4D毫米波雷达能否取代激光雷达？

            
            出品丨虎嗅智库
            作者丨徐梓宸
            头图丨视觉中国
            4D毫米波雷达的问世为沉寂的毫米波雷达赛道赢得了广泛的关注。
            9月27日，上汽集团作为切入中高端电动车市场的主力军飞凡R7正式发布，单从配置表中也能看出上汽在该款车型上承载的厚望：三联屏设计、华为AR-HUD、激光雷达、高通8155芯片等一系列“内卷”配置均集中在一台售价约25万元的车型上。在眼花缭乱的配置中，较为值得注意的是该车型搭载的2颗采埃孚4D成像毫米波雷达，让R7成为了目前为数不多搭载4D毫米波雷达的车型。
            而在供给侧，4D毫米波雷达的”战场“已然火热。近日，维宁尔（Veoneer）宣布与4D毫米波雷达方案商Arbe合作，共同研发汽车雷达，以提升自动驾驶性能安全。大陆、采埃孚、博世、海拉，以及国内经纬恒润、森斯泰克、福瑞泰克等企业也均布局了4D毫米波雷达市场。
            为何Tier 1巨头纷纷斥资布局该赛道？4D毫米波雷达能否解决市场痛点？它能否取代激光雷达？基于以上疑问和思考，虎嗅智库通过桌面调研和专家访谈的形式对4D毫米波雷达进行深入了解，并发布了《4D毫米波雷达能否取代激光雷达？》报告。
            毫米波雷达是自动驾驶必不可少传感器之一，但仍存在诸多挑战
            在国内外，自动驾驶感知解决方案通常分为两大阵营。一类是以特斯拉为代表的“纯视觉”解决方案，坚持以摄像头作为主传感器，实现感知数据收集。另一类则是“组合传感器”阵营，以摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器进行融合感知。
            无论采用哪一种解决方案，毫米波雷达都是必不可少的传感器。蔚来、小鹏、理想、威马、极狐等品牌车型均配备了约5个毫米波雷达，可见毫米波雷达在自动驾驶感知中的重要程度。 目前，77GHz的中长距毫米波雷达是搭载在车端的主流方案，主要用于支持ADAS中的自适应巡航（ACC）、自动紧急制动（AEB）、前方碰撞预警（FCW）、变道辅助系统（LCA）等功能。
            然而，毫米波雷达在实际使用中也存在着诸多问题：
            传统毫米波雷达通道数偏少，单颗雷达视场角的局限性明显，会出现检测盲区， 需要依靠多颗雷达进行补足。
            毫米波雷达的探测能力偏弱， 受噪点干扰明显，容易出现误检和漏检的情况。
            毫米波雷达在物体探测中只有物体的方位、距离、速度三维数据，缺少了高度数据， 无法对不同高度的物体进行识别区分。
            高度信息的增加，让毫米波雷达“看得更全面”
            4D毫米波雷达，也称为成像雷达，在原有的功能基础上增加了高度信息，能够探测出物体的方位、距离、速度、高度四维数据。同时，4D毫米波雷达具有像素级的角分辨率，可解析出目标物体的轮廓， 让毫米波雷达实现近似于激光雷达的成像功能。
            传统毫米波雷达由于缺少高度的信息，导致视角中只有一个平面，无法区分目标物体是在“路上”还是在“空中”。这让毫米波雷达在自动驾驶感知中，尤其是在静态物体识别上无法有效发挥其作用。高度信息的增加可以让毫米波雷达不再“一视同仁”：4D毫米波雷达可通过不同高度数据识别前方物体是属于无需避让的路牌或者信号灯，还是一个需要紧急避让的车辆或行人，大幅提升了毫米波在静态物体识别上的置信度。
            同时，传统毫米波雷达有分辨率低，噪点多等缺点， 而4D毫米波雷达通过增加实际或虚拟的天线数，有效提升角分辨率，并生成更多的点云，在原始数据上能够成像出目标物体的基本轮廓、边缘、外形。 通过深度学习后，毫米波雷达也能够实现区分行人、自行车、汽车、卡车等不同目标。例如，大陆集团的ARS540是行业中最早的4D成像毫米波雷达，其水平角分辨率可以达到1.2°，垂直角分辨率达到2.3°，水平方位角可达60°。
            表：大陆集团ARS540参数
                        
            来源：虎嗅智库
            4D毫米波雷达暂无法取代以高性能成像为核心的长距激光雷达，但在侧向雷达上有望加速上车
            自动驾驶车辆对于前向的探测精准度要求极高， 车辆在向前行驶时必须能够精准探测并识别出前方物体的类型、距离、方位、速度维度的信息，任何误报或漏报都有可能直接导致事故的发生。激光雷达通过对周围环境扫描能够形成3D图像模型，每秒能够在横向120°视场范围生成百万级的点云量，其点云密度足够满足各级别自动驾驶的感知需求。
            4D毫米波雷达虽然同样具有成像功能，但是在点云密度和质量上仍然无法与激光雷达性能媲美，也较难满足高级别自动驾驶的感知需求。4D毫米波雷达的水平纵向分辨率通常在1°以上，例如大陆ARS540雷达分辨率为1.2°×2.3°。 恩智浦宣布了S32R45雷达芯片的量产，并且称配合软件算法后分辨率可以达到1°以内。 但是， 从当前时间节点来看，4D毫米波雷达在点云密度和质量上与主传感器激光雷达仍存在较大的差距，无法取代用于前向感知的长距离激光雷达。
            Mobileye在CES大会上提出，到2025年L4级别自动驾驶感知方案中将只搭载一颗前向激光雷达， 侧向将用六颗4D毫米波雷达来代替两颗激光雷达，以实现L4级别感知功能，并达到大幅缩减成本的目的。
            图：Mobileye L4感知方案示意图
                        
            来源：虎嗅智库
            虎嗅智库判断，虽然4D毫米波雷达已经具有了成像功能，但是与高性能长距激光雷达相比在点云密度上仍存在体量级差距，当前难以撼动激光雷达在前向感知中的市场地位。然而，在侧向感知中，4D毫米波雷达借助其在测速和测距等方面的优势将有较大发展潜力，未来可能与近场补盲激光雷达同台竞争。