一文讀懂4D毫米波雷達

自動駕駛汽車的實現(xiàn)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(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“看”清楚，從而能夠根據(jù)“看”到的環(huán)境隨時做出決策，讓自動駕駛汽車可以安全駕駛。

硬件設(shè)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(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，讓自動駕駛汽車“看”得更清楚，獲得更多的道路數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在自動駕駛汽車的設(shè)計主要有兩個發(fā)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(shè)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(qū)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(shè)備的自動駕駛汽車由于加裝的硬件設(shè)備，成本昂貴，很難實現(xiàn)商用化；而以特斯拉為主的以視覺算法來驅(qū)動的自動駕駛汽車，現(xiàn)階段已經(jīng)實現(xiàn)了部分交通下的自動駕駛，但由于硬件設(shè)備的不足，讓自動駕駛汽車不能完全“看”清路況，在出現(xiàn)諸如鬼探頭等狀況時，很難及時反應(yīng)。

隨著自動駕駛汽車技術(shù)的不斷完善，更多新的技術(shù)將被應(yīng)用到自動駕駛汽車上，其中4D毫米波雷達的出現(xiàn)，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(biāo)識牌等地面、空中物體時，無法準確測得物體的高度數(shù)據(jù)，如果將這樣的數(shù)據(jù)交給自動加斯汽車，將使得自動駕駛汽車出現(xiàn)頻繁剎車的情況。

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。

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。

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(nèi)的4D毫米波雷達企業(yè)也正在快速成長，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。

從價格上來說，4D毫米波雷達也具有優(yōu)勢。目前4Dh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(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)，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(yù)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(yōu)勢，但是自動駕駛的發(fā)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(shè)備互為冗余、相互備份的，想要正直依靠某一款硬件設(shè)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(fā)初期，想要達到車規(guī)級標(biāo)準，還是需要很長周期的開發(fā)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(yōu)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(xiàn)是否如設(shè)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(xiàn)在這樣昂貴也不太好說，但不可否認的是，自動駕駛技術(shù)和框架已經(jīng)相當(dāng)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(guān)注智駕最前沿，并留言交流。