[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]最近有一個(gè)小伙伴在留言區(qū)提問(wèn)：最近智界開(kāi)啟了老車(chē)型智駕硬件升級(jí)活動(dòng)，老R7的前1后2毫米波雷達(dá)替換成4D毫米波雷達(dá)。因此想讓智駕最前沿聊聊，前向一顆4D對(duì)于識(shí)別路面的灑落障礙物相較于3D毫米波有多大提升？

先說(shuō)結(jié)論，4D雷達(dá)相比傳統(tǒng)那種只能看平面的雷達(dá)，最大的區(qū)別不是單純多一項(xiàng)數(shù)據(jù)，而是能“看得更立體、更靠譜”。雷達(dá)對(duì)自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)，就像人的耳朵與觸覺(jué)。它聽(tīng)到（接收）回波，算出距離和速度，再告訴大腦什么時(shí)候該剎車(chē)或避讓。它能更好地區(qū)分路面上不同高度的物體，給出更結(jié)構(gòu)化的點(diǎn)云，幫助車(chē)輛在復(fù)雜環(huán)境中做出更穩(wěn)妥的判斷。

什么叫4D毫米波雷達(dá)，和3D/傳統(tǒng)雷達(dá)有什么差別？

“4D”并不是一個(gè)數(shù)學(xué)名詞，而是從“感知維度”的方面體現(xiàn)出雷達(dá)的功能。早期的汽車(chē)?yán)走_(dá)主要能量測(cè)距離，順帶能測(cè)徑向速度（也就是目標(biāo)是靠近還是遠(yuǎn)離，速度是多少）。后來(lái)雷達(dá)加了天線(xiàn)陣列，可以分辨方位角（左右在哪兒），這有時(shí)被稱(chēng)為“3D”，但很多廠(chǎng)家和文章里對(duì)“3D/4D”的叫法并不完全統(tǒng)一。我這里把4D雷達(dá)解釋為能同時(shí)提供四類(lèi)信息，距離、方位、速度和高度（也可以理解為垂直角度）。高度的加入讓雷達(dá)不再只是“平面上的影子”，而是有深度的立體感知。

通俗點(diǎn)想象，傳統(tǒng)雷達(dá)是站在馬路邊拿望遠(yuǎn)鏡看東西，只能知道東西有多遠(yuǎn)和在什么方向上；4D雷達(dá)像是拿了帶高度測(cè)量的立體相機(jī)，不僅知道東西在哪里，還知道它高矮，能分辨出地面上的小石子、路邊的護(hù)欄和人頭的高度差別。這種高度信息對(duì)行人、騎車(chē)人、卡車(chē)車(chē)頂、路牌橫桿這些場(chǎng)景非常有價(jià)值。

它是如何“看出高度”的？

要讓雷達(dá)看出高度，關(guān)鍵在兩個(gè)方面，即天線(xiàn)的布局和信號(hào)的處理方式。早期雷達(dá)天線(xiàn)少，收發(fā)天線(xiàn)數(shù)量有限，沒(méi)法用角度差來(lái)精確判斷垂直方向。現(xiàn)在的4D雷達(dá)在發(fā)射和接收部分用了更多的天線(xiàn)單元，按一定規(guī)則排列，這就允許雷達(dá)去測(cè)量到信號(hào)在不同天線(xiàn)間的相位差。把這些相位差拼起來(lái)，雷達(dá)能推算出目標(biāo)從側(cè)面看和從上方看的角度，從而得到高度信息。

還有一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是波束形成和MIMO技術(shù)。MIMO就是多個(gè)發(fā)射和多個(gè)接收的組合方式，通過(guò)不同發(fā)射/接收對(duì)的相位信息組合，得到更多獨(dú)立的測(cè)量樣本。波束形成則像握著手電筒調(diào)整光束方向，把能量集中在某個(gè)方向，提升對(duì)特定方位的分辨率。再配合快速的時(shí)頻編碼和更強(qiáng)的信號(hào)處理器，雷達(dá)能在同一時(shí)間幀里得到更細(xì)的角度和距離測(cè)量?，F(xiàn)代芯片算力變強(qiáng)后，這些繁重的數(shù)學(xué)運(yùn)算可以在傳感器端完成，輸出更“干凈”的點(diǎn)云給車(chē)載中樞。

用更好理解的比喻，想象你要拍一個(gè)物體的立體照，多顆小相機(jī)從不同高度和角度拍照，再把照片合成就能得到目標(biāo)的三維形狀。4D雷達(dá)做的事情和這差不多，只不過(guò)用的是電磁波而不是光，天線(xiàn)陣列和信號(hào)處理替代了多相機(jī)與拼接算法。電磁波有穿透霧雨的能力，這也是雷達(dá)在惡劣天氣比攝像頭更可靠的原因之一。

4D比3D/傳統(tǒng)雷達(dá)在實(shí)際自動(dòng)駕駛場(chǎng)景帶來(lái)哪些提升？

有了高度信息和更稠密的點(diǎn)云，系統(tǒng)能做的事情就會(huì)增多且會(huì)更可靠。舉幾個(gè)常見(jiàn)的例子，路邊有一排護(hù)欄，護(hù)欄上方有橫桿，如果車(chē)輛只知道距離和方位，可能把護(hù)欄和橫桿當(dāng)成一個(gè)整體來(lái)處理，不夠精細(xì)；4D雷達(dá)可以告訴系統(tǒng)哪些回波來(lái)自較高位置，哪些來(lái)自地面，這樣決策層就能更準(zhǔn)確判斷哪些物體是行進(jìn)障礙，哪些只是高處的標(biāo)志，這樣就不會(huì)阻擋車(chē)輛行駛。再比如在隧道或橋洞入口處，車(chē)頂較高的大貨車(chē)和普通小車(chē)通過(guò)的剩余高度不一樣，4D雷達(dá)能幫助判斷是否存在高頂障礙物，從而在需要時(shí)提示減速或變道。

在行人和騎行者的識(shí)別上，4D雷達(dá)能提供更穩(wěn)定的幾何信息。攝像頭在夜間或逆光下容易失靈，激光雷達(dá)在雨雪下也會(huì)受影響，但雷達(dá)對(duì)雨雪更“寬容”。當(dāng)攝像頭信息不可靠時(shí)，雷達(dá)提供的高度和速度信息能作為重要的備份，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤超車(chē)或誤判距離的情況。車(chē)速、方位與高度三者結(jié)合后，追蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)時(shí)不容易把兩個(gè)人或一個(gè)人和一個(gè)物體混淆，從而減少誤判。

4D雷達(dá)還有一個(gè)非常重要的優(yōu)勢(shì)是運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)更穩(wěn)。車(chē)輛需要預(yù)測(cè)前方目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)決定自己下一步的動(dòng)作。精確的角度和速度信息意味著跟蹤算法可以更準(zhǔn)確地維持目標(biāo)軌跡，不容易在短時(shí)間的噪聲里“丟目標(biāo)”。這讓路徑規(guī)劃和決策更平滑，降低了因?yàn)楦兄秳?dòng)帶來(lái)的頻繁剎車(chē)或不必要的避讓。

4D雷達(dá)并不是萬(wàn)能的，它的局限和實(shí)際取舍是什么？

4D雷達(dá)雖然聽(tīng)起來(lái)非常強(qiáng)悍，但仍然有一些不得不面對(duì)的缺點(diǎn)。第一，雷達(dá)的點(diǎn)云密度和細(xì)節(jié)性仍然比不上高線(xiàn)數(shù)的激光雷達(dá)。激光雷達(dá)在遠(yuǎn)距離和小目標(biāo)輪廓方面更清晰，哪怕是4D雷達(dá)也不能完全替代高端激光雷達(dá)的全部功能。第二，高度分辨率有物理限制。天線(xiàn)數(shù)量、車(chē)上安裝位置和信號(hào)帶寬都會(huì)影響垂直方向的精細(xì)程度，所以在某些場(chǎng)景下高度信息并不一定非常精確。第三，成本和工程量會(huì)增加。更多天線(xiàn)和更復(fù)雜的信號(hào)處理意味著傳感器本身更貴，電磁兼容、散熱與外殼設(shè)計(jì)也要更謹(jǐn)慎才能達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí)要求。第四，數(shù)據(jù)要處理好才有用。4D雷達(dá)輸出的點(diǎn)云需要配套的算法和專(zhuān)門(mén)的標(biāo)注數(shù)據(jù)集來(lái)訓(xùn)練模型。如果沒(méi)有成熟的算法，豐富的點(diǎn)云也可能變成“噪聲堆”，無(wú)法直接轉(zhuǎn)化為可靠決策。

正因如此，很多廠(chǎng)商不會(huì)把4D雷達(dá)當(dāng)作單獨(dú)的“靈丹妙藥”。更現(xiàn)實(shí)的做法是把它作為重要的技術(shù)補(bǔ)充，與攝像頭和激光雷達(dá)形成互補(bǔ)。攝像頭負(fù)責(zé)高分辨率的語(yǔ)義理解和顏色信息，激光雷達(dá)負(fù)責(zé)提供稠密的三維形狀，4D雷達(dá)負(fù)責(zé)在低能見(jiàn)度或復(fù)雜電磁環(huán)境下提供穩(wěn)定的距離、速度和高度信息。三種傳感器協(xié)同工作，比任何一種單獨(dú)工作都更可靠。

如何把4D雷達(dá)用得順手且物有所值？

要想在車(chē)上真正把4D雷達(dá)發(fā)揮價(jià)值，有幾件事必須注意。傳感器安裝位置要經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，位置決定視場(chǎng)、遮擋和天線(xiàn)效率，隨便塞一個(gè)位置會(huì)大幅削弱性能。時(shí)間同步和空間標(biāo)定也很關(guān)鍵，雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)要在時(shí)間上對(duì)齊、在空間上校準(zhǔn)才能做有效的融合。在算法層面上，更要先做輕量級(jí)的在線(xiàn)處理，把不確定性大的判斷先放到保守策略里，再把復(fù)雜的語(yǔ)義推理交給中央算力或離線(xiàn)模型優(yōu)化。最后要考慮量產(chǎn)時(shí)的可靠性問(wèn)題，車(chē)規(guī)級(jí)封裝、抗振動(dòng)、耐高低溫和電磁兼容都是必須通過(guò)的門(mén)檻。

從產(chǎn)品選擇角度出發(fā)，車(chē)廠(chǎng)需要把成本、預(yù)期功能和目標(biāo)場(chǎng)景對(duì)齊。不是每一輛車(chē)都需要最先進(jìn)的4D雷達(dá)。對(duì)一些以城市低速為主的共享出行車(chē)輛，4D雷達(dá)能帶來(lái)明顯的安全提升；而對(duì)預(yù)算有限、場(chǎng)景較單一的量產(chǎn)家用車(chē)，可能會(huì)選擇低成本傳感器組合并在軟件上做更多優(yōu)化。

4D雷達(dá)會(huì)如何影響自動(dòng)駕駛的未來(lái)？

隨著技術(shù)的進(jìn)步技，芯片更便宜、天線(xiàn)制造也會(huì)更成熟，算法也能更好地解釋雷達(dá)點(diǎn)云。未來(lái)，4D雷達(dá)會(huì)越來(lái)越常見(jiàn)，尤其是在需要全天候、全天時(shí)可靠感知的場(chǎng)景里，4D雷達(dá)或?qū)⒊蔀橹饕布?。但短期?nèi)它不會(huì)把激光雷達(dá)完全替代，但會(huì)讓傳感器融合更穩(wěn)健，可以有效降低光學(xué)傳感器在惡劣天氣下的單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)。

如果你把自動(dòng)駕駛想成一支球隊(duì)，攝像頭是前鋒負(fù)責(zé)看清楚細(xì)節(jié)，激光雷達(dá)是中場(chǎng)負(fù)責(zé)搭建精細(xì)的三維場(chǎng)景，4D雷達(dá)就是那個(gè)在關(guān)鍵時(shí)刻攔截對(duì)方進(jìn)攻的后衛(wèi)，雨霧天它常常是最可靠的防線(xiàn)。只有把隊(duì)伍成員搭配合理，才能把比賽打好。4D雷達(dá)的出現(xiàn)，可以讓這支隊(duì)伍在風(fēng)雨中也不容易被打亂節(jié)奏，這就是它最直接也最實(shí)用的價(jià)值。

審核編輯 黃宇