線。比如要把角度分辨率提高到1度，就需要級聯4個芯片，增加天線。然而，雷達硬件受到成本、尺寸和功耗的限制，很少有公司使用這種方法來提高角分辨率。

最后，超材料開發了一種新的雷達架構。

通過在超材料表面嵌入微結構，這種結構可以與電磁波傳播技術相結合，創造出比傳統電路小得多的電路。

Metawave是這類技術的代表公司，其SPEKTRA雷達通過模擬波束和不斷轉動波束，可以對350米以上的車輛和200米以上的行人進行探測和分類。

4D毫米波雷達的四種方案，針對傳統毫米波雷達的缺陷，逐一攻破，從而拿到L3自動駕駛儀的入場券。

4D毫米波雷達，自動駕駛的福音？

在主流的自動駕駛感知方案中，激光雷達憑借其高精度的成像能力一直占據著C位，一直發揮著不可替代的作用。

今年，車載級激光雷達已經在上車第一年量產，推向了大眾市場。年初以來，小鵬、蔚來、本田、豐田雷克薩斯、長城等車企紛紛宣布，將與激光雷達廠商聯合推出2021年激光雷達量產車型。

據悉，汽車級激光雷達量產后，其研發成本已降至數百美元。

長期扮演配角的毫米波雷達還有機會翻身做C位嗎？

Kobi Mrenko，Arbe公司的首席執行官，一位自主博士……ing解決方案提供商，曾經告訴GeekCr，未來4D成像雷達可以成為自動駕駛的核心部件。

在他看來，Arbe的4D毫米波雷達在現有雷達優勢的基礎上，可以通過四維感知環境，可以提供比傳統毫米波雷達和激光雷達更豐富的數據。

裝有激光雷達或毫米波雷達的車輛在行駛時主要感知外部環境，而4D毫米波雷達也能感知車輛內部環境。

比如Vayyar推出的單片成像雷達，可以通過采集點云來構建實時、高分辨率的四維可視化座艙。該方案可以提供安全帶提醒、手勢控制、嬰兒檢測報警等功能。

根據一些毫米波雷達廠商公布的量產計劃，4D毫米波車載雷達將于今年進入量產階段，成本相當于單臺激光雷達。

此外，品牌包括克魯斯、海拉、英飛凌、通用汽車、亞馬遜等。也在押注4D毫米波雷達賽道，采用4D毫米波雷達或投資相關公司。

法國市場研究機構yoledédevelopment預測，4D毫米波雷達將首先出現在豪華車和自動駕駛出租車上。

奧庫雷達亞太區總裁齊建軍也表示，未來4D毫米波雷達在L3及以上自動駕駛系統中會越來越重要。

4D毫米波雷達的到來可能會給L3自動駕駛儀注入新的血液。

4D毫米波雷達會取代激光雷達嗎？

“如果4D毫米波雷達能逼近激光雷達的精度，那么它就便宜，探測距離遠，或將取代激光雷達。”

提到4D毫米波雷達，一位激光雷達內部人士告訴新智家。

從靜態的角度來看，可能是這樣。從動態實踐的角度來看，也許不是。

Waymo的硬件總監SatishJeyachandran在配備4D毫米波雷達的第五代自動駕駛傳感系統發布后表示，沒有傳感器能夠獨自提供詳細的信息。

盡管4D毫米波雷達可以提供更多的信息，但它仍然存在缺陷。

4D毫米波雷達的毫米波本質仍然是傳統的毫米波雷達，具有毫米波雷達的電磁特性。

首先，當裝有4D毫米波雷達的車輛行駛時，由于角度變化，目標可能會有不同的雷達測量值。

數值的變化意味著測量結果可能不準確，從而影響自動駕駛汽車的決策失誤。

其次，4D毫米波雷達動態范圍大，運動目標散射復雜度高，可能會使雷達圖像模糊，影響4D毫米波雷達對物體的判斷。

雷達功能級只對穩定跟蹤的目標作出響應。即使4D毫米波雷達檢測到了發射特征較弱的目標，也不意味著可以穩定檢測甚至跟蹤。

比如行人等弱小目標起伏較大，4D毫米波雷達對其輪廓的描述隨時間不穩定，需要通過多幀數據進行統計分析。

Arbe Robotics的首席執行官兼聯合創始人KobiMarenko也認為，4D毫米波雷達不會取代激光雷達。

“在所有傳感器中，4D毫米波雷達具有較長的探測距離，這使得能夠更早地識別危險。然后，4D毫米波雷達可以將攝像頭和激光雷達傳感器的探測引導到相關區域，這將大大提高自動駕駛的安全性。”

他進一步補充說，4D毫米波雷達只是包括光學傳感器在內的自動駕駛傳感器系統的一部分。

總結

新舊技術的更迭不是零和游戲，在某些時候還可以相互借鑒。

就像142年前誕生的鎢燈，進化出了幾種類型的替代品，前者依然可以進入千家萬戶。

本質上，4D毫米波雷達可以配合激光雷達和攝像頭，以更低的成本促進行車安全，實現降本增效。

Arbe Robotics的創始人Marenko表示，自動駕駛汽車傳感器的成本不到1000美元就可以商業化。

或許在未來，功能與激光雷達相差無幾、成本僅占其一半的4D毫米波雷達，可以幫助自動駕駛行業ap……安全快速地。

屆時，業界普遍認為自動駕駛商業化將在2025年實現，或將加速。

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雷鋒的原創文章。未經授權，禁止轉載。詳見轉載說明。毫米波雷達此前被認為是輔助駕駛的核心，在L3及以上自動駕駛系統中的應用一直受到限制。

在4D毫米波雷達出現后，這種情況可能會有所改變，線索出現在近期相關企業對4D毫米波雷達方案的接觸和采用中。

剛剛，R Auto在深圳大運中心發布了一款新車:ES33。

這款車搭載了NVIDIA DRIVE AGX Orin計算芯片，計算能力500-1000+TOPS。

與同級競品相比，其最大的賣點之一就是配備了國內首創的優質4D毫米波雷達。

據悉，這款車目前在上海臨港工廠制造，將于2022年上市。

4D毫米波雷達在業內并不是一個特別陌生的詞:

Waymo在2020年初宣布，其第五代自動駕駛感知系統將配備4D毫米波雷達。

特斯拉軟件黑客“格林”曾經在Model 3中發現了一個名為“鳳凰”的新雷達選項，事實證明這是一個4D毫米波雷達。

華為在去年的北京車展上透露，它正在開發一種4D毫米波雷達。

上述所有信息都揭示了這個被稱為“4D毫米波雷達”的奇怪物種正在吸引自動駕駛行業的注意。

那么，什么是4D毫米波雷達？對自動駕駛會有什么影響？未來激光雷達能被完全取代嗎？

4D毫米波雷達的興起

所謂的4D毫米波雷達實際上是傳統毫米波雷達的進化結果。

傳統的毫米波雷達通過發射錐形電磁波束，檢測回波，判斷車體與其他物體的相對距離、速度、角度和方位，然后由中央處理器做出決定。

在探測范圍上，傳統毫米波雷達只能探測距離、方位、速度三個維度。由于無法探測高度，裝有傳統毫米波雷達的車輛在行駛時經常會發生事故。

2016年6月，美國俄亥俄州一名白人在駕駛配備毫米波雷達的特斯拉自動駕駛儀時發生事故死亡。

特斯拉的官方描述解釋了這起事故:

當時Model S行駛在有中央隔離帶的雙向道路上，自動駕駛處于開放模式。這時，一輛拖車在垂直于Model S的方向橫穿馬路。

在強烈的陽光條件下，司機和自動駕駛儀未能注意到拖車的白色車身，因此未能及時啟動制動系統。由于拖車正在過馬路，車身較高，這種特殊情況導致Model S的前擋風玻璃在通過拖車時與拖車底部發生碰撞。

目前，傳統的毫米波雷達并不是自動駕駛汽車中的主要傳感器。然而，在4D毫米波雷達出現后，自動駕駛汽車的主傳感器將會易手。

4D毫米波雷達在原有的距離、方位、速度的基礎上增加了對目標的高維數據分析，可以實現“3D+速度”四維的信息感知，有效分析目標的輪廓、類別和行為。

這意味著4D毫米波雷達系統可以適應更復雜的路況，包括識別更小的物體、部分被遮擋的物體，以及檢測靜態物體和橫向移動的障礙物。

同時，4D毫米波雷達可以通過四種解決方案解決傳統毫米波雷達角分辨率低、點云密度低的問題:

提供基于傳統CMOS雷達芯片的軟件虛擬雷達孔徑；

將多個天線集成到一個芯片中，以直接提供成像雷達芯片；

級聯77GHz/79GHz標準雷達芯片；通過超材料研究和發展新的雷達結構。

我們先來看看軟件虛擬雷達的孔徑。其核心在于通過軟件仿真增加毫米波雷達的孔徑來提高角度分辨率。

角分辨率是雷達的指向精度。比如雷達指向精度是0.01弧度(換算成角度是0.6度)，那么自動駕駛車輛在100米的距離就可以獲得1米的分辨率。

在雷達中，角度分辨率與波長和孔徑大小有關。即波長越長，角分辨率越低，孔徑越大，分辨率越高。

傳統毫米波雷達多為24GHz，波長長，孔徑小，其特點注定了角分辨率低。如果擴大天線尺寸或增加天線數量，可以提高雷達性能，但成本、尺寸和功耗也會顯著增加。

4D毫米波雷達可以通過虛擬孔徑成像軟件算法和天線設計來模擬幾倍甚至幾十倍的天線，提高角分辨率。

來自美國的商用4D成像雷達公司EAGLE配備了虛擬孔徑成像軟件，可以動態發送相位調制的自適應波形。

波形可以跟隨環境的實時變化，隨時間對數據進行編碼，使雷達硬件的角度分辨率提高高達100倍。最后，可以在120°水平/30°垂直的寬視場中提供0.5°水平×1°垂直的角分辨率。

看成像雷達芯片。

毫米波雷達按照點云密度從低到高分為三種:24GHz、77GHz和79GHz，其中24GHz是市場主流，77GHz和79GHz處于初期量產階段。

點云密度低意味著自動駕駛車輛在行駛時無法對行人、車輛、樁體的點云進行成像，這使得僅配備毫米波雷達的車輛無法在復雜路段行駛。

目前4D毫米波雷達一般在77GHz及以上頻段，車輛行駛時可以實現類似激光點云的成像模式。

這項技術的代表公司是以色列初創公司Vayyar，其單片成像雷達可以通過獲取動態點云，構建實時、高分辨率的四維視覺座艙和汽車外部環境。

第三種是多芯片級聯。

芯片級聯可分為三種方式:二級級聯、四級級聯和八級級聯。通過將2 /4 /8個3發4發芯片連接成一個整體，形成6發8發16發/24發/32發芯片。

然而，這種傳統的提高角度分辨率的方法只是簡單地堆積更多的芯片和更多的天線。比如要把角度分辨率提高到1度，就需要級聯4個芯片，增加天線。然而，雷達硬件受到成本、尺寸和功耗的限制，很少有公司使用這種方法來提高角分辨率。

最后，超材料開發了一種新的雷達架構。

通過在超材料表面嵌入微結構，這種結構可以與電磁波傳播技術相結合，創造出比傳統電路小得多的電路。

Metawave是這類技術的代表公司，其SPEKTRA雷達通過模擬波束和不斷轉動波束，可以對350米以上的車輛和200米以上的行人進行探測和分類。

4D毫米波雷達的四種方案，針對傳統毫米波雷達的缺陷，逐一攻破，從而拿到L3自動駕駛儀的入場券。

4D毫米波雷達，自動駕駛的福音？

在主流的自動駕駛感知方案中，激光雷達憑借其高精度的成像能力一直占據著C位，一直發揮著不可替代的作用。

今年，車載級激光雷達已經在上車第一年量產，推向了大眾市場。年初以來，小鵬、蔚來、本田、豐田雷克薩斯、長城等車企紛紛宣布，將與激光雷達廠商聯合推出2021年激光雷達量產車型。

據悉，汽車級激光雷達量產后，其研發成本已降至數百美元。

長期扮演配角的毫米波雷達還有機會翻身做C位嗎？

Kobi Mrenko，Arbe公司的首席執行官，一位自主博士……ing解決方案提供商，曾經告訴GeekCr，未來4D成像雷達可以成為自動駕駛的核心部件。

在他看來，Arbe的4D毫米波雷達在現有雷達優勢的基礎上，可以通過四維感知環境，可以提供比傳統毫米波雷達和激光雷達更豐富的數據。

裝有激光雷達或毫米波雷達的車輛在行駛時主要感知外部環境，而4D毫米波雷達也能感知車輛內部環境。

比如Vayyar推出的單片成像雷達，可以通過采集點云來構建實時、高分辨率的四維可視化座艙。該方案可以提供安全帶提醒、手勢控制、嬰兒檢測報警等功能。

根據一些毫米波雷達廠商公布的量產計劃，4D毫米波車載雷達將于今年進入量產階段，成本相當于單臺激光雷達。

此外，品牌包括克魯斯、海拉、英飛凌、通用汽車、亞馬遜等。也在押注4D毫米波雷達賽道，采用4D毫米波雷達或投資相關公司。

法國市場研究機構yoledédevelopment預測，4D毫米波雷達將首先出現在豪華車和自動駕駛出租車上。

奧庫雷達亞太區總裁齊建軍也表示，未來4D毫米波雷達在L3及以上自動駕駛系統中會越來越重要。

4D毫米波雷達的到來可能會給L3自動駕駛儀注入新的血液。

4D毫米波雷達會取代激光雷達嗎？

“如果4D毫米波雷達能逼近激光雷達的精度，那么它就便宜，探測距離遠，或將取代激光雷達。”

提到4D毫米波雷達，一位激光雷達內部人士告訴新智家。

從靜態的角度來看，可能是這樣。從動態實踐的角度來看，也許不是。

Waymo的硬件總監SatishJeyachandran在配備4D毫米波雷達的第五代自動駕駛傳感系統發布后表示，沒有傳感器能夠獨自提供詳細的信息。

盡管4D毫米波雷達可以提供更多的信息，但它仍然存在缺陷。

4D毫米波雷達的毫米波本質仍然是傳統的毫米波雷達，具有毫米波雷達的電磁特性。

首先，當裝有4D毫米波雷達的車輛行駛時，由于角度變化，目標可能會有不同的雷達測量值。

數值的變化意味著測量結果可能不準確，從而影響自動駕駛汽車的決策失誤。

其次，4D毫米波雷達動態范圍大，運動目標散射復雜度高，可能會使雷達圖像模糊，影響4D毫米波雷達對物體的判斷。

雷達功能級只對穩定跟蹤的目標作出響應。即使4D毫米波雷達檢測到了發射特征較弱的目標，也不意味著可以穩定檢測甚至跟蹤。

比如行人等弱小目標起伏較大，4D毫米波雷達對其輪廓的描述隨時間不穩定，需要通過多幀數據進行統計分析。

Arbe Robotics的首席執行官兼聯合創始人KobiMarenko也認為，4D毫米波雷達不會取代激光雷達。

“在所有傳感器中，4D毫米波雷達具有較長的探測距離，這使得能夠更早地識別危險。然后，4D毫米波雷達可以將攝像頭和激光雷達傳感器的探測引導到相關區域，這將大大提高自動駕駛的安全性。”

他進一步補充說，4D毫米波雷達只是包括光學傳感器在內的自動駕駛傳感器系統的一部分。

總結

新舊技術的更迭不是零和游戲，在某些時候還可以相互借鑒。

就像142年前誕生的鎢燈，進化出了幾種類型的替代品，前者依然可以進入千家萬戶。

本質上，4D毫米波雷達可以配合激光雷達和攝像頭，以更低的成本促進行車安全，實現降本增效。

Arbe Robotics的創始人Marenko表示，自動駕駛汽車傳感器的成本不到1000美元就可以商業化。

或許在未來，功能與激光雷達相差無幾、成本僅占其一半的4D毫米波雷達，可以幫助自動駕駛行業ap……安全快速地。

屆時，業界普遍認為自動駕駛商業化將在2025年實現，或將加速。

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