現(xiàn)有感知系統(tǒng)的瓶頸 是自動駕駛邁進(jìn)量產(chǎn)階段的重要難題

現(xiàn)有感知系統(tǒng)的瓶頸，成為自動駕駛邁進(jìn)量產(chǎn)階段的大難題之一。

感知部分至關(guān)重要，它要求能夠在任何環(huán)境條件下實時識別物體。在碰到比如空中漂浮的塑料袋，可能意味著一輛自動駕駛汽車能適當(dāng)?shù)刈⒁獠ζ湟暥灰?，而不是采取緊急剎車或者避讓的動作。

高分辨率毫米波雷達(dá)，就是下一代感知的代表性技術(shù)趨勢。

近日，總部位于以色列特拉維夫的初創(chuàng)公司Arbe開發(fā)了一款高分辨率雷達(dá)芯片組，該公司稱這將改變汽車行業(yè)的游戲規(guī)則。同時，新一輪融資3200萬美元（其中，來自中國的北汽產(chǎn)投參與了此輪融資），正在助推其加快量產(chǎn)進(jìn)度，這是其接下來一年的重點。

目前，Arbe已經(jīng)有5家Tier1客戶，其中2家在中國，3家在歐洲。這款自主研發(fā)的高分辨率雷達(dá)芯片組，可以匹配ADAS及自動駕駛系統(tǒng)，在寬視場范圍內(nèi)，以高水平和垂直分辨率遠(yuǎn)距離識別和跟蹤數(shù)百個目標(biāo)。

相比于目前市場上的雷達(dá)芯片組，Arbe的方案解決了許多問題，包括消除假警報。同時，還可以實時處理4D成像產(chǎn)生的大量信息，并減輕雷達(dá)的相互干擾。

雷達(dá)的優(yōu)勢眾所周知，使用無線電波而不是傳統(tǒng)激光束（當(dāng)然，目前市場上也已經(jīng)出現(xiàn)越來越多的FMCW激光雷達(dá)解決這一問題）來探測物體，這使得雷達(dá)能夠直接測量周圍物體的速度。同時，與光波相比，損耗的能量更少，這意味著雷達(dá)可以在更遠(yuǎn)的距離上工作。

此外，雷達(dá)在所有天氣和照明條件下保持功能。然而，該技術(shù)傳統(tǒng)上受到低分辨率的限制，這一缺點使雷達(dá)容易產(chǎn)生誤報，無法識別靜止以及橫向移動的物體。近年來，高分辨率技術(shù)的突破也成為整個毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈的趨勢。

當(dāng)然，最最重要的是，基于高分辨率雷達(dá)和攝像頭的組合，自動駕駛可以實現(xiàn)低成本感知解決方案，同時高分辨率雷達(dá)還可以提供類似高精度地圖的采樣。

Arbe成立于2015年，最初專注于為機(jī)器人和無人機(jī)行業(yè)制造雷達(dá)傳感器。一年后，這家公司開始涉足汽車行業(yè)。和傳統(tǒng)雷達(dá)公司一樣，一開始Arbe購買外部供應(yīng)商的芯片來做產(chǎn)品研發(fā)，但很快意識到，市場上沒有足夠強(qiáng)大的芯片組來處理預(yù)想的高分辨率雷達(dá)數(shù)據(jù)。

對于研發(fā)高分辨率毫米波雷達(dá)，這家公司創(chuàng)始人表示，目前還沒有一款成熟的量產(chǎn)傳感器，可以響應(yīng)整個駕駛場景，包括識別和評估風(fēng)險、以及執(zhí)行路徑規(guī)劃的能力。

而行業(yè)存在的兩個主要問題：首先，我們還沒有一個能夠達(dá)到這種性能水平的傳感器套件。第二，許多L4級自動駕駛傳感器套件依賴于價格還比較昂貴的激光雷達(dá)，這限制了量產(chǎn)的進(jìn)度。

一款價格合理、足夠強(qiáng)大的傳感器，可以用于ADAS和自動駕駛，是巨大的藍(lán)海市場。尤其是讓自動駕駛汽車從概念驗證階段過渡到量產(chǎn)階段，更是如此。

傳統(tǒng)雷達(dá)芯片供應(yīng)商NXP為毫米波雷達(dá)描繪的路線圖就是從傳統(tǒng)的簡單目標(biāo)檢測到環(huán)境測繪（點云模式），從而應(yīng)對越來越復(fù)雜的任務(wù)?！昂唵蔚卣f，就是提高目前毫米波雷達(dá)的分辨率，以達(dá)到今天激光雷達(dá)的水平?！?/p>

目前，市面上也有不少芯片廠商推出了可以支持高分辨率毫米波雷達(dá)的產(chǎn)品方案（包括NXP、TI、英飛凌等傳統(tǒng)雷達(dá)芯片巨頭），但實現(xiàn)超高分辨率雷達(dá)的最大障礙之一是分析大量信息所需的處理能力。

這是Arbe選擇的切入點，基于自主研發(fā)的專利芯片組和人工智能算法。此外，一套后處理軟件棧還包括一個基于雷達(dá)的、由人工智能支持的SLAM解決方案，執(zhí)行實時聚類、跟蹤和自定位，以及假目標(biāo)濾波，以及基于雷達(dá)和攝像頭融合的對象分類。

在該公司創(chuàng)始人看來，盡管人工智能幾乎應(yīng)用于所有行業(yè)，但他們認(rèn)為，自動駕駛是最難的人工智能挑戰(zhàn)之一。有許多變量需要實時考慮。對于Arbe來說，AI放大了突破性的雷達(dá)技術(shù)。

另一家同樣來自以色列的4D雷達(dá)初創(chuàng)公司Vayyar ，近日也在D輪融資中拿到了1.09億美元，以擴(kuò)大其4D雷達(dá)成像技術(shù)的應(yīng)用范圍。到目前為止，這家公司的資金總額已經(jīng)達(dá)到為1.88億美元。

這家公司起初的業(yè)務(wù)也并非汽車行業(yè)，公司的第一款產(chǎn)品是一種乳腺癌檢測的替代方案，利用射頻技術(shù)觀察人體組織并檢測惡性腫瘤的生長。

Vayyar公司聲稱，他們的芯片有72個發(fā)射器和72個接收器，可以在沒有攝像頭的情況下追蹤和繪制所有東西。它可以探測障礙物，并對人的位置、運(yùn)動、身高、姿勢和生命體征進(jìn)行無線監(jiān)控，在所有照明和天氣條件下都可以實時監(jiān)控。

該公司表示，一個關(guān)鍵的區(qū)別在于它能夠“看穿”墻壁、緊閉的門和其他固體物體。目前，這家公司的三大主要市場是汽車、零售和智能家居。

其中，汽車行業(yè)的應(yīng)用目前主要瞄準(zhǔn)座艙內(nèi)的監(jiān)控。Vayyar基于自有芯片的雷達(dá)傳感器方案，可以實現(xiàn)車內(nèi)乘客的位置和分類、乘員的尺寸、生命體征和姿勢分析。

考慮到目前芯片的探測距離只有100米左右，Vayyar公司希望先把市場重點放在座艙方案上，目前已經(jīng)與法雷奧、佛吉亞等TIer1進(jìn)行合作。

在去年的巴黎車展上，法雷奧宣布將把Vayyar的雷達(dá)傳感器與產(chǎn)品整合在一起，以監(jiān)測嬰兒的呼吸，并在緊急情況下觸發(fā)警報。這包括嬰兒被單獨(dú)留在車內(nèi)的情況。兩家公司的目標(biāo)是為大規(guī)模生產(chǎn)做好準(zhǔn)備，改變汽車行業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)。

毫米波雷達(dá)的另一大革命性技術(shù)突破，還來自于5G技術(shù)。華為公司上個月在一次公開活動中表示，公司正在利用5G技術(shù)研發(fā)用于自動駕駛車輛的毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)，作為車載傳感器“生態(tài)系統(tǒng)”的一部分。

從毫米波技術(shù)角度來看看，5G和汽車?yán)走_(dá)具有需要測量的共同功能特性，如信號阻塞、輻射干擾、波束寬度選擇等。

同時，汽車?yán)走_(dá)必須解決四個主要的問題，也適用于5G，因為這四個問題——降雨衰減、菲涅耳區(qū)、路徑損失和地面反射——目前的方案都是存在瓶頸的，無論設(shè)備在車上還是在基站塔上。

在核心組成硬件上，兩者都有相似的部件，例如移相器、本地振蕩器、射頻放大器和混頻器，主要區(qū)別是5G無線電的調(diào)制能力。兩者都可能包括上行和下行轉(zhuǎn)換，但對于5G，市場應(yīng)用主要是對信息帶寬的增加。

比如5G和高分辨率汽車?yán)走_(dá)都會使用的MIMO技術(shù)，其代表多輸入、多輸出的一種天線形式，通過將發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量增加數(shù)倍來提高效率。更重要的是，MIMO天線可以在相同的信道上發(fā)送和接收信號，而不需要增加容量，也不需要犧牲頻譜。

MIMO技術(shù)還可用于提高角分辨率，這是目前汽車毫米波雷達(dá)的主要性能瓶頸之一。MIMO使形成虛擬陣列成為可能，從而產(chǎn)生一個更集中的波束形成（Beamforming）。這意味著，MIMO雷達(dá)能夠探測到的目標(biāo)數(shù)目通常比傳統(tǒng)的雷達(dá)要多得多，還可以提供更好的空間分辨率和改進(jìn)的干擾抑制能力。

應(yīng)用于5G的Massive MIMO，則在傳統(tǒng)的2D-MIMO基礎(chǔ)上，引入了垂直維度的空域（就好像傳統(tǒng)汽車毫米波雷達(dá)增加了縱向信號），信號的輻射狀是個電磁波束，也被稱為3D-MIMO。基于3D-MIMO技術(shù)，意味著解決了傳統(tǒng)汽車毫米波雷達(dá)無法識別物體形狀以及行人檢測能力弱的問題。

而另一家4D毫米波雷達(dá)公司，傲酷雷達(dá)則創(chuàng)造了獨(dú)有的理論及軟件算法，在MIMO的基礎(chǔ)上做成高倍數(shù)虛擬MIMO，在原來物理天線數(shù)基礎(chǔ)上虛擬出十倍的天線數(shù)，成功地把角分辨率從10度直接提升到1度。

傲酷的4D點云成像技術(shù)可以在靜止對靜止檢測，低速移動，高速移動的情況下，可以對周邊的車輛、行人（含橫穿的車輛、行人）等高清全息探測。同時，四個FOV120度角雷達(dá)，可以形成360度環(huán)視點云，探測半徑可達(dá)200米。

此外，在車路協(xié)同感知方面，有了4D成像技術(shù)的加持，雷達(dá)在路側(cè)同樣可以精確感知復(fù)雜的道路環(huán)境，在大型路口及高速沿線可以對靜止的和運(yùn)動中的行人、車輛等的進(jìn)行全息感知。

這為傳統(tǒng)的交通測速雷達(dá)帶來了質(zhì)的提升，尤其4D雷達(dá)和視頻在點云像素級融合后，更可以充分發(fā)揮各自傳感器的優(yōu)勢，對各種移動和靜止的大小車輛、摩托車、行人以及其他目標(biāo)進(jìn)行精確分類和連續(xù)追蹤。

通過V2X和5G，把在上帝視角下感知到信息傳給車端，和車端傳感器融合，可以極大地改善單車的感知水平，消除盲區(qū)，獲得超視距的感知能力等。

傲酷提供的雷視一體雷達(dá)尤其擅長于大規(guī)模復(fù)雜路口、人車流混雜的車路協(xié)同場景應(yīng)用。當(dāng)然也可以完成傳統(tǒng)ITS功能，如流量及排隊長度統(tǒng)計、交通事件報告等。

由此可見，隨著高分辨率雷達(dá)技術(shù)進(jìn)入量產(chǎn)前的最后驗證階段，從道路、車端及艙內(nèi)監(jiān)控等多個細(xì)分市場將為其打開新的市場空間。