4D毫米波雷達能否取代激光雷達？

4D毫米波雷達的問世為沉寂的毫米波雷達賽道贏得了廣泛的關(guān)注。

9月27日，上汽集團作為切入中高端電動車市場的主力軍飛凡R7正式發(fā)布，單從配置表中也能看出上汽在該款車型上承載的厚望：三聯(lián)屏設(shè)計、華為AR-HUD、激光雷達、高通8155芯片等一系列“內(nèi)卷”配置均集中在一臺售價約25萬元的車型上。在眼花繚亂的配置中，較為值得注意的是該車型搭載的2顆采埃孚4D成像毫米波雷達，讓R7成為了目前為數(shù)不多搭載4D毫米波雷達的車型。

而在供給側(cè)，4D毫米波雷達的”戰(zhàn)場“已然火熱。近日，維寧爾（Veoneer）宣布與4D毫米波雷達方案商Arbe合作，共同研發(fā)汽車雷達，以提升自動駕駛性能安全。大陸、采埃孚、博世、海拉，以及國內(nèi)經(jīng)緯恒潤、森斯泰克、福瑞泰克等企業(yè)也均布局了4D毫米波雷達市場。

為何Tier 1巨頭紛紛斥資布局該賽道？4D毫米波雷達能否解決市場痛點？它能否取代激光雷達？基于以上疑問和思考，虎嗅智庫通過桌面調(diào)研和專家訪談的形式對4D毫米波雷達進行深入了解，并發(fā)布了《4D毫米波雷達能否取代激光雷達？》報告。

毫米波雷達是自動駕駛必不可少傳感器之一，但仍存在諸多挑戰(zhàn)

在國內(nèi)外，自動駕駛感知解決方案通常分為兩大陣營。一類是以特斯拉為代表的“純視覺”解決方案，堅持以攝像頭作為主傳感器，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)收集。另一類則是“組合傳感器”陣營，以攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等傳感器進行融合感知。

無論采用哪一種解決方案，毫米波雷達都是必不可少的傳感器。蔚來、小鵬、理想、威馬、極狐等品牌車型均配備了約5個毫米波雷達，可見毫米波雷達在自動駕駛感知中的重要程度。 目前，77GHz的中長距毫米波雷達是搭載在車端的主流方案，主要用于支持ADAS中的自適應(yīng)巡航（ACC）、自動緊急制動（AEB）、前方碰撞預(yù)警（FCW）、變道輔助系統(tǒng)（LCA）等功能。

然而，毫米波雷達在實際使用中也存在著諸多問題：

傳統(tǒng)毫米波雷達通道數(shù)偏少，單顆雷達視場角的局限性明顯，會出現(xiàn)檢測盲區(qū)， 需要依靠多顆雷達進行補足。

毫米波雷達的探測能力偏弱， 受噪點干擾明顯，容易出現(xiàn)誤檢和漏檢的情況。

毫米波雷達在物體探測中只有物體的方位、距離、速度三維數(shù)據(jù)，缺少了高度數(shù)據(jù)， 無法對不同高度的物體進行識別區(qū)分。

高度信息的增加，讓毫米波雷達“看得更全面”

4D毫米波雷達，也稱為成像雷達，在原有的功能基礎(chǔ)上增加了高度信息，能夠探測出物體的方位、距離、速度、高度四維數(shù)據(jù)。同時，4D毫米波雷達具有像素級的角分辨率，可解析出目標(biāo)物體的輪廓， 讓毫米波雷達實現(xiàn)近似于激光雷達的成像功能。

傳統(tǒng)毫米波雷達由于缺少高度的信息，導(dǎo)致視角中只有一個平面，無法區(qū)分目標(biāo)物體是在“路上”還是在“空中”。這讓毫米波雷達在自動駕駛感知中，尤其是在靜態(tài)物體識別上無法有效發(fā)揮其作用。高度信息的增加可以讓毫米波雷達不再“一視同仁”：4D毫米波雷達可通過不同高度數(shù)據(jù)識別前方物體是屬于無需避讓的路牌或者信號燈，還是一個需要緊急避讓的車輛或行人，大幅提升了毫米波在靜態(tài)物體識別上的置信度。

同時，傳統(tǒng)毫米波雷達有分辨率低，噪點多等缺點， 而4D毫米波雷達通過增加實際或虛擬的天線數(shù)，有效提升角分辨率，并生成更多的點云，在原始數(shù)據(jù)上能夠成像出目標(biāo)物體的基本輪廓、邊緣、外形。 通過深度學(xué)習(xí)后，毫米波雷達也能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)分行人、自行車、汽車、卡車等不同目標(biāo)。例如，大陸集團的ARS540是行業(yè)中最早的4D成像毫米波雷達，其水平角分辨率可以達到1.2°，垂直角分辨率達到2.3°，水平方位角可達60°。

表：大陸集團ARS540參數(shù)

來源：虎嗅智庫

• 4D毫米波雷達暫無法取代以高性能成像為核心的長距激光雷達，但在側(cè)向雷達上有望加速上車

自動駕駛車輛對于前向的探測精準(zhǔn)度要求極高， 車輛在向前行駛時必須能夠精準(zhǔn)探測并識別出前方物體的類型、距離、方位、速度維度的信息，任何誤報或漏報都有可能直接導(dǎo)致事故的發(fā)生。激光雷達通過對周圍環(huán)境掃描能夠形成3D圖像模型，每秒能夠在橫向120°視場范圍生成百萬級的點云量，其點云密度足夠滿足各級別自動駕駛的感知需求。

4D毫米波雷達雖然同樣具有成像功能，但是在點云密度和質(zhì)量上仍然無法與激光雷達性能媲美，也較難滿足高級別自動駕駛的感知需求。4D毫米波雷達的水平縱向分辨率通常在1°以上，例如大陸ARS540雷達分辨率為1.2°×2.3°。 恩智浦宣布了S32R45雷達芯片的量產(chǎn)，并且稱配合軟件算法后分辨率可以達到1°以內(nèi)。 但是， 從當(dāng)前時間節(jié)點來看，4D毫米波雷達在點云密度和質(zhì)量上與主傳感器激光雷達仍存在較大的差距，無法取代用于前向感知的長距離激光雷達。

Mobileye在CES大會上提出，到2025年L4級別自動駕駛感知方案中將只搭載一顆前向激光雷達， 側(cè)向?qū)⒂昧w4D毫米波雷達來代替兩顆激光雷達，以實現(xiàn)L4級別感知功能，并達到大幅縮減成本的目的。

圖：Mobileye L4感知方案示意圖

來源：虎嗅智庫

虎嗅智庫判斷，雖然4D毫米波雷達已經(jīng)具有了成像功能，但是與高性能長距激光雷達相比在點云密度上仍存在體量級差距，當(dāng)前難以撼動激光雷達在前向感知中的市場地位。然而，在側(cè)向感知中，4D毫米波雷達借助其在測速和測距等方面的優(yōu)勢將有較大發(fā)展?jié)摿?，未來可能與近場補盲激光雷達同臺競爭。