4D 毫米波雷达，为何成为行业“新宠”？
“博世已完全放弃开发自动驾驶激光雷达。”相信大家都已经知道德国《商报》刚爆料的新闻。
博世放弃激光雷达，在于其投入重资研发的 MEMS（Micro-Electro-Mechanical-System，微机电系统）技术的复杂性及漫长的开发时间。该公司一位发言人证实称，“考虑到技术的复杂性和上市时间，博世不久前决定，不再对激光雷达传感器的硬件开发投入任何额外资源。”
但是，很多国内媒体报道这件事，却没有讲明的是，作为全球汽车毫米波雷达“ABCD”四大巨头之一，博世手里还有“绝不放弃”的技术，那就是工作在 77Ghz 频段的 4D 毫米波雷达。这才是博世重兵防护的地方。
博世也坦承，激光雷达对 L3 级自动驾驶非常重要。因为，虽说行业內 4D 毫米波雷达正在风生水起，但也并不能“平替”激光雷达。不过，4D 毫米波雷达究竟有什么重要的潜力，值得博世这样的巨头宁可放弃激光雷达也不放弃呢？
“新宠”诞生于“打脸”
值得一提的是，在此之前，另一汽车零部件巨头采埃孚也已退出激光雷达竞逐。采埃孚曾投资 1 亿美元左右参股 Ibeo（激光雷达“鼻祖”），但随着 Ibeo 破产，采埃孚也放弃了激光雷达。
而在整车企业方面，特斯拉更是很早就放弃了激光雷达。
不过，今年 2 月，特斯拉向欧洲监管机构提交的车辆变更申请中明确，即将量产的第 4 代 Autopilot 硬件 HW4.0 加增了一颗高分辨率 4D 毫米波雷达。此前，特斯拉先后移除了毫米波雷达和超声波雷达，试图 All in 视觉路线。
这种“打脸”的事一出，行业沸腾，原来你这浓眉大眼的也干这事啊。接着，4D 毫米波雷达顿时成了行业“新宠”。据不完全统计，目前国内至少有近 20 家本土企业着手研发 4D 毫米波雷达产品。
为什么呢？原因在于，相比于传统毫米波雷达，4D 雷达由于增加了高度信息，能够更准确识别静态物体，也就是所谓的具备“成像”能力。加上价格千元左右，相比动辄六七千元甚至上万元的激光雷达，在汽车行业“卷”到极致的当下，成本优势显露无疑。
并且，相比激光雷达，4D 毫米波雷达继承了传统毫米波雷达全天候抗干扰的优势，并且不受光线、烟雾、灰尘、雾霾的影响，在夜晚、雨雪等环境下都能正常工作，适应性更强。
像中金公司就认为，4D 成像雷达能够全方位提升毫米波雷达性能，有望使毫米波雷达成为 ADAS 系统中的核心传感器之一，是毫米波雷达未来发展的重要方向。
实际上，4D 毫米波雷达并非一项陌生的新技术。2018 年底，为了与英飞凌、恩智浦两大厂商竞争，德州仪器 TI 提出 4D 成像毫米波雷达概念，推出基于 AWR2243 FMCW（调频连续波）单芯片收发器的 4 片级联 4D 毫米波雷达全套设计方案，其中集成了雷达开发商最难搞定的天线。
2020 年 3 月，谷歌旗下 Waymo 公司发布第五代自动驾驶系统感知方案，将毫米波雷达升级为 4D 成像雷达，使得 4D 毫米波雷达技术首次应用于车端。
而在今年 CES 演讲中，英特尔旗下的 Mobileye 首席执行官 Amnon Shashua 更强调了 4D 成像毫米波雷达在汽车中的应用场景。他表示：“到 2025 年，除了在汽车正面，其他地方我们只想要（4D）毫米波雷达，不想要激光雷达。”
“春江水暖鸭先知”，实际上，国内市场 4D 毫米波雷达的“卷”早就开始。而且，自 2022 年下半年以来，4D 毫米波雷达加快“上车”步伐，主要搭载车型有飞凡 R7、深蓝 SL03、理想 L7 等。而一些车型更是既要激光雷达，也要 4D 毫米波雷达。
当然，早在此前半年多的 2021 年 10 月，博世就在上海首次展出了第五代毫米波雷达至尊版（当时的叫法），最远探测距离 302 米，水平视场角 120 度，垂直视场角 24 度。
与此同时，博世的老对手大陆集团、采埃孚、安波福也都没闲着。比如，大陆集团有全球首个投入量产的 4D 毫米波雷达 ARS540，采埃孚的 4D 雷达拿到了上汽的定点。而彼时的国内市场，包括森思泰克、福瑞泰克、为升科（CubTEK）、川速微波等多家企业也已经进入 4D 赛道。
到了 2023 年，竞争更加白热化，投入 4D 毫米波雷达研发、量产的企业更多。就在 8 月 15 日，禾赛科技 CEO 及创始人李一帆，还以个人身份参与了傲图科技的首轮融资。
据悉，傲图的首款进入量产阶段的产品 Altos V1 已经做到，“目前全球唯一成熟的、非 FPGA 的 4 片级联（12TX、16RX）4D 成像雷达产品。”并且，在综合性能不弱于行业巨头采埃孚、博世、大陆等同类产品表现的情况下，Altos V1 的价格仅为前者的 1 / 2 甚至更低。
而博世可以放弃激光雷达，但是绝不会放弃 4D 毫米波雷达。去年 8 月，博世与来自瑞典的创新射频天线技术公司（GapWaves）达成协议，联合开发和生产满足车载高分辨率要求的毫米波雷达天线。
所以，被戏称为“ABCD”（即 Autoliv、Bosch、Continetal、Dephi）的巨头们，以及国内拔尖的初创公司们，都投入重金、重兵在此，4D 毫米波雷达的未来咋样，这是显而易见的事。
并非一蹴而就
特斯拉用“打脸”的事实证明，即便是纯视觉方案，仍需要 4D 毫米波雷达作为系统冗余。此外，“多传感器融合”作为业内普遍认同的智驾解决方案，4D 成像雷达显然会在其中占据一席之地。
不过，一个重要的事实是，4D 毫米波雷达并不能“平替”激光雷达，这是它技术上跟激光雷达异构所决定的。当然，这并不影响 4D 毫米波雷达的看涨行情。
4D 毫米波雷达的好处我们就不多说了，我们只要清楚地知道，4D 毫米波成像雷达的研发和应用并非一蹴而就的事，目前仍有许多技术难点需要不断优化和改进。从我们的表中也可以看到，能够量产 4D 毫米波雷达的，还是少数，多数还在研发阶段。
具体而言，首先，4D 雷达需要多个指标同时满足主机厂的条件要求，需要同时提高距离分辨率、角度分辨率、速度分辨率，才能达到一个比较好的成像效果，单一指标的强大对最终成像的意义不大，这对 4D 毫米波雷达厂商来说，要做到“门门优秀”不是件容易的事。
其次，要想将 4D 毫米波雷达的技术优势都充分发挥出来，就需要将它跟摄像头做前融合，但是，4D 毫米波雷达的通道数多、数据量比较大，与视觉做前融合对算力的要求比较高，也含着算法问题，而传感器端的算力是不够用的，因为毫米波雷达芯片的内存有限。
因此，如果数据的点云密度比较高，前融合就需要放在域控制器里做。但这也存在问题，一方面 4D 毫米波雷达的高数据速率和数据压缩会给集中式架构带来挑战，另一方面天线和处理器之间信号传输的带宽和速率也会影响到探测精度。
所以，要解决这些矛盾，4D 毫米波雷达厂商需要对中央域控制器有足够深刻的理解，或者是跟一家域控制器厂商或芯片厂商深度绑定。比如，安霸半导体（Ambarella）收购傲酷雷达（Oculii）后，推出的全新一代 4D 成像雷达。但我们知道，这些核心技术至少目前国内企业鲜有能掌控的。
另外，前融合需要 4D 毫米波雷达跟摄像头做联合标定，但联合标定又很难。此外，4D 毫米波雷达有距离信息，而摄像头则没有。那么在两者联合标定时，如何处理也是个很大的问题。
而且，天线通道的数量问题和芯片级联的问题，也有很强的技术含量。比如，国内一些公司多是参考 ABCD 的传统设计经验，而 4 篇芯片级联的 12T16R（12 个发射通道，16 个接收通道）天线阵列如果自己从头开始设计，光是仿真量和服务器需求就已经构成门槛。
4D 毫米波雷达还有个问题，就是 EMC（电子兼容性）很难通过。这个关键在于，需要考虑如何避免对外界的干扰（包括干扰车外的物体以及车内的车载收音机等），以及如何对抗来自外界的干扰。不过，EMC 的问题在前期模拟中很难被发现，需要在实验过程中才能发现。
相比于激光雷达来说，4D 毫米波雷达的性价比算很高。但是，与成熟的 3D 毫米波雷达相比，其优势目前还不是那么明显。所以，4D 毫米波雷达目前只能算是“预热”，有业内人士认为还要等 2—4 年才能成熟。
当然，有人是很乐观的。楚航科技 CEO 楚詠焱在接受媒体采访时曾表示，“毫米波雷达是汽车感知的一个战略点，是唯一具有全天候感知能力的传感器。它的感知反馈量最为丰富，距离、速度、角度、水平角度无所不包，现在是 4D，未来可能做到 5D、6D、7D。”
不过，楚詠焱也承认，4D 毫米波成像雷达量产仍需要解决一些问题，比如测试。包括需要足够精准的测试设备，测试雷达系统是否符合客户要求。但目前行业缺乏统一标准的评估方法和手段。
5D、6D、7D 什么的还很远，但是，4D 毫米波雷达还是有潜力的。高工智能汽车研究院数据预测，国内市场 L2+ 及以上新车毫米波雷达搭载率有望在 2025 年突破 50%。
同时，4D 毫米波雷达预计到 2023 年搭载量有机会突破百万颗，到 2025 年占全部前向毫米波雷达的比重有望超过 40%。
最后，谁能“笑傲江湖”呢？这是个非常有趣的问题。
来源：汽车公社
作者：王小西
