带你一文读懂4D毫米波雷达

自动驾驶汽车的实现离不开加装在车辆上的毫米波雷达、激光雷达及车载摄像头等硬件设备，通过采集车辆周边交通环境的数据，让自动驾驶汽车“看”清楚，从而能够根据“看”到的环境随时做出决策，让自动驾驶汽车可以安全驾驶。硬件设备的加装，让自动驾驶汽车可以更安全地在道路上行驶，由于单个硬件设备并不能获得所有需求数据，且在很多极端环境下，硬件设备也会出现问题，如激光雷达在大雾、大雨等极端天气下，测得数据会出现较大偏差；毫米波雷达不具备测高能力，难以判断前方静止物体是在地面还是在空中；车载摄像头只能拍摄到2D平面图像，即便通过深度学习的辅助，依旧无法精准测得周围物体与自动驾驶汽车之间的距离，因此自动驾驶汽车需要不同的硬件设备同时工作，让自动驾驶汽车“看”得更清楚，获得更多的道路数据。

现在自动驾驶汽车的设计主要有两个发展模式，一种是以谷歌为主的通过加装激光雷达等全硬件设备的自动驾驶汽车，还有一种就是以特斯拉为主的以视觉算法来驱动的自动驾驶汽车。以谷歌为主的通过加装激光雷达等全硬件设备的自动驾驶汽车由于加装的硬件设备，成本昂贵，很难实现商用化；而以特斯拉为主的以视觉算法来驱动的自动驾驶汽车，现阶段已经实现了部分交通下的自动驾驶，但由于硬件设备的不足，让自动驾驶汽车不能完全“看”清路况，在出现诸如鬼探头等状况时，很难及时反应。

随着自动驾驶汽车技术的不断完善，更多新的技术将被应用到自动驾驶汽车上，其中4D毫米波雷达的出现，让自动驾驶汽车的商用化提上了日程。如前文所说，毫米波雷达由于不具备测高的能力，很难判断前方静止物体是在地面还是在空中，在遇到井盖、减速带、立交桥、交通标识牌等地面、空中物体时，无法准确测得物体的高度数据，如果将这样的数据交给自动加斯汽车，将使得自动驾驶汽车出现频繁刹车的情况。4D毫米波雷达的出现，将弥补这一问题，4D毫米波雷达又称为成像雷达，在原有的距离、速度、方向的数据基础上，加上了对目标的高度分析，将第4个维度整合到传统毫米波雷达中，以更好地了解和绘制环境地图，让测到的交通数据更为精准。

早在2020年，特斯拉就曾宣布要在特斯拉汽车上增加一款4D传感器技术，通过4D传感器技术，将现有的工作范围增加两倍，以获取更多的交通信息。4D毫米波雷达可以有效解析测得目标的轮廓、行为和类别，可以适应更加复杂的道路，识别更多小物体，被遮挡部分的物体及静止或横向物体的监测，从而可以精准的了解车辆需要在什么情况下刹车，相对于3D毫米波雷达仅可以测量方位角、仰角和速度这3个数据，4D毫米波雷达可以获得的数据则更多。

4D毫米波雷达最早是在2019年由以色列公司提出，2020年初，Waymo宣布在第五代自动驾驶感知套件中推出4D毫米波雷达，国内的4D毫米波雷达企业也正在快速成长，4D毫米波雷达和传统雷达一样，在极端天气条件下工作时不会出现极大的偏差，且增加了仰俯角之后，能够形成点云图像，这就意味着4D毫米波雷达不仅可以检测到物体的距离、相对速度和方位角，还可以检测到前方物体的垂直高度以及前方静止和横向移动物体，这将补足传统雷达对静态目标的检测短板。从价格上来说，4D毫米波雷达也具有优势。

目前4Dh毫米波雷达主要有2种技术方案，一种是4D毫米波雷达企业自主研发多通道阵列射频芯片组、雷达处理器芯片和基于人工智能的后处理软件算法。另一种就是基于传统雷达芯片供应商的解决方案，通过多芯片极联，或者软件算法来实现密集点云输出及识别。

4D毫米波雷达的主要特点就是角分辨率非常高，前置4D毫米波雷达角分辨率可达1度方位角和2度俯仰角，当加装4D毫米波雷达的自动驾驶汽车在探测道路信息时，可以直接探测到车辆周边物体的轮廓。像是在道路信息比较丰富，如行人与车辆夹杂在一起时，4D毫米波雷达就可以直接对行人和车辆进行识别，并可以判断对应物体的运动情况（是否运动、运动方向）。4D毫米波雷达还可以探测到几何形状，比如在隧道场景中时，可以探测到隧道的长度和宽度。4D毫米波雷达的出现，可以提高自动驾驶汽车对道路信息的探测精度，获取更多的信息以供自动驾驶汽车做出行驶预判。4D毫米波雷达就像是给“近视”的自动驾驶汽车配置了近视眼镜，让自动驾驶汽车“看”的更清晰。

由于毫米波雷达相对于激光雷达的成本低很多，从助力自动驾驶汽车商用化落地这一方面考虑，4D毫米波雷达具有更大的成本优势，但是自动驾驶的发展还是要立足于安全，在自动驾驶汽车商用化前期，还是需要激光雷达、毫米波雷达、车载摄像头等多个硬件设备互为冗余、相互备份的，想要正直依靠某一款硬件设备来让自动驾驶汽车“看”清楚，还是很难的，且4D毫米波雷达还是研发初期，想要达到车规级标准，还是需要很长周期的开发和测试，只有达到一定安全条件，可以使用到自动驾驶汽车上后，才可以真正被使用。

智驾最前沿认为，4D毫米波雷达无论是从成本上还是从工作条件上都是优于激光雷达的，但是4D毫米波雷达真正在自动驾驶汽车上的工作表现是否如设想的一样还有待考证，4D毫米波雷达想要真正普及还有一段路要走，但届时激光雷达的成本是否还是现在这样昂贵也不太好说，但不可否认的是，自动驾驶技术和框架已经相当成型，自动驾驶商用化步伐将会越来越快。对于4D毫米波雷达，大家怎么看？欢迎关注智驾最前沿，并留言交流。