历史上的今天
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2021年04月28日 | 毫米波雷达是否全面进入了成像时代？
2021-04-28
2021上海车展于4月19日-28日在上海国家会展中心顺利召开，除了整车及零部件企业共计138场的新品发布外，中国汽车工程学会主办的国际汽车技术关键论坛也云集了行业内的多位技术大咖，从节能与新能源汽车关键技术、智能与网联汽车技术及先进轻量化与装备三大技术板块介绍了目前汽车技术及自动驾驶领域的最新研究和前瞻观点。
在智能与网联汽车技术分论坛上，自动驾驶的相关话题被深入讨论。自动驾驶系统分为感知层、决策层和执行层，每一个环节都有很多关键技术需要突破，众多技术大咖都带来了各自企业或领域的最新研究成果，尤其在感知领域，精准实时的目标及环境探测是自动驾驶的大前提。抛开Level1-5的自动驾驶分类不谈，如何根据具体功能场景的真实需求来开发最合适的感知端传感器才是各大零部件品牌的首要任务。
楚航科技CTO张我弓博士现场分享
楚航科技CTO张我弓在分论坛现场，从1970年代车载毫米波雷达预研的发展历史说起，总结了本世纪初至今欧洲车载毫米波雷达商业化落地的客观规律。楚航科技认为，虽然如今毫米波雷达在智慧交通、无人机、智能座舱和智慧安防等各领域的应用均呈现了百花齐放的态势，但车载毫米波雷达在中国大规模商业化落地还是会遵循“ADAS（高级辅助驾驶系统）市场先行，自动驾驶循序渐进”的客观规律。
毫米波雷达的商用化落地需要结合具体场景
相对于汽车的另外三只眼睛：超声波雷达、摄像头、激光雷达，毫米波雷达对于大众来说还比较陌生。人们日常使用较频繁的倒车雷达和影像系统就是基于超声波雷达和摄像头传感器而开发的，激光雷达也因为实时精细的点云建图能力和高昂的成本标签被大众所熟知。实际上，在车载多传感器融合的必然大趋势下，毫米波雷达因其性价比高、探测距离远、精度高、不受雨雪光线影响可全天候工作等特点逐渐吸引了越来越多业内人士的关注。结合汽车功能安全的准则“车规级应用多安全都不为过”，仅仅就雨雾天气高速驾驶时前方本车道抛锚车辆的提前预警这一工况而言，毫米波雷达就已经成为车辆不可或缺的传感器了。
至今车载毫米波雷达在欧美已经有了二十多年的成功商业化经验和市场的累积。从上世纪70年代开始欧洲进行车载毫米波雷达的预研，经过三十多年，才逐步为本世纪初的商业化打下了坚实基础。以目前全球毫米波雷达市场份额最大的博世集团来说，车载毫米波雷达的开发也是从自适应巡航（ACC）和紧急制动（AEB）这两个具体的ADAS功能出发才成就了当今霸业。
纵观海外的发展经验，国产毫米波雷达供应商也应该先牢牢把握国内ADAS市场窗口期打开的好机会，不光要扎实做好角雷达BSD（盲区探测），LCA（变道辅助），RCTA（后向横穿预警），DOW（开门预警）这一类的纯预警功能，而且还要像欧美雷达供应商一样在前向雷达ACC，AEB等与底盘控制紧密耦合的主动安全功能上和主机厂联合发力做出系统化的落地解决方案。
4D点云成像是毫米波雷达自身演进的必然趋势，但大规模市场化窗口期仍需耐心等待。
在今年的上海车展，L4级别的自动驾驶成果引发了普遍的关注。将信将疑中，普通消费者离量产乘用车级别的自动驾驶似乎仅有刷卡买单这一步之遥了。L4级别的应用中激光雷达和摄像头的亮眼表现倒逼着毫米波雷达必须迅速提升自己在成像功能上这块显著的短板才能满足自动驾驶升级的需求。也因此，4D点云成像雷达成为了一个呼之欲出的小风口。
从工程角度出发，最简单的实现方式莫过于硬件上增加收发通道数量，扩大天线孔径的同时满足水平和俯仰方向对分辨率的要求从而达到除去传统距离，速度和水平角度（3D雷达）之外更多的一个俯仰上的维度信息（4D）。
这个方案也是本次上海车展中参展的车载4D成像毫米波雷达的主流。但是硬币总会有正反面，硬件升级的优点背后隐藏着产品化复杂度和开发难度的阶跃。如果硬件上采用三发四收的主流雷达芯片，级联起来不光会大大增加芯片的硬件成本，而且PCB的整体尺寸也会变大，贴片过程中的稳定度和翘曲率的控制也必须要更加严苛，多出来的物理通道和虚拟通道的产线标定成本也会成倍增加。
楚航科技点云雷达
功耗层面的增加也变相导致产品散热方面的设计升级。单位时间内多出的成倍的点云数量也会对处理器的能力提出更高的匹配要求。在维持50-70 m/s的刷新周期条件下还意味着对成倍增加的点云数据实时传输的高要求，传统CAN的传输会出现负载过大或者完全卡死的状况，而车载以太网暂时又还没有达到大规模商用的普及。
另外，实际测试显示，不同车辆之间毫米波雷达的点云有一定概率互相严重干扰，而且这种干扰呈现出随机，随时，随地并且密集的特征。目标级别可以免疫，但是如果本身就是用点云，很难用一种工程方案完全解决这种干扰。至少可以肯定，在高速场景下的4D点云具有一定的不稳定性，从而可能在某些场景给决策端提供有安全风险的感知结果。行业里也有纯软件提升点云质量的非传统FMCW（调频连续波）制式的方案，笔者希望能尽快在国内见到仅仅靠软件赋能传统车载毫米波雷达的案例落地。
不管如何，L4对车载毫米波雷达探测性能提出的新挑战（4D成像雷达）并不能成为忽略L2国产化还没有成熟的事实，而且车载毫米波雷达在国内的ADAS前装市场元年已经开启，有竞争力的车载毫米波雷达产品已经看到了市场商业化落地的强健步伐，如果仅仅是为了过分追逐L4级别的“新”挑战而错过眼前实打实的L2发展窗口期，对于国产毫米波雷达供应商，特别是初创企业将是一个危险的信号。
总之，L2的ADAS毫米波雷达意味着眼见为实的现金奶牛，天时地利的产品落地，雪中送炭的生存空间。L4的4D成像雷达意味着旷日持久的工程坚持，伺机而动的机会把握，星辰大海的乐观期待。车载毫米波雷达的未来究竟会以怎样的形态呈现？让我们一起躬身入局，拭目以待吧。
史海拾趣
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