毫米波雷達最大的“缺陷”是分辨率不高，無法辨識行人和對周圍障礙物進行精準(zhǔn)的建模，而分辨率智能雷達傳感器對于實現(xiàn)高級自動駕駛是未來的發(fā)展趨勢。為了給雷達“開眼”，各家企業(yè)各顯神通，采用不同的技術(shù)進行了大膽的創(chuàng)新，為了解決傳統(tǒng)毫米波雷達角分辨率低、點云密度低的問題，當(dāng)下出現(xiàn)了四種4D毫米波雷達解決方案：

1、基于傳統(tǒng)CMOS雷達芯片，提供軟件虛擬雷達孔徑，強調(diào)“軟件定義的雷達”，主要廠家有傲酷、Mobileye等；

軟件虛擬雷達孔徑，其核心在于通過軟件模擬，增大毫米波雷達的孔徑以提升角分辨率。角分辨率即為雷達的指向精度。比如雷達指向精度0.01弧度（換算成角度就是0.6度），那么自動駕駛車輛可以在100米的距離獲得1米的分辨率。在雷達中，角分辨率的高低與波長與孔徑大小有關(guān)。即波長越長，角分辨率越低，孔徑越大，分辨率越高。

傳統(tǒng)毫米波雷達大多為24GHz，波長較長且孔徑小，其特性注定角分辨率低。倘若擴展天線的尺寸或者增加天線的數(shù)量，可以提高雷達性能，但也會顯著增加成本、尺寸和功耗。而4D毫米波雷達可通過虛擬孔徑成像軟件算法和天線設(shè)計，模擬數(shù)倍、甚至數(shù)十倍天線以提升角分辨率。

美國的4D成像雷達公司傲酷推出的商用4D成像雷達EAGLE，其搭載虛擬孔徑成像軟件可動態(tài)發(fā)送相位調(diào)制的自適應(yīng)波形。該波形可跟隨環(huán)境實時變化，并隨時間編碼數(shù)據(jù)，從而可雷達硬件的角分辨率最高提升達100倍。最終實現(xiàn)120°水平/30°縱向的寬視場中提供0.5°水平x1°縱向的角分辨率。

2、將多發(fā)多收天線集成在一顆芯片，直接提供成像雷達芯片，比如Arbe、Vayyar等；

車用毫米波雷達芯片是整個系統(tǒng)的核心，它包括多種功能電路，如低噪聲放大器（LNA）、功率放大器（PA）、混頻器、壓控振蕩器（VCO）、鎖相環(huán)頻率綜合器（PLL）、本振鏈路（LO）、移相器、倍頻器、分頻器、可編程增益放大器（PGA）、濾波器、甚至收發(fā)天線等，需要具備射頻損耗小、噪聲低、頻帶寬、動態(tài)范圍大、輸出功率大、功率附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點。

當(dāng)今量產(chǎn)的76GHz~81GHz毫米波雷達芯片技術(shù)大都采用SiGe制程，接收通道、發(fā)射通道和本振通道分開實現(xiàn)。目前正在向成本更低、集成度更高的硅基CMOS技術(shù)演進，從65nm、40nm逐步向28nm、16nm工藝演進，同時集成度進一步提高，實現(xiàn)射頻前端、ADC、MCU和存儲器單片全集成，達到成本低、封裝小、重量輕、功耗低的設(shè)計要求。

車用毫米波雷達核心芯片技術(shù)發(fā)展趨勢 毫米波雷達根據(jù)點云密度由低至高可分為24GHz、77GHz、79GHz三種，其中24GHz為市場主流，77GHz及79GHz初入量產(chǎn)階段。

點云密度低意味著自動駕駛車輛在行駛中無法對周圍行人、車輛、樁桶點云成像，使得僅搭載毫米波雷達的車輛無法在復(fù)雜路段行駛。而目前4D毫米波雷達普遍為77GHz及以上頻段，車輛可在行駛中達到類似激光點云的成像方式。

該技術(shù)的代表公司為以色列初創(chuàng)公司Vayyar，其推出的單片成像雷達可通過獲取動態(tài)點云構(gòu)建實時、高分辨率的四維可視化機艙和汽車外部環(huán)境。

3、將77GHz/79GHz的標(biāo)準(zhǔn)雷達芯片多芯片級聯(lián)，以增加天線數(shù)量，比如大陸、博世、ZF等一眾公司；

毫米波雷達天線的主流方案是微帶陣列，利用較小的高頻印刷電路板（PCB）空間產(chǎn)生足夠的天線輻射強度，并實現(xiàn)與芯片的互連。

車用毫米波雷達天線與模塊的主要技術(shù)路線 基于多芯片級聯(lián)的79GHz MIMO毫米波成像雷達是未來產(chǎn)業(yè)化方向。采用多芯片級聯(lián)和微型化PCB板載天線陣列，加上雷達信號處理，可以實現(xiàn)面向高精度多維成像的79GHz MIMO虛擬陣列雷達，將識別精度進一步提升到微米級別，支持距離、速度、角度、高度測量和多視角可調(diào)多工作模式，實現(xiàn)全天候下的多維毫米波成像。

芯片級聯(lián)可分為二級聯(lián)、四級聯(lián)、八級聯(lián)三種方法。通過將2個/4個/8個的3發(fā)4收的芯片聯(lián)為一體，組成6發(fā)8收/12發(fā)16收/24發(fā)/32收芯片。然而，此種傳統(tǒng)提高角分辨率的方式，只是簡單堆砌更多芯片、更多天線。例如提高角分辨率到1度角，必須通過四個芯片級聯(lián)、增加天線。但雷達硬件受成本、尺寸、功耗的限制較大，較少公司采用此方法提高角分辨率。

4、通過超材料研發(fā)新型雷達架構(gòu)，代表廠家有Metawave等。

通過在超材料表面上嵌入顯微結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可結(jié)合電磁波傳播技術(shù)，以此創(chuàng)建出比傳統(tǒng)電路要小很多的電路。此類技術(shù)為代表的公司是Metawave，其SPEKTRA雷達通過模擬波束并不斷轉(zhuǎn)向波束，可對350米以上的車輛和200米以上的行人進行檢測和分類。

Metawave采用的方法是把電磁波束緊緊地聚攏起來，讓其能量集中在一處，如圖。而要實現(xiàn)這樣的效果，在數(shù)字空間（Digital Space）是辦不到的，只有在模擬空間（Analog Space）里才能做到。實際上，WARLORD可以說是一款模擬波束雷達產(chǎn)品（Analog Beam Forming Radar）。

WARLORD的技術(shù)特性：

其一，采用可操控的天線。Metawave采用的是單天線，而非天線陣列，同時接收也是單線的。這種天線由復(fù)合超材料結(jié)構(gòu)而成，每一個超材料單元（Unit Cell）都有活躍組件能夠參與波束成形，還能調(diào)整波束角度。這相較于如今大部分雷達用的多天線結(jié)構(gòu)有很大的優(yōu)勢。

復(fù)雜的波束掃描

其二，信號收發(fā)端進行了整合。Metawave采用了英飛凌、NXP和TI等Tier2的芯片，并與他們進行合作，將天線和芯片組進行了整合。

其三，優(yōu)越的微控制技術(shù)。比如要控制天線探測前方的物體，追蹤其距離、角度、速度以及運動的方式，同時還要判斷這些物體的類別，最后還要把這些經(jīng)過處理的信息傳送給（自動駕駛汽車）的傳感器融合單元。

5、4D毫米波雷達的技術(shù)優(yōu)勢

4D毫米波雷達的四種方案，針對傳統(tǒng)毫米波雷達缺陷逐個擊破，以此拿到進入L3自動駕駛的門票 4D毫米波雷達在原有距離、方位、速度的基礎(chǔ)上增加了對目標(biāo)的高度維數(shù)據(jù)解析，能夠?qū)崿F(xiàn)距“3D+速度”四個維度的信息感知，可以有效地解析目標(biāo)的輪廓、類別、行為。

4D毫米波雷達對比 4D毫米波雷達系統(tǒng)可以適應(yīng)更多復(fù)雜路況，包括識別較小的物體，被遮擋的部分物體以及靜止物體和橫向移動障礙物的檢測。

從性能效果來說，4D成像毫米波雷達算是3D毫米波雷達的升級版，另一方面，從成本上看，4D成像毫米波雷達的成本也僅為激光雷達的10%-20%。

相比于傳統(tǒng)的3D毫米波雷達，車載4D毫米波雷達在工作時，除了能夠解算出目標(biāo)的距離、速度、水平角信息，還能解算出目標(biāo)的俯仰角信息，進而可以提供汽車周圍的環(huán)境信息，能夠避免窨井蓋、路肩、減速帶所產(chǎn)生的虛警現(xiàn)象。

除此之外，得益于能夠提供目標(biāo)的高度信息，捕捉到汽車周圍目標(biāo)的空間坐標(biāo)和速度信息，4D毫米波雷達還能夠提供更加真實的路徑規(guī)劃、可通行空間檢測功能。

目前4D成像毫米波雷達產(chǎn)品，主要面臨著兩個難題：

首先是目前對4D毫米波雷達的需求并不明確。原本毫米波雷達只輸出帶有距離、速度信息的目標(biāo)，但4D成像毫米波雷達還額外提供了具有方位角信息的點，企業(yè)究竟要利用這一特征達到何種感知目的，目前業(yè)內(nèi)還沒有明確的方案。

第二大難點則是現(xiàn)下業(yè)內(nèi)并沒有專門針對4D成像毫米波雷達的測試設(shè)備，行業(yè)的生態(tài)鏈并不成熟。廠商們只能利用傳統(tǒng)毫米波雷達的測試設(shè)備，來驗證其4D成像毫米波雷達產(chǎn)品的性能。但是目標(biāo)模擬器這樣的傳統(tǒng)測試設(shè)備，其分辨率并不高，無法驗證4D成像毫米波雷達的分辨率是否達到了1°或者零點幾度。如果產(chǎn)品的一些基礎(chǔ)性能出了問題，比如天線設(shè)計，沒有辦法在實驗室里檢測出來，做不了前端測試，無法形成一個完整的研發(fā)閉環(huán)?！?

但4D成像毫米波雷達趨勢已不可逆轉(zhuǎn)。中國的4D成像雷達市場將領(lǐng)跑全球，國內(nèi)市場L2+及以上新車搭載率有望在2025年突破50%。同時，4D成像雷達將從2023年初開始小規(guī)模前裝導(dǎo)入，預(yù)計到2023年，搭載量有機會突破百萬顆，到2025年占全部前向毫米波雷達的比重有望超過40%。

審核編輯：劉清