帶你一文讀懂4D毫米波雷達

自動駕駛汽車的實現離不開加裝在車輛上的毫米波雷達、激光雷達及車載攝像頭等硬件設備，通過采集車輛周邊交通環境的數據，讓自動駕駛汽車“看”清楚，從而能夠根據“看”到的環境隨時做出決策，讓自動駕駛汽車可以安全駕駛。硬件設備的加裝，讓自動駕駛汽車可以更安全地在道路上行駛，由于單個硬件設備并不能獲得所有需求數據，且在很多極端環境下，硬件設備也會出現問題，如激光雷達在大霧、大雨等極端天氣下，測得數據會出現較大偏差；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，即便通過深度學習的輔助，依舊無法精準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備同時工作，讓自動駕駛汽車“看”得更清楚，獲得更多的道路數據。

現在自動駕駛汽車的設計主要有兩個發展模式，一種是以谷歌為主的通過加裝激光雷達等全硬件設備的自動駕駛汽車，還有一種就是以特斯拉為主的以視覺算法來驅動的自動駕駛汽車。以谷歌為主的通過加裝激光雷達等全硬件設備的自動駕駛汽車由于加裝的硬件設備，成本昂貴，很難實現商用化；而以特斯拉為主的以視覺算法來驅動的自動駕駛汽車，現階段已經實現了部分交通下的自動駕駛，但由于硬件設備的不足，讓自動駕駛汽車不能完全“看”清路況，在出現諸如鬼探頭等狀況時，很難及時反應。

隨著自動駕駛汽車技術的不斷完善，更多新的技術將被應用到自動駕駛汽車上，其中4D毫米波雷達的出現，讓自動駕駛汽車的商用化提上了日程。如前文所說，毫米波雷達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、交通標識牌等地面、空中物體時，無法準確測得物體的高度數據，如果將這樣的數據交給自動加斯汽車，將使得自動駕駛汽車出現頻繁剎車的情況。4D毫米波雷達的出現，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、方向的數據基礎上，加上了對目標的高度分析，將第4個維度整合到傳統毫米波雷達中，以更好地了解和繪制環境地圖，讓測到的交通數據更為精準。

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，通過4D傳感器技術，將現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的輪廓、行為和類別，可以適應更加復雜的道路，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測，從而可以精準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個數據，4D毫米波雷達可以獲得的數據則更多。

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，國內的4D毫米波雷達企業也正在快速成長，4D毫米波雷達和傳統雷達一樣，在極端天氣條件下工作時不會出現極大的偏差，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，這將補足傳統雷達對靜態目標的檢測短板。從價格上來說，4D毫米波雷達也具有優勢。

目前4Dh毫米波雷達主要有2種技術方案，一種是4D毫米波雷達企業自主研發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雷達芯片供應商的解決方案，通過多芯片極聯，或者軟件算法來實現密集點云輸出及識別。

4D毫米波雷達的主要特點就是角分辨率非常高，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，可以提高自動駕駛汽車對道路信息的探測精度，獲取更多的信息以供自動駕駛汽車做出行駛預判。4D毫米波雷達就像是給“近視”的自動駕駛汽車配置了近視眼鏡，讓自動駕駛汽車“看”的更清晰。

由于毫米波雷達相對于激光雷達的成本低很多，從助力自動駕駛汽車商用化落地這一方面考慮，4D毫米波雷達具有更大的成本優勢，但是自動駕駛的發展還是要立足于安全，在自動駕駛汽車商用化前期，還是需要激光雷達、毫米波雷達、車載攝像頭等多個硬件設備互為冗余、相互備份的，想要正直依靠某一款硬件設備來讓自動駕駛汽車“看”清楚，還是很難的，且4D毫米波雷達還是研發初期，想要達到車規級標準，還是需要很長周期的開發和測試，只有達到一定安全條件，可以使用到自動駕駛汽車上后，才可以真正被使用。

智駕最前沿認為，4D毫米波雷達無論是從成本上還是從工作條件上都是優于激光雷達的，但是4D毫米波雷達真正在自動駕駛汽車上的工作表現是否如設想的一樣還有待考證，4D毫米波雷達想要真正普及還有一段路要走，但屆時激光雷達的成本是否還是現在這樣昂貴也不太好說，但不可否認的是，自動駕駛技術和框架已經相當成型，自動駕駛商用化步伐將會越來越快。對于4D毫米波雷達，大家怎么看？歡迎關注智駕最前沿，并留言交流。