进入2021年，4D成像雷达突然站上风口。先是上汽宣布将在R汽车首款旗舰车型ES33上使用4D成像雷达，随后华为又在上海车展前发布了首款4D成像雷达，在两家顶级公司的高调“带货”下，4D成像毫米波雷达的“走红”势头大有盖过激光雷达之势。
不过傲酷雷达（Oculii）CMO&亚太区总裁郄建军对于这种变化并不感到意外。在他看来4D成像雷达突然“大火”背后固然有上汽、华为这样本身自带话题属性的企业推动，另一方面其实4D成像雷达正式商用的时机本身也成熟了。
傲酷雷达（Oculii）CMO&亚太区总裁 郄建军
毫米波雷达迈进4D成像时代
随着高级自动驾驶的快速发展，对环境感知的需求越来越高，当前无论摄像头还是激光雷达都开始朝着具备更高分辨率的方向快速发展。
例如车载摄像头，应用初期分辨率主要是30万像素，而现在L2车型已经大量应用200万像素摄像头，部分更高级别自动驾驶车型上采用的摄像头分辨率达到了800万像素，如蔚来ET7。激光雷达领域，为了实现更高的分辨率，相关企业也在纷纷着手高线束激光雷达的研发，并陆续投入应用，车载激光雷达的线束从16线直接向300线固态进展。
“在这样的背景下，毫米波雷达必然也要作出改变，才能更好地顺应自动驾驶发展。” 郄建军指出。这里他所言的“改变”即是指向4D成像雷达迈进。
相较于普通毫米波雷达，4D毫米波雷达由于在传统的探测距离、方位以及速度三个维度信息的基础上，多出了高度一维信息，即具备测高能力，可以有效地解析空中的天桥、路牌，和地面的减速带、金属井盖等目标的轮廓、类别，进而感知传统毫米波雷达无法识别的细小物体、静止物体或者横向移动的障碍物等。
传统毫米波雷达点云（左）和4D毫米波雷达点云（右），图片来源：傲酷
不仅如此，在探测距离和点云密度上，4D成像雷达也有了大幅度的提升。据郄建军介绍，传统毫米波雷达FOV120度时的探测距离一般在200米以内，但4D成像雷达在同样视场角下，用于前向感知时，探测距离可达500米，而且雨雪雾尘全天候下，探测距离不受影响。同时，点云每个点都自带多普勒速度。这些特点决定了在和高清摄像头及激光雷达配合使用时，有其不可替代的独特优势， 甚至可在特定场景中取代激光雷达作为自动驾驶系统的主传感器。
比如在长城汽车联合傲酷雷达打造的无人物流小车上，就没有使用激光雷达，而是直接搭载了5个（1个主雷达+4个角雷达）4D成像雷达，实现对周边360°低速或静止行人、障碍物、小物体的识别跟踪并避障，同时用4D成像雷达做了SLAM定位导航、Freespace等原来只能用激光雷达做的事情。郄建军认为，随着ADAS和自动驾驶市场的高速发展，360度4D成像雷达配置将逐渐取代普通毫米波雷达的1R+4R，成为主流趋势。
长城的无人物流小车，图片来源：傲酷
而在此之前，传统毫米波雷达虽然因抗干扰能力强、速度跟踪敏感、可穿透雨雾尘、不受光线强度影响等特点，在ADAS领域占据了举足轻重的地位。但由于其角度分辨率低，难以检测横穿和静止目标，在L3及以上级别的自动驾驶系统中，存在明显的短板。
因为无法测高，不管地面的井盖、还是空中的路牌、立交桥等，毫米波雷达都会默认是地面障碍物，因此过去这些目标很多都会直接被系统过滤以避免误判引发事故。但实际应用中不可避免会碰到这种情况，即地面上真正出现障碍物，而视觉系统又没有检测出来，这时就很容易引发事故，如特斯拉此前发生的撞上白色侧翻货车的案例就很典型。
“但是升级到了4D成像雷达之后，这项技术在L3及以上自动驾驶系统中将大有可为。特别是在城区L3、AVP、无人物流小车等应用中，因为雷达对速度特别敏感，对于人车混杂，摩托乱穿、鬼探头等城区复杂场景十分实用，更重要的是，相较于激光雷达这项技术成本更低。” 郄建军指出。“另外在车路协同场景中，通过与高清摄像头的融合，特别适合用于对大规模复杂十字路口和高速场景实现全天候、全方位监控和跟踪。”
在郄建军看来，以后低线束激光雷达没有必要了，对于辅助驾驶系统来说，4D成像雷达+高清摄像头就可以满足绝大部分的应用场景，而对于L3+自动驾驶，高线束激光雷达+4D成像雷达会成为标配。
傲酷借助软件打造低成本4D成像方案
尽管4D成像雷达今年才真正开始在汽车行业走热，但其实这并不是一项新技术，傲酷早在2014年就开始入局4D成像雷达研发。但为什么直到现在才逐渐开始普及应用呢？据郄建军介绍，主要是因为角分辨率大幅的提升和测高能力在技术实现上很有难度。
在一般的4D雷达成像方案中，主要是依靠增加芯片、天线等硬件来实现，包括应用4D成像雷达专用芯片，或采用基于77GHz/79GHz标准雷达芯片的多级联方式来实现。
像Arbe、Vayaar、Unhder等采用的方案就是将多发多收天线集中在一个芯片中，通过专门的4D毫米波雷达芯片实现同样的功能。但由于这种方案天线太多，互相之间会干扰，噪声很大，做成的4D成像雷达探测距离往往都不会很远，干扰难以去除，且角分辨率到了一定程度有天花板。比如Vayaar就主要聚焦于短距离场景，像座舱监控、手势识别等。
大陆集团的ARS540毫米波雷达，则是将4片NXP的77GHz毫米波雷达收发器（即MMIC）MR3003级联，每个MR3003是3发4收，4片就是12发16收，从而实现高达192个虚拟通道，提升分辨率。采埃孚的PREMIUM 4D长距离成像雷达也是将多个微波集成电路芯片级联，实现192个通道。华为据悉则是将6片2发4收的收发器进行级联，实现12发24收。
“这样做的弊端是什么呢？成品体积非常大，不易和整车集成，功耗特别大，散热很难。做前雷达还好办些，角雷达如此大尺寸根本没法安装使用。另外由于这些方案往往需要采用更多的芯片硬件，成本也会成倍增加。” 郄建军表示。更何况依靠堆硬件或者改良硬件提升产品性能的方式其实总会有天花板。
“所以傲酷另辟蹊径选择从软件着手，打造4D成像方案。”郄建军指出，傲酷解决方案很关键的一点在于使用了虚拟孔径成像技术，即在不改变毫米波雷达原有硬件的基础上，通过软件算法在MIMO天线基础上再虚拟出10-100倍天线，从而极大地提升角分辨率和抗干扰性。并且随着摩尔定律指数级增长，傲酷的自适应虚拟AI软件还可以让4D成像雷达实现更高的角分辨率和更长的探测距离，同时更便宜。
傲酷虚拟孔径成像技术的优势，图片来源：傲酷
“如此一来，我们的产品相较于传统雷达虽然性能指数级提升，但成本基本还在普通毫米波雷达的范围。而且体积也更小。” 郄建军表示。“所以理论上来说以后普通毫米波雷达将不存在了，都会升级为4D成像雷达。”
值得一提的是，傲酷的虚拟孔径成像软件平台模块化程度高，可以用在任何雷达硬件上以提高雷达性能，从而提供从高级驾驶辅助系统到全自动系统的可扩展感知解决方案。正因为如此，目前国内外已经有多家Tier1就开发4D成像雷达与傲酷达成了合作。
其中海拉早在2020年初就与傲酷建立了战略合作，并对傲酷进行了投资，基于后者的虚拟孔径成像技术联合推进4D成像雷达研发。据郄建军透露，由两家公司合作开发的4D成像雷达预计将于2024年推出，目前相关合作项目已经获得了欧美顶级OEM的认可。
大规模商用将指日可待
对于毫米波雷达而言，4D成像雷达带来的改变无疑是革命性的。正是看到这一点，除了傲酷、海拉，近几年无论是大陆集团、采埃孚、华域这样的传统零部件企业，还是华为、Arbe、Uhnder、Vayyar等新兴玩家，也均在积极开展4D毫米波雷达的研发。
其中大陆集团的首款4D毫米波雷达ARS540经过几年的研发，可能将于明年量产。该产品基于赛灵思Zynq UltraScale MPSoC平台研发，采用了4芯片级联的方式，最大探测距离为300米，水平视场角为±60度，能准确对交通工具、行人以及基础设施等进行分类。
采埃孚的PREMIUM 4D长距离成像雷达也已斩获上汽集团订单，将于2022年正式向上汽供货，首款应用车型是R汽车ES33。据了解，该款雷达分辨率是传统汽车雷达的16倍,可在350米范围内进行全面的场景和物体探测。
华域的4D成像毫米波雷达近日也被曝预计在今年四季度具备量产能力。据悉该产品对于车辆等物体的探测距离可达300米、行人探测距离可达150米以上。“甚至180米外的一个易拉罐，我们的雷达都可以探测出来。”谈及这款产品的性能，相关工作人员透露。在此过程中，华域汽车4D成像雷达并没有跟随国际厂商采用较为昂贵的FPGA方案，而是依靠雷达专用MCU实现4D成像功能。
与此同时，越来越的企业也开始认可4D成像雷达的巨大潜力，像通用汽车、长城汽车、松下、亚马逊、AutoX等国内外知名主机厂、Tier1及自动驾驶公司就纷纷与傲酷展开了深度合作，面向无人驾驶出租车、无人物流小车、车路协同、AGV等L3/L4场景提供4D成像雷达。
为此傲酷规划了四款产品，分别是角雷达FALCON、前向雷达EAGLE和RAPTOR，以及一款用于车路协同中路测单元的4D成像雷达。其中FALCON采用的是单芯片方案，角分辨率可以达到水平2°、纵向3-5°，探测距离为200米；EAGLE采用的是双芯片非级联方案，水平与纵向角分辨率均可实现1°以内，探测距离可达500米；RAPTOR则是四芯片级联方案，水平与纵向角分辨率均在0.1°以内，探测距离超700米。
傲酷主要产品Falcon角雷达，图片来源：傲酷
“现阶段FALCON和EAGLE已经开始小规模供货，预计明年上半年会大规模车规量产，而RAPTOR计划今年下半年出A样。”郄建军指出，这意味着最快今年4D成像雷达将真正迎来量产，进入规模化商用阶段。
