4D成像雷達(dá)成為研發(fā)高階自動駕駛汽車的優(yōu)質(zhì)選項(xiàng)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）隨著自動駕駛越來越強(qiáng)調(diào)全天候、全天時情況下的主動安全，相關(guān)技術(shù)的空白區(qū)被逐漸發(fā)現(xiàn)。在整機(jī)廠和方案商解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)的過程中，4D成像雷達(dá)被寄予厚望，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來了爆發(fā)期。

和傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)相比，4D成像雷達(dá)在距離、速度、方位的三維信息基礎(chǔ)上增加了高度信息，進(jìn)一步增強(qiáng)了毫米波雷達(dá)的感知能力，通過點(diǎn)云成像的方式，能夠?qū)Φ缆飞闲腥?、非機(jī)動車、機(jī)動車等典型目標(biāo)進(jìn)行識別。

對于整個產(chǎn)業(yè)而言，4D成像雷達(dá)還算是一個“新玩意”，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?019年，成像雷達(dá)全球領(lǐng)軍企業(yè)Arbe發(fā)布汽車4D成像雷達(dá)beta版產(chǎn)品——Phoenix前端系統(tǒng)，這是全球第一款超高分辨率的4D成像雷達(dá)，具有高分辨率、感知性能強(qiáng)和探測距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，讓成像雷達(dá)引起了汽車產(chǎn)業(yè)的廣泛注意。隨后，2020年多個可量產(chǎn)的4D成像雷達(dá)面世，因此也有從業(yè)者將2020年定義為4D成像雷達(dá)“發(fā)展元年”。

至今，4D成像雷達(dá)已經(jīng)形成一個頗具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。加上相比之下，4D成像毫米波雷達(dá)成本僅是激光雷達(dá)的十分之一，成為研發(fā)高階自動駕駛汽車的優(yōu)質(zhì)選項(xiàng)。

原汽車生態(tài)巨頭積極布局成像雷達(dá)在整個自動駕駛感知傳感器的陣營里，相較于攝像頭和激光雷達(dá)，4D成像雷達(dá)全天候、全天時的產(chǎn)品特性格外引人矚目，能在任何條件下提供高可靠性的探測，甚至是霧、暴雨、漆黑及空氣污染等各種惡劣天氣和環(huán)境條件下。隨著軟硬件逐漸完善，4D成像雷達(dá)在分辨率方面的優(yōu)勢也愈發(fā)明顯，這些都讓傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈公司極為重視，并積極布局。

首先，我們看到TI、恩智浦、ADI和安霸等芯片級供應(yīng)商，以及Mobileye等方案商均在布局4D成像雷達(dá)。

2021年第四屆進(jìn)博會期間，TI展示了通過多片AWR2243傳感器級聯(lián)打造的毫米波汽車成像雷達(dá)系統(tǒng)方案，可實(shí)現(xiàn)長探測范圍與高精細(xì)角度分辨率，可用于多種障礙物檢測和遠(yuǎn)距離目標(biāo)感應(yīng)。

目前市場上已經(jīng)有多款基于恩智浦S32R雷達(dá)處理芯片打造的成像雷達(dá)方案，S32R系列中的S32R45基于4顆Arm A53內(nèi)核和3個鎖步Arm M7內(nèi)核打造，主頻高達(dá)800MHz，S32R系列提供安全可靠的雷達(dá)處理，集功能安全、硬件安全、高性能實(shí)時處理和專用雷達(dá)處理加速于一身，適用于角雷達(dá)、前雷達(dá)和4D成像雷達(dá)等用例。同時，在77GGHz汽車?yán)走_(dá)收發(fā)器方面，恩智浦和英飛凌占據(jù)著大部分市場份額。

如上所述，作為77GGHz汽車?yán)走_(dá)收發(fā)器主要供應(yīng)商之一，英飛凌也在積極布局成像雷達(dá)。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前英飛凌控制著大概三分之二的全球車用77GHz雷達(dá)芯片市場，在4D成像毫米波雷達(dá)芯片方面，英飛凌推出的RXS816xPL系列芯片可滿足成像雷達(dá)需求，并且該公司也在積極布局更多點(diǎn)云成像毫米波雷達(dá)芯片。

除了主要提供毫米波雷達(dá)芯片的三家企業(yè)，作為領(lǐng)先的FPGA供應(yīng)商，原來的賽靈思，現(xiàn)在的AMD也有相關(guān)的產(chǎn)品應(yīng)用于成像雷達(dá)方面，比如德國大陸公司的一些量產(chǎn)方案中就是選用Zynq UltraScale+ RFSoC的解決方案。

安霸在收購成像雷達(dá)方案提供商傲酷后，積極倡導(dǎo)方案融合，比如將毫米波成像雷達(dá)與激光雷達(dá)集成在一起，將成像雷達(dá)和視覺方案融合在一起。安霸中國區(qū)市場營銷副總裁郄建軍曾表示，目前域控制器是把幾個傳感器的信息融合起來，但這是一種后融合方式，融合效率不高。如果采用前融合技術(shù)，在視覺隱隱約約看到輪廓、但又不確定真實(shí)物體時，雷達(dá)就能快速檢測，通過雷達(dá)的點(diǎn)云和攝像機(jī)的對應(yīng)像素點(diǎn)前融合，芯片無需對目標(biāo)進(jìn)行二選一，帶來更高的效率，并降低誤檢率、漏檢率。

當(dāng)然，成像雷達(dá)實(shí)際上是一個系統(tǒng)，毫米波雷達(dá)芯片是其中較為關(guān)鍵的部分，此外也會包括控制器、天線系統(tǒng)以及相關(guān)的軟件配套等。因此，我們看到自動駕駛方案商和原汽車tier 1級供應(yīng)商大部分都在規(guī)劃自己的成像雷達(dá)解決方案。

在自動駕駛方案商層面，Mobileye首席執(zhí)行官Amnon Shashua 曾公開表示，2025年除了正面的探測之外，Mobileye只想要毫米波雷達(dá)，不想要激光雷達(dá)。據(jù)介紹，Mobileye成像雷達(dá)虛擬通道數(shù)高達(dá)2304個，水平角分辨率達(dá)0.5°，垂直分辨率達(dá)2°，有效探測距離預(yù)計為150米。

再看tier 1級供應(yīng)商。2021年10月，博世對外展示了第五代毫米波雷達(dá)至尊版，最遠(yuǎn)探測距離高達(dá)302米，水平視場角可達(dá)120度，垂直視場角可達(dá)24度。所謂的第五代毫米波雷達(dá)至尊版便是一款4D成像雷達(dá)解決方案。為升科則是國內(nèi)合作博世的方案公司。

大陸集團(tuán)是較早研發(fā)成像雷達(dá)的tier 1級供應(yīng)商，該公司2016年就開始研發(fā)相關(guān)方案，并積極推動量產(chǎn)。大陸集團(tuán)的ARS540是全球首個投入量產(chǎn)的4D成像雷達(dá)，2021上海車展期間，大陸集團(tuán)展示了即將量產(chǎn)的業(yè)內(nèi)首款4D毫米波成像雷達(dá)和純固態(tài)激光雷達(dá)。

同樣在在2021年上海車展上，采埃孚展出了為上汽集團(tuán)在中國本地化生產(chǎn)的長距離成像雷達(dá)，目前采埃孚Premium4D成像雷達(dá)已經(jīng)在飛凡R7上搭載，這款雷達(dá)擁有192個通道，其分辨率是傳統(tǒng)汽車?yán)走_(dá)的16倍，可在350米范圍內(nèi)進(jìn)行全面的場景和物體探測。

安波福新一代前視雷達(dá)采用了成像雷達(dá)技術(shù)，可探測300米外的物體，并能確定其高度。該產(chǎn)品也被用于安波福的傳感器融合方案中。

在國內(nèi)，華域汽車4D成像毫米波雷達(dá)即將量產(chǎn)。 據(jù)介紹，華域汽車最新研發(fā)的4D成像毫米波雷達(dá)，除了能測定物體的距離、速度、方位角等二維平面信息外，還能測定物體高度和俯仰角度，勾勒出被識別物體在三維空間內(nèi)的輪廓，甚至是監(jiān)測出路上的易拉罐。在方案量產(chǎn)方面，據(jù)悉華域汽車并沒有選擇較為主流的FPGA方式。

德賽西威是國內(nèi)77GHz毫米波雷達(dá)的主要供應(yīng)商，目前該公司也在積極布局成像雷達(dá)。在該公司35周年活動上，對最新的成像雷達(dá)方案進(jìn)行了展示。

我們將華為也歸入到國內(nèi)的tier 1級供應(yīng)商。2021年，華為首次公開發(fā)布高分辨成像雷達(dá)產(chǎn)品和解決方案，并于2021年量產(chǎn)交付。在技術(shù)路線上，華為的成像雷達(dá)采用了經(jīng)典FMCW方案，收發(fā)通道為12TX24RX，提供4倍分辨率提升、大視場無模糊和4D高密點(diǎn)云。

當(dāng)然，上面羅列的并不是產(chǎn)業(yè)鏈上面的全部公司，由于成像雷達(dá)未來的發(fā)展?jié)摿薮?，原來做毫米波雷達(dá)芯片以及模組方案的廠商都在做相關(guān)的探索，比如川速微波、 加特蘭微電子、森思泰克等都已經(jīng)有相關(guān)方案，加特蘭微電子2021 年推出了面向4D 雷達(dá)的可級聯(lián)芯片Alps CAL77S244-AE。

成像雷達(dá)成為初創(chuàng)企業(yè)的機(jī)遇除了傳統(tǒng)的汽車產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商以及成立較早的毫米波雷達(dá)企業(yè)，尤其是擁有77GHz車載雷達(dá)產(chǎn)品的公司，基本都在做成像雷達(dá)的探索。不過從產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間線能夠看出，目前全球成像雷達(dá)的發(fā)展依然處于早期階段，其和激光雷達(dá)的權(quán)重問題，以及系統(tǒng)融合問題都還沒有定論。因此，成像雷達(dá)也成為初創(chuàng)企業(yè)的優(yōu)質(zhì)賽道。

在這些初創(chuàng)企業(yè)中，將多發(fā)多收天線集成在一顆芯片的Arbe、Vayyar、Uhnder是比較具有代表性的企業(yè)。上面已經(jīng)提到，Arbe的Phoenix芯片組曾在業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注，而在北京時間2022年7月19日，該公司又推出了環(huán)繞成像雷達(dá)Lynx。Lynx采用24x12信道，性能優(yōu)于業(yè)內(nèi)的3x4角雷達(dá)，甚至優(yōu)于新一代12x16前向雷達(dá)。Arbe目前已在納斯達(dá)克上市。

從產(chǎn)品屬性來看，Vayyar是Arbe直接的競爭對手，Vayyar于此前完成了1.08 億美元 E 輪融資，將繼續(xù)研發(fā)面向汽車、養(yǎng)老照護(hù)等眾多領(lǐng)域的成像雷達(dá)。

Uhnder是成立于2015年的數(shù)字雷達(dá)供應(yīng)商，該公司采用DCM架構(gòu)，搭載無干擾的發(fā)射器，可以把更多的功率放在目標(biāo)上，具有高對比度的分辨率。據(jù)介紹，Uhnder的雷達(dá)芯片基于兩個die，采用晶圓級封裝，實(shí)現(xiàn)了高速互連。2022 年3月，Uhnder宣布推出業(yè)界首款汽車4D數(shù)字成像片上雷達(dá)。根據(jù)最新的報道，歐菲光即將在2023年基于Uhnder數(shù)字編碼調(diào)制技術(shù)的成像雷達(dá)產(chǎn)品，助力中國汽車安全駕駛。

印度公司Steradian走的也是完全集成的路子，該公司的雷達(dá)集成電路完全集成了16通道E波段MIMO雷達(dá)接收器，傳輸功率為19dBm，具有精密波束控制。不過，該公司不出意外將被瑞薩收購，成為后者車載雷達(dá)方案的一部分。

除了國外的企業(yè)，在國內(nèi)德心智能、幾何伙伴、蠻酷科技等初創(chuàng)企業(yè)也在做相關(guān)的研發(fā)。

綜合而言，傳統(tǒng)汽車零部件供應(yīng)商和自動駕駛方案提供商更傾向于選擇傳統(tǒng)的級聯(lián)和CMOS方案，方案成熟穩(wěn)定，不過在披露出來的性能方面比初創(chuàng)企業(yè)的產(chǎn)品也低一些，而初創(chuàng)企業(yè)大都會采用系統(tǒng)集成的方式，將天線和雷達(dá)傳感器等集成到一顆芯片內(nèi)，不僅方案尺寸更小，系統(tǒng)性能也更高。當(dāng)然，正如上面提到的，目前成像雷達(dá)還處于早期階段，屬于各方勢力割據(jù)混戰(zhàn)，沒有形成主流的方案，也沒有出現(xiàn)BIG級廠商。

根據(jù)簡樂尚博168report的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球成像雷達(dá)市場規(guī)模達(dá)到了9.76億美元，預(yù)計2027年將達(dá)到14.65億美元，2021年到2027年復(fù)合增長率（CAGR）為6.25%。在市場不斷擴(kuò)大的過程中，目前看來，老牌巨頭和初創(chuàng)企業(yè)都有勝算。