圖片來源 @視覺中國
文｜賽博汽車
"4D 毫米波雷達替代 3D 傳統雷達是一個絕對趨勢。"
4D 成像雷達，也就是我們常說的 4D 毫米波雷達，正在成爲自動駕駛系統傳感器的 " 明日之星 "。
不僅堅守多年純視覺路線的馬斯克在 HW4.0 中悄悄加入 4D 毫米波雷達，國内的上汽飛凡 R7、長安深藍 SL03，以及馬上要上市的飛凡 F7 同樣都是 4D 毫米波雷達的擁趸者。
相比 3D 毫米波雷達，4D 毫米波雷達可以在獲取目标距離、速度以及水平角的基礎上，探測俯仰角（也就是高度）信息，從而輸出類似激光雷達的點雲成像效果，同時其成本遠遠低于激光雷達。
基于此，也有人認爲，更便宜的 4D 毫米波雷達将成爲激光雷達的 " 平替 "。
而我們這篇文章要解答的，主要有這麽幾個問題：
什麽是 4D 毫米波雷達？目前量産應用情況和市場格局如何？
當然還有最重要的，4D 毫米波雷達，是否真能讓激光雷達成爲曆史？
什麽樣的毫米波雷達，能讓馬斯克不得不用？
要了解 4D 毫米波雷達，我們需要先對毫米波雷達有個基本的了解。
所謂的毫米波雷達，就是一類使用天線發射波長 1-10mm 電磁波的雷達傳感器（也就是所謂的毫米波），其頻率範圍一般在 24-300Ghz。
毫米波雷達的工作原理是，通過向外界發射電磁波，從而探測目标的反射信号，根據發射和接收毫米波的時間差來推算探測目标與信号發出點的相對距離。
根據多普勒效應，毫米波雷達還能通過接收時間和頻率的變化，探測出與目标之間的相對速度；通過并列接受天線的幾何距離，和同一個探測目标反射波的相位差，計算出目标的方位角，進而就可以根據角度來确定目标的具體方位。
距離、移動速度、水平角度，3 個維度的信息，即 3D 毫米波雷達。
可見光、激光、毫米波同屬于電磁波。由于波長的不同，導緻了物理層面有很大的差異。其中相比攝像頭和激光雷達，毫米波雷達至少具備 3 個方面的優勢：
其一，全天候的工作能力。毫米波雷達發射的電磁波不管是白天還是夜晚，都不會因爲光線的問題影響探測效果，這一點是攝像頭無法做到的；
其二，環境适應能力強。這一點最明顯的體現是，對天氣的适應能力。電磁波極強的穿透能力意味着，毫米波雷達無論是刮風雨雪，還是霧霾風塵，都能夠正常工作；
其三，毫米波雷達相對其他傳感器，具有在測距的同時測速的天然優勢。而且對于距離超過 300m 的物體，也能形成穩定的探測能力。
這麽一說是不是還挺厲害的？但與之能力不相匹配的是，毫米波雷達在 ADAS 傳感器方案中的角色，始終是作爲一個 " 冗餘 " 出現。
之所以如此，是 3D 毫米波雷達在優勢突出的同時，硬傷一樣不少，簡單來說，有 2 個最核心的問題：
首先，3D 毫米波雷達因爲天線數有限，所以在分辨率上有着天然的劣勢，導緻 3D 毫米波雷達很難勾勒出障礙物，尤其是小目标的障礙物輪廓。
其次，是對靜态目标的檢測能力有限。傳統的毫米波雷達沒有縱向天線排布，因此無法獲取目标物的高度信息。也就是說，在毫米波雷達的 " 眼中 "，懸空的交通指示牌和地面上的障礙物永遠處在同一個水平線上。
這種情況造成的後果是，車輛對于障礙物的判斷容易出現問題，在該刹停的地方不刹停，不該刹停的地方頻繁刹車。
所以目前業界往往會将毫米波雷達某些檢測信息降低置信度，這也在無形中限制了毫米波雷達的能力上限。
而這些問題，随着 4D 毫米波雷達的出現，有了解決的可行性。
所謂的 4D 毫米波雷達，就是比 3D 毫米波雷達多了一個 "D" ——俯仰角，也就是高度信息。雖然隻多出一個維度，但對于毫米波雷達來說，其意義巨大。
要理解這一點，我們需要搞清楚 4D 毫米波雷達多出來的那個 "D"，是如何實現的。目前來講，主要有 3 種方案：
1、級聯方案：就是簡單的做加法，通過級聯多個雷達芯片（MMIC 芯片）來排布縱向天線，同時增加實體天線 MIMO（虛拟通道數），從而達到提升分辨率和獲取高度信息的目的。
這種方法的優勢在于，前期研發技術門檻比較低，做樣闆比較容易。但比較考驗量産和工程化能力，另外也會造成 4D 毫米波雷達體積大、功耗高等問題。
2、級聯 + 虛拟孔徑成像：這種方法是在級聯的基礎上，通過虛拟孔徑成像技術将物理天線虛拟出數十倍的天線數，以此來達到提高分辨率的目的。嚴格意義上來說，這種路線其實也屬于第一種，其差異主要在虛拟孔徑成像算法上。
3、集成芯片方案：簡單理解，就是将級聯方案中多個闆子的天線全部集成到一塊芯片上，體積小的同時還能實現想要的效果。
福瑞泰克雷達産品線總工程師告訴《賽博汽車》，目前業内主流技術路線是級聯方案。集成芯片方案在商業模式上比較封閉，目前主要是一些規模較小的公司在做。
但不管是哪種方案，其本質都是一樣的，即在橫向天線排布的基礎上，增加縱向天線排布，從而讓 4D 毫米波雷達擁有俯仰角的探測能力，同時提升探測的精準度。
其探測效果到底有多大不同，我們看下面這張圖：
對比之下，高下立現，4D 毫米波的點雲圖，每個點雲上都帶有高度信息，且點雲更加密集，成像結果更偏向激光雷達。
4D 毫米波雷達，站在市場爆發前夕
從目前的情況來看，4D 毫米波雷達量産上車的并不多，尚處在市場爆發前夕。
明确将 4D 毫米波雷達作爲智駕方案特色和車型賣點的，是上汽旗下飛凡汽車。
去年九月份，飛凡 R7 正式上市，該車型搭載的飛凡自研智能駕駛系統 Rising Pilot，搭載 33 顆傳感器，其中就包括兩顆全球首發量産，探測距離達到 350 米的采埃孚 4D 毫米波雷達。
飛凡第二款車型，馬上要上市的 F7，4D 毫米波雷達同樣有所搭載。
作爲較早 " 吃螃蟹 " 的一家車企，飛凡應用 4D 毫米波雷達的邏輯其實非常簡單。飛凡汽車首席科學家金傑盂在最近的一次飛凡 OTA 媒體溝通會上表示，4D 毫米波雷達上車，其中有一個很重要的原因是 4D 毫米波雷達帶來的收益和成本。簡單來說，就是一個成本相對較低，且能夠實現更好智駕體驗的傳感器。
長安深藍 SL03 同樣也是 4D 毫米波雷達的擁趸者。去年 7 月，深藍 SL03 曝出的傳感器方案中，一顆 4D 毫米波雷達以前向雷達的角色出現，供應商是國内的雷達企業森斯泰克。
再往後看，熱度更高的恐怕要數前不久曝出的特斯拉 HW4.0，從硬件拆解的情況來看，除了增加 3 個攝像頭接口之外，還多了一個 4D 毫米波雷達接口。
從應用的角度來看，目前車企主要将 4D 毫米波雷達當作前向或者後向的長距雷達，但往後看，福瑞泰克認爲，車輛對于多個 4D 毫米波雷達（比如說角雷達）的需求是存在的，并且這種搭載方案很快就能看到。
以上是車企應用端，而在産業鏈的上遊，4D 毫米波雷達制造商的競争則更加熱鬧。歸結起來可以總結爲一句話：2021 年之前，國外先發國内跟随，2021 年之後，新老玩家混戰，差距趨近縮小。
需要承認的是，最先布局 4D 毫米波雷達的，還是以國外的傳統 Tier1 爲主。
2019 年，以色列雷達供應商 Arbe 率先發布車載 4D 毫米波雷達 Phoenix，算是打出了這一賽道的第一顆子彈。據悉，特斯拉 HW4.0 采用的 4D 毫米波雷達，供應商正是 Phoenix。
次年，大陸集團聯合賽靈思發布全球首個可量産的 4D 成像雷達 ARS540，4D 毫米波雷達的競争加速，在那之後，博世、采埃孚、安波福等 Tier1 巨頭紛紛下場推出自己的産品。
如果說 2021 年之前國内玩家都還在觀望或者說論證階段，那在 2021 年之後，國内玩家的主旋律就變成了奮起直追，劍指量産落地。
以福瑞泰克爲例，其 4D 毫米波雷達投入實質性研發布局較早。去年年底，福瑞泰克 4D 毫米波雷達 FVR40 基本實現了量産的狀态，預計今年第一季度完成上車搭載。
據悉，FVR40 采取雙芯片級聯的技術方案，角分辨率和水平分辨率均小于 1 °，探測距離超過 300 米。
除此之外，華爲、華域、楚航科技、禾賽等企業也都密集布局 4D 毫米波雷達，從進展來看，大部分都站在量産前夕。
不過在技術差距上，行業雷達專家坦言，國内玩家的技術能力，距離頭部的國際大廠，還有一定差距。
市場規模方面，據高工智能汽車研究院預計，2023 年中國乘用車市場前裝 4D 毫米波雷達将突破百萬顆，到 2025 年 4D 成像雷達占全部前向毫米波雷達的比重有望超過 40%。
國信證券預計，到 2025 年全球毫米波雷達市場規模将達到 384 億元，複合增長率爲 25.5%。
福瑞泰克雷達産品線總工程師表示，這樣的預期是合理的，同時他也表示，之後行業對于 4D 毫米波雷達的市場預期，" 每半年就會更新一次 "。
代替激光雷達，真的假的？
最後，我們回到題目，4D 毫米波雷達，是否真的可以替代現在風頭正熱的激光雷達？
業内之所以有這樣的一種聲音出現，很大程度上是因爲 4D 毫米波雷達在成本上僅有激光雷達的 3 成左右，但卻基本可以實現低線束激光雷達同等的探測效果。那随着技術的不斷發展，4D 毫米波雷達或許可以在探測能力上追上激光雷達。
但真相是否果真如此？
就目前來看，這種說法并沒有得到業内人士的認可。
福瑞泰克雷達産品線總工程師認爲，每一種傳感器都有自己獨特的一個角色，未來實現更高級别的自動駕駛，這三種傳感器可能都要既能夠獨立的去完成絕大多數的功能，同時還要在更高的層面、更安全的層面上形成互補。
金傑盂也表達了類似的觀點，他表示，不同的傳感器沒有絕對的替代關系，比如在某個場景下，可能激光雷達的作用更大，但在另一個場景下，可能 4D 毫米波雷達會做得更好。
同時，從 4D 毫米波雷達的落地進展上來講，替代激光雷達或許也隻是一個臆想的結果。
4D 毫米波雷達的探測能力隻能與低線束激光雷達相比，但目前主流的車載激光雷達大多是 96、128 等高線束雷達。兩者的探測能力存在非常大的差别。
從成本的角度講，4D 毫米波雷達的低成本優勢并不絕對，畢竟激光雷達的成本也在一步一步壓縮的過程中。
除此之外，在 4D 毫米波雷達量産上車的過程中，仍然有一些問題需要去解決，比如政策層面缺乏國家标準，測試設備還不成熟，以及車企對 4D 毫米波雷達如何更好落地應用也需要學習時間……
不過，金傑盂告訴《賽博汽車》，4D 毫米波雷達代替傳統的 3D 毫米波雷達是一個絕對的趨勢，今天的技術發展肯定是往性價比更好的方向去走。
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