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目前自動駕駛汽車感知的實現(xiàn)離不開安裝在車輛上的激光雷達、車載攝像頭、毫米波雷達等感知設(shè)備，通過采集車輛周邊交通環(huán)境的數(shù)據(jù)，讓自動駕駛汽車能夠擁有甚至超越人類的眼睛，來感知周圍的世界為決策規(guī)劃模塊提供更加準(zhǔn)確、豐富的環(huán)境信息，從而讓自動駕駛汽車可以安全駕駛。

傳感器硬件的堆疊，一方面可以讓自動駕駛汽車可以更安全地在道路上行駛，但另一方面由于單個硬件設(shè)備并不能獲得所有需求數(shù)據(jù)，且在很多極端環(huán)境下，硬件設(shè)備也會出現(xiàn)問題，如激光雷達在大霧、大雨等極端天氣下，測得數(shù)據(jù)會出現(xiàn)較大偏差；毫米波雷達不具備測高能力，難以判斷前方靜止物體是在地面還是在空中；車載攝像頭只能拍攝到2D平面圖像，即便通過深度學(xué)習(xí)的輔助，依舊無法精準(zhǔn)測得周圍物體與自動駕駛汽車之間的距離，因此自動駕駛汽車需要不同的硬件設(shè)備同時工作，從而讓自動駕駛汽車能夠在任何情況下，獲得不亞于人類的感知精度及能力。而4D毫米波雷達的出現(xiàn)，將為自動駕駛帶來革命性的改變。

什么是4D毫米波雷達

在自動駕駛感知中，毫米波雷達作為自動駕駛中最重要的傳感器之一，是至關(guān)重要的一環(huán)。但由于不具備測高的能力，很難判斷前方靜止物體是在地面還是在空中，在遇到井蓋、減速帶、立交橋、交通標(biāo)識牌等地面、空中物體時，無法準(zhǔn)確測得物體的高度數(shù)據(jù)。而4D毫米波雷達的出現(xiàn)，將彌補這一問題，4D毫米波雷達又稱為成像雷達，在原有的距離、速度、方向的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，加上了對目標(biāo)的高度分析，將第4個維度整合到傳統(tǒng)毫米波雷達中，以更好地了解和繪制環(huán)境地圖，讓測到的交通數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)。

早在2020年，特斯拉就曾宣布要在特斯拉汽車上增加一款4D傳感器技術(shù)，通過4D傳感器技術(shù)，將現(xiàn)有的工作范圍增加兩倍，以獲取更多的交通信息。4D毫米波雷達可以有效解析測得目標(biāo)的輪廓、行為和類別，可以適應(yīng)更加復(fù)雜的道路，識別更多小物體，被遮擋部分的物體及靜止或橫向物體的監(jiān)測，從而可以精準(zhǔn)的了解車輛需要在什么情況下剎車，相對于3D毫米波雷達僅可以測量方位角、仰角和速度這3個數(shù)據(jù)，4D毫米波雷達可以獲得的數(shù)據(jù)則更多，從而提供給決策規(guī)劃更多可依賴的信息。

4D毫米波雷達的解決方案

4D毫米波雷達最早是在2019年由以色列公司提出，2020年初，Waymo宣布在第五代自動駕駛感知套件中推出4D毫米波雷達。同年，大陸集團推出了首個4D毫米波雷達量產(chǎn)解決方案，并表示寶馬將成為首家搭載的車企。在2021CES上，4D毫米波雷達也聲勢不小，諸多廠商紛紛攜產(chǎn)品亮相，恩智浦、德州儀器、Mobileye等企業(yè)陸續(xù)推出或更新4D毫米波雷達方案。去年，安波福亮相了下一代L1～L3級自動駕駛平臺，聲稱其傳感器套件就包含了4D毫米波雷達；采埃孚表示，從上汽集團獲得4D毫米波雷達的生產(chǎn)訂單，2022年正式供貨；博世在中國市場首次對外推介第5代雷達至尊版，即4D毫米波雷達。

4D毫米波雷達和傳統(tǒng)雷達一樣，在極端天氣條件下工作時不會出現(xiàn)極大的偏差，且增加了仰俯角之后，能夠形成點云圖像，這就意味著4D毫米波雷達不僅可以檢測到物體的距離、相對速度和方位角，還可以檢測到前方物體的垂直高度以及前方靜止和橫向移動物體，這將補足傳統(tǒng)雷達對靜態(tài)目標(biāo)的檢測短板。

目前4D毫米波雷達主要有2種技術(shù)方案：

• 一種是4D毫米波雷達企業(yè)自主研發(fā)多通道陣列射頻芯片組、雷達處理器芯片和基于人工智能的后處理軟件算法。

• 另一種就是基于傳統(tǒng)雷達芯片供應(yīng)商的解決方案，通過多芯片極聯(lián)，或者軟件算法來實現(xiàn)密集點云輸出及識別。

4D毫米波雷達的主要特點在于角分辨率非常高，前置4D毫米波雷達角分辨率可達1度方位角和2度俯仰角，當(dāng)加裝4D毫米波雷達的自動駕駛汽車在探測道路信息時，可以直接探測到車輛周邊物體的輪廓。像是在道路信息比較豐富，如行人與車輛夾雜在一起時，4D毫米波雷達就可以直接對行人和車輛進行識別，并可以判斷對應(yīng)物體的運動情況（是否運動、運動方向）。4D毫米波雷達還可以探測到幾何形狀，比如在隧道場景中時，可以探測到隧道的長度和寬度。4D毫米波雷達的出現(xiàn)，有針對性地彌補了傳統(tǒng)毫米波雷達的性能短板，不僅是3D的升維，也帶來了探測精度、靈敏度、分辨率和性能的全面升級，給予自動駕駛更高的安全性，有望使毫米波雷達成為自動駕駛系統(tǒng)中的核心傳感器之一。

4D毫米波雷達的未來發(fā)展趨勢

據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，4D毫米波雷達的規(guī)?；涞伛R上就要來了。在市場化方面，目前技術(shù)趨于成熟，有許多種創(chuàng)新的算法都在產(chǎn)品化過程中。不少車廠的新款車輛已有配裝的需求，其中自動泊車、L3及以上級別自動駕駛更是把4D成像作為剛需、事實上從去年開始，4D毫米波雷達已有很多產(chǎn)品裝車路測并準(zhǔn)備量產(chǎn)。

例如恩智浦宣布，業(yè)界首款專用16nm毫米波雷達處理器S32R45將于上半年開始首次用于客戶量產(chǎn)。英特爾旗下的Mobileye也在積極推進4D毫米波雷達的開發(fā)應(yīng)用。Mobileye首席執(zhí)行官Amnon Shashua在今年CES演講中強調(diào)了4D成像毫米波雷達在汽車中的應(yīng)用場景。他表示：“到2025年，除了在汽車正面，其他地方我們只想要毫米波雷達，不想要激光雷達?！?在Mobileye的計劃中，到2025年將推出基于毫米波雷達/激光雷達的消費級自動駕駛車輛方案，汽車搭載雷達-LiDAR子系統(tǒng)，屆時車輛僅需安裝一個前向激光雷達，同時外加360 全包覆車身的毫米波雷達，即可實現(xiàn)自動駕駛?cè)蝿?wù)。

自動駕駛技術(shù)無法依靠單一的傳感器一統(tǒng)天下以成為業(yè)內(nèi)共識。根據(jù)目前市場對于自動駕駛的理解，沒有一刀切的傳感器，因為市場有很多細(xì)分領(lǐng)域，而且自動駕駛級別也不同，最終極大可能攝像頭和雷達會共存，因為它們的優(yōu)缺點互補性非常強。比較特殊的是激光雷達，筆者認(rèn)為有很大的可能性，4D毫米波雷達的解決方案可以降低或取代激光雷達的使用。4D毫米波雷達現(xiàn)在還處于發(fā)展的早期，但筆者相信未來它的性能會大大提升，并在理想情況下最終能夠取代激光雷達?！?/span>

參考資料：

[1] https://view.inews.qq.com/a/20220418A01GC800

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