4D毫米波雷达被特斯拉带火 与激光雷达终有一战？

集微网报道，“一石激起千层浪”，如今特斯拉“涟漪般”的一举一动，都能震动产业界与资本市场。

近日，特斯拉向欧洲监管机构提交了车辆变更申请，证实最新自动驾驶硬件HW4.0即将量产上车。最引发热议的是，外媒爆料特斯拉HW4.0硬件系统将配置一枚高分辨率毫米波雷达，而且还为其增加了用于雷达的加热器，以防止冰雪天气中对雷达信号的影响。据此前流出的内部文件，推测特斯拉或将采用全球首家上市的4D毫米波雷达公司Arbe研发的“Phoenix”4D毫米波雷达。

在自动驾驶感知领域一直做“减法”的特斯拉，宣布从2021年5月起北美制造的Model 3和Model Y将不再配备毫米波雷达，这些车型将通过摄像头视觉和深度神经网络来支撑Autopilot、FSD 完全自动驾驶和主动安全功能。但特斯拉并没有放弃毫米波雷达，2022年6月左右，据称其又向FCC联邦通讯委员会提交了毫米波雷达的相关材料，当时业界就推测是4D成像毫米波雷达。

特斯拉或启用4D毫米波雷达，以及结合去年下半年以来，长安深蓝旗下全新轿车SL03、上汽飞凡R7等车型搭载4D毫米波雷达上车来看，该技术未来两三年将迎来市场爆发。

随高阶自动驾驶走向聚光灯下

市场的需求及产业的速度迅速引爆4D毫米波雷达，让其能够从概念阶段走到聚光灯下。

现阶段，L2级辅助驾驶的渗透率已超过市场预期。对于L2级辅助驾驶，传统毫米波雷达作为标配，不可或缺，通常与摄像头进行融合。但面向更高级别自动驾驶，传统产品分辨率有限、静态物感知度低等短板逐渐显现，不足以支撑部分解放驾驶员双手的L2++功能的开发需求，或许有人说直接用激光雷达，但从成本层面考虑，其则并不能支持大规模的量产，因此目前整个市场对于更高性能传感器的需求愈加强烈。在此背景下，4D雷达应时而生。

4D毫米波雷达通常被视为传统3D毫米波雷达的升级，即在原先的距离维、速度维和角度维之外，再加一个垂直角度维。但业内认识指出，相比3D雷达，4D雷达最大的进步倒不是增加了垂直方向的感知。因为在垂直方向，车跳不起来、也飞不起来，它只是在某些场景如上坡、下坡、高架、龙门可以覆盖一些conner case，但大部分场景下用不着。业内更为关注的是分辨率的提升。传统的毫米波雷达方案是3发4收的通道，不足以做4D的方案，所以肯定会采用多通道方案，自然而然分辨率就会上升，它们是相辅相成的。

当下，4D毫米波雷达的赛道已十分热闹。继大陆集团率先发布全球首款可量产的4D成像雷达产品ARS 540后，目前国内外有数十家供应商展开布局，不仅包括博世、安波福、采埃孚等国际巨头，还有德赛西威、楚航科技、森思泰克、华域汽车、纵目科技等本土供应商。

技术实现的三种解决方案

目前，4D毫米波雷达主要有三种解决方案。一种方案是基于TI、恩智浦等传统雷达芯片供应商的解决方案，通过多芯片级联来实现密集点云输出及识别，产品尺寸、分辨率和RF综合性能都有较大提升，这也是目前量产落地的主流方式。

芯片方案的成熟确实降低了4D毫米波雷达的技术门槛，但不可否认，发展4D毫米波雷达仍面临一些挑战。业内人士指出，现在企业一般用4片芯片做级联，其问题在于，如果不做同步，它们发射的信号就不相干，自己管自己发射，相当于4个雷达自己看自己，形不成“相干”效应，进而无法达到增加孔径的效果。所以，必须在发射的时候，让这4片芯片互相之间同步，它们会生成一个同步的信号，这样才能达到相干的效果，但目前还存在困难。

最大的难点还在于，4片芯片级联之后，接受的信息量会增大很多，相应的要提高处理能力，这个处理能力是放在雷达前端还是放在后端，现在，后端很难处理这些信息，进而导致产品化的难度。同时，业内部分用FPGA来做后端，但这会导致系统成本过高，虽然比激光雷达便宜很多，但超出了整车厂对毫米波雷达的预期。此外，供应商还需投入大量的研发去解决算力、成本、功耗等一系列挑战。

第二种方案则是Arbe等公司所采用的自主研发多通道阵列射频芯片组、雷达处理器芯片和基于人工智能的后处理软件算法。

据介绍，Arbe感知芯片组采用增强的FMCW（调频连续波）技术，具有多通道、高灵敏度、高分辨率、全空间感测（包括仰角）的性能优势，帮助自动驾驶系统构建全场景的感知能力。从产品设计角度来看，Arbe感知雷达芯片组采用了超大阵列的设计方式，搭载目前业界最大的48发48收级联雷达系统方案，虚拟通道数可以达到上千个。同时，基于专有的芯片组处理雷达端的信息流，可释放视觉方案的芯片算力，再将两者探测有机融合，形成高分辨率的输出效果。得益于该芯片组，能够让L2+级别及以下的自动驾驶汽车更加安全，并且能够打造出L3级及以上的高阶自动驾驶汽车。

图源：Arbe

相比第一种方式，该方案最终的成像分辨率更高，最高探测距离能达到300m，功耗也更低，成本低，这或也是特斯拉重新启用雷达的主要原因。但前期的研发成本更高，技术门槛也更高，业界认为走向量产或在明年底。

最后一种方案是基于超材料等前沿技术，彻底颠覆传统雷达的硬件架构，这种方案距离真正商业化还有更长的距离。

走向4D毫米波雷达是必然

综合来看，4D毫米波雷达的出现使感知系统分辨率提升，感知场景能力更强，如果成本做得过来，更高的分辨率只会让系统更安全。成本方面，按照Arbe公司的说法，预计4D雷达的价格在100-150美元（约合人民币700~1000元）左右，对比现在前向激光雷达单个价格在5000-1万元来看，其成本优势明显，因此，业内有观点认为，4D成像毫米波雷达具备甚至超越低线束激光雷达的潜力，自动驾驶不再需要成本高昂的激光雷达，完全可交由4D成像毫米波雷达来实现。

其实，影响车企选择装配何种产品的主要因素在于两点——成本和性能。目前4D毫米波雷达尚处于发展初期，其性能决定了其还不足以替代激光雷达，但可形成补充，让车企的选择更灵活多元。

例如，在某些功能上，如果高端车用激光雷达，中端车可以用4D毫米波雷达。用哪种感知方案，其实要看整车厂对于辅助驾驶/自动驾驶功能的定义，比如35万以上对价格不敏感的高端车车型，它做HWP（高速公路领航驾驶），前向还是会用激光雷达，但是中端车型就不能不惜成本堆硬件，需要考虑消费受众，这时就可以用一些毫米波雷达或升级版的4D毫米波雷达来补足它的一些短板，做到合理的性价比。

目前特斯拉还未官宣是否采用4D毫米波雷达，但资本市场对于4D毫米波雷达的热度已被点燃。而且无论如何，毫米波技术从3D到4D毫米波雷达方向进阶将成为必然趋势。4D毫米波雷达产品大规模量产后，同时伴随技术升级，其有望在高端车型、前向雷达、高阶智能驾驶市场加速渗透，届时4D毫米波雷达与激光雷达之间或“必有一战”。

（校对/武守哲）