感知部件升級(jí)，激光雷達(dá)和 4D 毫米波雷達(dá)相繼應(yīng)用上車

• 陳博 2023年11月3日 來(lái)源：中研網(wǎng) 213 5
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毫米波雷達(dá)經(jīng)歷了多年的積累實(shí)現(xiàn)了在乘用車上的量產(chǎn)應(yīng)用，產(chǎn)品應(yīng)用的載體是ADAS功能，其市場(chǎng)年銷量在逐漸增加，但傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)有無(wú)法識(shí)別靜止物體的缺陷，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)化方案呈現(xiàn)百花齊放的趨勢(shì)。毫米波雷達(dá)在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，能夠利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻率和TOF原理實(shí)3

自動(dòng)駕駛催化下，激光雷達(dá)逐步應(yīng)用，毫米波雷達(dá)與攝像頭升級(jí)。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛感知的硬件支撐，汽車傳統(tǒng)感知器包括攝像頭、超聲波雷達(dá)和毫米波雷達(dá)等，在探測(cè)距離和探測(cè)精度上能基本滿足L1-L2級(jí)別自動(dòng)駕駛需求。但自動(dòng)駕駛級(jí)別升高對(duì)傳感器探測(cè)的距離和精度提出了更高的要求，激光雷達(dá)因此落入主機(jī)廠視野，成為高級(jí)別自動(dòng)駕駛所必需的感知器之一，當(dāng)前激光雷達(dá)開(kāi)始應(yīng)用上車。傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品已經(jīng)成熟，現(xiàn)在4D毫米波雷達(dá)在傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)軟硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)，增加了對(duì)于物體高度的測(cè)量，能夠識(shí)別靜止的物體，并能夠生成物體大致輪廓的點(diǎn)云，并希望未來(lái)部分代替低線束激光雷達(dá)，做到感知成本的降低。前視攝像頭(一體機(jī))作為L(zhǎng)2及以下ADAS功能的關(guān)鍵傳感器，魚(yú)眼相機(jī)作為泊車功能的關(guān)鍵傳感器，產(chǎn)品較為成熟，而側(cè)視和后視攝像頭逐步開(kāi)始搭載，高階應(yīng)用的趨勢(shì)是攝像頭模組，算法在控制器中實(shí)現(xiàn)。

L3及以上的高階自動(dòng)駕駛需要搭載激光雷達(dá)已經(jīng)成為行業(yè)的共識(shí)，激光雷達(dá)加速上車。激光雷達(dá)在Robotaxi已經(jīng)廣泛應(yīng)用，基本是以機(jī)械式為主，而車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)也已經(jīng)積累了多年，技術(shù)趨于成熟，激光雷達(dá)已經(jīng)普遍出現(xiàn)在近期發(fā)布的中高端車型上。根據(jù)高工智能汽車的數(shù)據(jù)，2022年上半年國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)交付上車2.67萬(wàn)顆，2022年全年預(yù)計(jì)超過(guò)10萬(wàn)顆，預(yù)計(jì)到2023年底規(guī)模超過(guò)150萬(wàn)顆(含定點(diǎn))。激光雷達(dá)是當(dāng)下解決智能駕駛場(chǎng)景痛點(diǎn)的有效感知器件，隨著成本下降，將會(huì)得到更多的應(yīng)用。目前智能駕駛中感知器件仍然存在痛點(diǎn)：①攝像頭和毫米波雷達(dá)感知仍不安全，對(duì)于靜止物體、較差光線環(huán)境、罕見(jiàn)的cornercase不能做到很好的表現(xiàn);②搭載中短距激光雷達(dá)也仍不夠安全，在時(shí)速大于100km/h的高速場(chǎng)景下，仍然不夠安全，車輛的安全制動(dòng)需要清晰探測(cè)到100m之外的小物體，意味著實(shí)現(xiàn)100m的提前預(yù)警，需要250m的標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)距離;③層出不窮的高速拋灑物嚴(yán)重威脅駕乘安全。而激光雷達(dá)尤其是長(zhǎng)距激光雷達(dá)的應(yīng)用可以較好的解決以上問(wèn)題?，F(xiàn)在1550nm激光光源的激光雷達(dá)售價(jià)在1000美元左右，預(yù)計(jì)未來(lái)3~5年能夠?qū)崿F(xiàn)至少50%的降本，屆時(shí)激光雷達(dá)將會(huì)更多的搭載在車上。

毫米波雷達(dá)經(jīng)歷了多年的積累實(shí)現(xiàn)了在乘用車上的量產(chǎn)應(yīng)用，產(chǎn)品應(yīng)用的載體是ADAS功能，其市場(chǎng)年銷量在逐漸增加，但傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)有無(wú)法識(shí)別靜止物體的缺陷，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)化方案呈現(xiàn)百花齊放的趨勢(shì)。毫米波雷達(dá)在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，能夠利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻率和TOF原理實(shí)現(xiàn)物體速度和距離測(cè)量，基于并列接收天線收到同一目標(biāo)反射的脈沖波的相位差實(shí)現(xiàn)角度測(cè)量。毫米波雷達(dá)可以輸出距離、速度和角度信息，也被稱為3D毫米波雷達(dá)，對(duì)距離和角度信息通過(guò)將極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)系，可以獲得目標(biāo)在x和y方向上離自車的距離，但是缺少了垂直z向的信息，對(duì)道路中間的井蓋、減速帶、懸在半空中的各種標(biāo)識(shí)牌、限高架、靜止的車輛等靜止物體，由于沒(méi)有高度信息，通過(guò)3D毫米波雷達(dá)是無(wú)法決策這些障礙物是否影響通行的，這是傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的缺陷。當(dāng)下毫米波雷達(dá)發(fā)展規(guī)律：①價(jià)格降低;②體積變小;③脈沖到FMCW;④芯片高度集成化;⑤技術(shù)創(chuàng)新--4D成像。現(xiàn)在毫米波雷達(dá)已經(jīng)發(fā)展到了第五代，大陸馬上要推出第六代毫米波雷達(dá)。L2+系統(tǒng)中，尤其是NOA功能，普遍采用了5顆毫米波雷達(dá)。當(dāng)下各家的技術(shù)方案存在多樣性，重點(diǎn)在于性能指標(biāo)和工程化落地的能力。

4D毫米波雷達(dá)能夠測(cè)量目標(biāo)的高度信息，進(jìn)行物體的點(diǎn)云成像，是毫米波雷達(dá)的下一代升級(jí)。4D毫米波雷達(dá)增加的最顯著功能是可以精確探測(cè)俯仰角度，從而獲取被測(cè)目標(biāo)真實(shí)的高度數(shù)據(jù)，憑借這一特性，4D毫米波雷達(dá)可以"識(shí)別靜止物體"。除此之外，4D毫米波雷達(dá)在分辨率上也獲得極大提高，以ArbePhoenix為例，其水平和垂直分辨率分別為1°和2°，1°的水平分辨率比普通3D毫米波雷達(dá)提升5~10倍，2°的垂直分辨率僅比普通16/32線機(jī)械式激光雷達(dá)的1°垂直分辨率小一倍，這讓4D毫米波雷達(dá)在掃描同一物體時(shí)可獲掃描的點(diǎn)的數(shù)量極大增加，甚至可以有低線束激光雷達(dá)的點(diǎn)云掃描效果。第五代毫米波雷達(dá)已經(jīng)可以逐步實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云成像，成像的目的是為了對(duì)物體進(jìn)行勾勒輪廓，做出鄰近物體的區(qū)分。而在此過(guò)程中識(shí)別會(huì)有識(shí)別率的問(wèn)題，并不是所有物品都可以被識(shí)別，當(dāng)成像點(diǎn)云越接近物品的真實(shí)輪廓，識(shí)別率會(huì)越高。4D激光雷達(dá)已經(jīng)可以大致描述物體的周邊輪廓，下一步就是在點(diǎn)云成像基礎(chǔ)上，提升目標(biāo)識(shí)別的算法效率。

4D毫米波雷達(dá)較激光雷達(dá)更具成本優(yōu)勢(shì)，我們認(rèn)為能夠部分代替低線束激光雷達(dá)，促進(jìn)高階智駕滲透率提升帶來(lái)行業(yè)的規(guī)模效應(yīng)。4D毫米波雷達(dá)無(wú)疑是自動(dòng)駕駛感知部件的新星，特斯拉在2022年注冊(cè)了相關(guān)的專利，同時(shí)Mobileye的CEO在CES演講上也表達(dá)在2025年的高階自動(dòng)駕駛上，應(yīng)用4D毫米波雷達(dá)去代替激光雷達(dá)。4D毫米波雷達(dá)相對(duì)激光雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)在于：①多普勒效應(yīng)直接測(cè)速，精度高;②環(huán)境適應(yīng)能力能好，穿云透霧以及穿雨效果更好，也不受光線的影響;③成本更低，4D毫米波雷達(dá)的傳感器都是基于硅基的c模式的傳感器，成本可以做得更低。4D毫米波雷達(dá)可以在高度方向與激光雷達(dá)做到類似的角分辨率，但是低線束激光雷達(dá)在水平方向的角分辨率仍要比現(xiàn)有的4D雷達(dá)高出1個(gè)數(shù)量級(jí)，但是這個(gè)指標(biāo)并不能代表全部的感知能力，在一些方面4D毫米波雷達(dá)表現(xiàn)并不差。4D毫米波雷達(dá)優(yōu)勢(shì)突出，我們認(rèn)為成本是最關(guān)鍵的變量，激光雷達(dá)和4D毫米波雷達(dá)并不都是成熟的感知器件，技術(shù)進(jìn)步會(huì)提升他們對(duì)物體的分類能力以及面對(duì)Cornercase的檢測(cè)能力，4D毫米波雷達(dá)與攝像頭的結(jié)合使用是一種很好的低成本的中短距感知方案，結(jié)合高線束的遠(yuǎn)距激光雷達(dá)負(fù)責(zé)遠(yuǎn)端感知，形成完整的感知方案。我們認(rèn)為在成本要求高的項(xiàng)目上，4D成像毫米波雷達(dá)會(huì)部分替代低線束的激光雷達(dá)。當(dāng)下正是L3級(jí)別自動(dòng)駕駛滲透率提升的起點(diǎn)，諸如激光雷達(dá)和4D雷達(dá)成本仍然較高，相信如果更多的廠商采用4D雷達(dá)，將會(huì)帶來(lái)智駕系統(tǒng)成本下降與高階智駕滲透率提升的良性循環(huán)，屆時(shí)也將會(huì)增加激光雷達(dá)的應(yīng)用，共同促進(jìn)系統(tǒng)成本的下降。

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