自动驾驶--4D毫米波新时代

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毫米波雷达在自动驾驶领域扮演着关键角色，特别是在L2级别自动驾驶中，它与摄像头结合，提供了AEB、ACC等辅助驾驶功能。然而，在L4级别以上的高阶自动驾驶中，由于3D毫米波雷达缺乏高度维的测量能力，它只能作为辅助传感器使用。为了克服这一限制，4D毫米波雷达应运而生。这种雷达通过重新布局天线列阵，将3D毫米波雷达的线阵改进为特殊面阵，实现了对目标方位、距离、速度、高度四维数据的精准获取，使其有可能成为高阶无人驾驶的主传感器。通过“摄像头+雷达”的组合方式，多源数据融合后实现感知成像3D化，精确估计障碍物的位置、大小、朝向成为可能。此外，4D毫米波雷达相比lidar具有低成本、低损坏率的特点，在粉尘、雨雪天气较多的场景中具有无可比拟的优势。

目前市场上的4D毫米波雷达种类繁多，主要包括级联方案、多通道集成方案和虚拟孔径成像方案。以下是一些具有代表性的产品厂家和产品参数。

3.1 Arbe雷达：采用多通道集成方案，以Arbe公司为代表的产品具备高性能、低单位通道成本的优势，但由于ASIC算法固化的特性，更适合技术成熟后量产。Arbe公司共发布了2款产品，48发48收毫米波雷达芯片组Phoenix作为前雷达；以及24发12收毫米波雷达芯片组Lynx，作为角雷达。Phoenix配置了48发48收的面阵天线布局，虚拟通道数量达到2304个，大幅度提高4D毫米波雷达探测精度。其高分辨率4D毫米波成像雷达性能采用77-79GHz频段，测距范围300m，最高距离分辨率0.1m，视场角范围水平向100度俯仰向30度，水平角分辨率1度俯仰角分辨率1.8度。实际测试效果良好，对于人、摩托车、汽车等目标都有大量的点云，可以获得低线束的激光雷达效果，能够实现良好的障碍物区分。

3.2 傲酷雷达：采用虚拟孔径方案，通过软件算法能力进行虚拟孔径的成像，突破了硬件性能瓶颈的限制，极大的提高了角分辨率。傲酷公司主要有两种产品：FALCON系列雷达（单芯片3发4收+虚拟孔径）；EAGLE系列雷达（2片3发4收的芯片级联+虚拟孔径）。Eagle 4D毫米波雷达基于传统3发4收芯片做双级联方案，增加物理通道数，同时采用虚拟孔径成像软件算法，通过“调频+调相+调幅”的方式虚拟出240个通道，从而将水平和俯仰向的角分辨率都提升到1度以内。Eagle 4D毫米波成像雷达性能采用77-79GHz频段，测距范围400m，最高距离分辨率0.86m，视场角范围方位向110度俯仰向45度，水平角分辨率0.5度俯仰角分辨率1.0度。实际测试效果良好，对于卡车、人、摩托车等目标都有大量的点云，甚至可以准确的估计出大型车辆的长度信息。

3.3 大陆雷达：采用级联方案，将四颗3发4收的MIMO芯片进行级联，构成12发16收的MIMO雷达阵列，实现通道数的增加。大陆AR540雷达的测距范围300m，距离分辨率为0.4m，视场角范围水平120度俯仰向40度，水平角分辨率1.2度俯仰角分辨率2.3度。实际测试效果良好，对于道路石墩子、栅栏、车辆轮廓都有点云的描述。

3.4 森斯泰克：采用级联方案进行4D成像雷达的快速开发，其4D雷达STA77-8已列装于长安深蓝SL03车型，采用4片级联的方案，12发16收，虚拟通道192，作用距离为350m，方位角的分辨率0.7度。