4D毫米波雷達(dá)是什么?4D毫米波雷達(dá)有那些應(yīng)用？

4D毫米波雷達(dá)是什么?4D毫米波雷達(dá)改善了3D毫米波重大缺陷，是智駕感知層技術(shù)路線的一支。

實(shí)現(xiàn)汽車智能駕駛需要感知層、決策層、執(zhí)行層三大核心系統(tǒng)的高效配合，其中感知層通過傳感器探知周圍的環(huán)境，目前市場上主流的汽車智能駕駛感知系統(tǒng)包括視覺感知、超聲波感知、毫米波感知、激光感知等技術(shù)路線。

分支毫米波雷達(dá)是通過天線發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)，利用反射回波與發(fā)射波的時(shí)間差可計(jì)算出目標(biāo)距離。此外，毫米波雷達(dá)可也基于多普勒原理，通過發(fā)射與反射信號的頻率差異可以精確測量目標(biāo)相對于雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度，進(jìn)一步通過多目標(biāo)檢測與跟蹤算法實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)分離與跟蹤。

目前主流毫米波雷達(dá)主要功能為測角、測距與測速，故也稱之為3D毫米波雷達(dá)。此前特斯拉Auto Pilot就是由3D毫米波提供運(yùn)算支持，但是3D毫米波雷達(dá)固有的缺陷為無法測量物體高度，從而使其不能識(shí)別前方靜止物體是否會(huì)對車輛通行產(chǎn)生影響。

除此之外，3D毫米波雷達(dá)另一個(gè)缺陷是信噪比太低，存在大量誤測。當(dāng)視覺感知結(jié)果與3D毫米波雷達(dá)的結(jié)果發(fā)生沖突的時(shí)候，通常會(huì)屏蔽掉后者，這或是特斯拉Auto Pilot出現(xiàn)多次事故的原因。2021年5月，特斯拉宣布為北美市場制造的Model 3和Model Y將不配備毫米波雷達(dá)，Auto Pilot將由攝像頭系統(tǒng)提供運(yùn)算支持。

4D毫米波雷達(dá)相比傳統(tǒng)雷達(dá)，增加了俯仰角的測量信息，并且角度分辨率可達(dá)到亞度(<1°)級別，能夠通過輸出大量的測量點(diǎn)清晰地呈現(xiàn)出目標(biāo)障礙物的輪廓。4D成像雷達(dá)也能通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)呈現(xiàn)的點(diǎn)云圖像信息，對道路的使用者和障礙物進(jìn)行目標(biāo)檢測及分類，可在最遠(yuǎn)300m處檢測、區(qū)分、追蹤多個(gè)靜止和移動(dòng)的目標(biāo)。此外，4D成像雷達(dá)在前前車剎車，防止連續(xù)追尾以及大光比、惡劣天氣等場景下能夠保持較好的性能。

4D 毫米波雷達(dá)具有諸多優(yōu)勢：

(1)性能方面：全天候：毫米波的波長比可見光 和紅外線更長，可以穿透微小的障礙物，不受天氣影響，具有“全天候”的特 點(diǎn);

具備精確速度信息：毫米波雷達(dá)對速度信息感知精準(zhǔn)，有效助力算法識(shí)別 物體運(yùn)動(dòng)軌跡和方向;

相對稠密的點(diǎn)云信息：4D 毫米波雷達(dá)可以輸出包含速 度、方位角、俯仰角、距離 4 個(gè)維度的點(diǎn)云信息，并且點(diǎn)云密度相比傳統(tǒng)的毫 米波雷達(dá)大幅提升，為算法提供助力。

(2)成本方面：毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈歷經(jīng) 多年發(fā)展相對成熟，芯片走向成熟化，算法端在近年日益完善，4D 毫米波雷達(dá) 擁有較好的降本潛力。因此 4D 毫米波雷達(dá)有望成為自動(dòng)駕駛不可或缺的傳感 器之一，助力功能落地。

智能汽車系列：《4D成像毫米波雷達(dá)，自動(dòng)駕駛最佳輔助》報(bào)告來源：幻影視界。

多方案提升分辨率，技術(shù)逐漸成熟，大規(guī)模上車指日可待

分辨率是衡量 4D 成像毫米波雷達(dá)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，行業(yè)致力于盡可能高的提 升分辨率以助力整車智能駕駛。提升分辨率有多種路徑，可分為軟件和硬件兩 類方案，硬件方案有：芯片級聯(lián)、芯片集成、超材料改進(jìn)天線等，軟件方案 有：虛擬孔徑成像、超分辨率算法等。目前 4D 成像毫米波雷達(dá)仍處于起步階 段，多種技術(shù)路線并存，預(yù)計(jì)經(jīng)過對性能與成本的權(quán)衡，路線最終將走向收 斂。同時(shí)，伴隨硬件集成化程度不斷提升，產(chǎn)品成本有望持續(xù)下降，疊加信號 處理以及融合處理算法逐漸成熟，大規(guī)模上車應(yīng)用指日可待。

產(chǎn)業(yè)鏈包含上游零部件廠商及中游整機(jī)廠商，機(jī)會(huì)良多

4D 成像毫米波雷達(dá)上游零部件降本空間較大。4D 成像毫米波雷達(dá)上游產(chǎn)品主 要為射頻芯片、處理芯片、高頻 PCB 以及算法。

(1)射頻芯片與處理芯片：毫 米波雷達(dá)核心部件，研發(fā)壁壘高。目前市場主要以英飛凌、恩智浦、TI 等海外 巨頭為主，國內(nèi)如加特蘭等廠商亦逐步實(shí)現(xiàn)突破。芯片呈現(xiàn) SoC 集成化趨勢， 產(chǎn)品降本增效，優(yōu)勢玩家地位有望強(qiáng)化。

(2)高頻 PCB：價(jià)值量較高，新技術(shù) 如天線片上集成等方案有望推動(dòng)降本進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品出貨量提升。

(3)算法：分 為信號處理算法和數(shù)據(jù)處理算法。其中信號處理算法與射頻芯片和天線存在一 定耦合性仍有較高技術(shù)壁壘，數(shù)據(jù)處理算法有上移到域控制器的趨勢，同時(shí)數(shù) 據(jù)處理算法以及自動(dòng)駕駛算法目前走向趨同，算法開發(fā)成本有望被攤薄。

中游雷達(dá)制造廠商競爭激烈，存在上中游垂直一體化。

4D 成像毫米波雷達(dá)的中 游廠商可分為具有毫米波雷達(dá)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)大廠，以及新切入賽道的自動(dòng)駕 駛方案商與初創(chuàng)廠商，競爭激烈;同時(shí)部分公司既是零部件供應(yīng)商又是雷達(dá)制 造商，實(shí)現(xiàn)垂直一體化，具有成本和性能優(yōu)勢。目前 4D 成像毫米波雷達(dá)行業(yè) 整體處于發(fā)展初期，技術(shù)路線多元，國內(nèi)外玩家起點(diǎn)接近，國內(nèi)廠商有望抓住 整車廠驗(yàn)證 4D 成像毫米波雷達(dá)的窗口期，迎頭趕上，占據(jù)一席之地。