毫米波雷達(dá)作為智能汽車環(huán)境感知單元中的重要一員，在智能駕駛和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中發(fā)揮了非常重要的作用，特別是一些涉及安全性的功能，比如AEB自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)、BSD盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)和ELK緊急車道保持系統(tǒng)等。
當(dāng)前毫米波雷達(dá)技術(shù)正向高分辨率、多維度和高智能的方向發(fā)展，多通道集成三維成像、雷達(dá)級(jí)聯(lián)成像等技術(shù)是研究熱點(diǎn)。但目前市場主流的毫米波雷達(dá)仍存在無法測高、水平角度分辨率較低等局限性，在部分使用場景下會(huì)產(chǎn)生誤檢和漏檢等問題，導(dǎo)致系統(tǒng)功能不良、車輛損失和人員傷亡等。而4D毫米波成像雷達(dá)的出現(xiàn)給市場帶來了驚喜，徹底改變了普通毫米波雷達(dá)無法給出障礙物高度信息以及物體細(xì)節(jié)分類等瓶頸問題。
目前市場上主流的雷達(dá)生產(chǎn)商，比如博世、大陸、安波福、采埃孚及華為等，都在進(jìn)行4D毫米波成像雷達(dá)的研發(fā)，其中部分企業(yè)也陸續(xù)推出對(duì)應(yīng)的4D毫米波成像雷達(dá)產(chǎn)品。另外，在自動(dòng)駕駛公司Waymo最新推出的第五代感知方案中就配置了6顆4D毫米波成像雷達(dá)，顛覆了原先高度依賴激光雷達(dá)的方案。從這幾方面可見4D毫米波成像雷達(dá)的市場未來可期。
4D毫米波成像雷達(dá)的優(yōu)勢
4D毫米波成像雷達(dá)可以獲得目標(biāo)障礙物的距離、速度、方位角及俯仰角等信息，相較于普通毫米波雷達(dá)增加了俯仰角的測量信息。另外，4D毫米波成像雷達(dá)的角分辨率較高，可輸出大量的測量點(diǎn)，這種致密的測量點(diǎn)又稱為“點(diǎn)云”，故也將4D毫米波成像雷達(dá)稱為“點(diǎn)云雷達(dá)”。點(diǎn)云雷達(dá)對(duì)照射區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行信號(hào)處理?；谶@些高質(zhì)量和豐富的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以清晰地呈現(xiàn)出目標(biāo)障礙物的輪廓，同時(shí)對(duì)這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，可以獲取更多信息，進(jìn)一步擴(kuò)展毫米波雷達(dá)的應(yīng)用范圍。
同時(shí)，新一代4D毫米波成像雷達(dá)不僅可實(shí)現(xiàn)4D點(diǎn)云輸出，還可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)呈現(xiàn)的點(diǎn)云圖像信息，對(duì)道路的使用者和障礙物進(jìn)行目標(biāo)檢測及分類。這種技術(shù)的關(guān)鍵在于通過多芯片級(jí)聯(lián)，增加實(shí)體天線，配合MIMO成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)密集點(diǎn)云的采集，完成目標(biāo)的檢測，并通過人工智能的軟件算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類。
另外，4D毫米波成像雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與攝像頭圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可以對(duì)周邊復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行3D實(shí)時(shí)建模，并對(duì)周圍行人、車輛等目標(biāo)物的距離、速度等進(jìn)行精確監(jiān)控。由于毫米波雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可彌補(bǔ)攝像頭在夜晚、雨霧天、逆光環(huán)境下性能不足的問題；同時(shí)，4D毫米波成像雷達(dá)和攝像頭相結(jié)合的感知方案，相對(duì)于激光雷達(dá)的方案更具性價(jià)比。
總結(jié)4D毫米波成像雷達(dá)的主要優(yōu)勢：
1）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎能在任何條件下工作，甚至是霧、暴雨、夜晚及空氣污染等各種天氣和環(huán)境條件下，也能提供高可靠性的探測。
2）可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物垂直高度的測定，彌補(bǔ)現(xiàn)有毫米波雷達(dá)的缺點(diǎn)。
3）水平和垂直視場角和分辨率變大，點(diǎn)云密度的覆蓋范圍已超越了絕大多數(shù)車載激光雷達(dá)。
4）一定程度上可實(shí)現(xiàn)非視距感知，能夠“看穿”墻壁、緊閉的門和其他固體物體，可探測到被前車擋住的前前車位置和速度。
5）與攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的難度比激光雷達(dá)低，驗(yàn)證成本較低。
4D 毫米波成像雷達(dá)應(yīng)用
4D毫米波成像雷達(dá)在車端、路端都有很多應(yīng)用場景，比如高速公路巡航的遠(yuǎn)距離跟車、靜止障礙物的識(shí)別和避障、城市復(fù)雜交通路口的車流量統(tǒng)計(jì)、目標(biāo)類型識(shí)別及變道抓拍等。
1.車端的應(yīng)用
由于4D毫米波成像雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)，出色的水平和垂直的角度分辨能力、適應(yīng)性強(qiáng)等特性，在輔助駕駛和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域存在廣泛的應(yīng)用場景，詳見表1。
表 1 車端應(yīng)用場景
以高速巡航避障為例，傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)很難可靠檢測到靜止障礙物，比如：路邊靜止車輛、道路護(hù)欄、錐桶等，從而導(dǎo)致車輛事故產(chǎn)生；而由于4D毫米波成像雷達(dá)具有出色的角度分辨率，對(duì)于環(huán)境識(shí)別能力更強(qiáng)大，如圖所示。同時(shí)可穩(wěn)定識(shí)別出100m以外路面上的錐桶或更小的物體，這將大幅提升車輛在高速上駕駛的安全性，同時(shí)也拓展了更多的應(yīng)用場景。
圖 雷達(dá)檢測結(jié)果對(duì)比
2.路端的應(yīng)用
毫米波雷達(dá)在路端的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在智能汽車交叉口通行車路協(xié)同控制技術(shù)中。在車路協(xié)同場景中，4D雷達(dá)與攝像頭融合，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)各種移動(dòng)和靜止的大小車輛、自行車、行人以及其他目標(biāo)進(jìn)行分類和追蹤。它尤其擅長于在大規(guī)模復(fù)雜路口、人車流混雜的車路協(xié)同場景應(yīng)用，包含傳統(tǒng)的智能交通功能、事件檢測和車流量統(tǒng)計(jì)等。它一般安裝在高清攝像頭旁邊，由V2X（車路協(xié)同控制系統(tǒng)）將信號(hào)傳出去。具體應(yīng)用場景見表2。
表 2 路端應(yīng)用場景
以停車檢測技術(shù)為例，由于傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)對(duì)于低速和靜止目標(biāo)檢測不穩(wěn)定，而在路口停車時(shí)，車速較低，前后車輛間距小，甚至存在部分遮擋的情況，所以停車檢測一直是路端交通檢測中的難點(diǎn)。而4D毫米波雷達(dá)高精度的檢測能力，通過優(yōu)化低速目標(biāo)的檢測質(zhì)量，同時(shí)基于該場景進(jìn)行針對(duì)性算法優(yōu)化，在當(dāng)前軌跡目標(biāo)不穩(wěn)定的情況下，基于前車的運(yùn)動(dòng)軌跡和行為，結(jié)合當(dāng)前車道停車排隊(duì)尾部的位置信息，合理推測出最后車輛的停車位置，從而很好地解決了這一難題。
4D成像毫米波雷達(dá) 規(guī)模化應(yīng)用的挑戰(zhàn)
4D毫米波成像雷達(dá)在智能車上具有廣闊的發(fā)展前景，但現(xiàn)階段由于各種原因，產(chǎn)品成熟度不足，如果大規(guī)模量產(chǎn)還將面臨諸多挑戰(zhàn)，需要技術(shù)人員重點(diǎn)研究和攻克。主要挑戰(zhàn)如下：
1）隨著車輛自動(dòng)化等級(jí)的提升，對(duì)雷達(dá)提出了更高的性能要求，比如檢測距離、分辨率、精度、目標(biāo)數(shù)量等。
2）更低的成本、更小的尺寸、更低的功耗等。
3）產(chǎn)品本身一致性、可靠性和射頻產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝等問題，還需要一定時(shí)間去完善。
4）面對(duì)城市的復(fù)雜場景，需要同時(shí)跟蹤眾多目標(biāo)，而對(duì)于多目標(biāo)的跟蹤和識(shí)別對(duì)技術(shù)上提出了更高的要求。
5）在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，雷達(dá)接收到的噪聲干擾較大，如何處理并避免引起虛報(bào)、誤報(bào)等問題。
6）采用毫米波雷達(dá)的車輛越來越多，毫米波雷達(dá)之間相互干擾也會(huì)增加，如何提高抗擾能力，提升可靠性。
總結(jié)
4D毫米波成像雷達(dá)不僅具備普通毫米波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)輸出的信息更加豐富，增加了測高維度，檢測分辨率和精度也大幅提升，為自動(dòng)駕駛功能提供了更高的安全保障。由于目前市場還不足夠成熟，在技術(shù)上還有諸多方面需要不斷提升，加快4D毫米波成像雷達(dá)的研究和應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷完善，未來在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用也將會(huì)越來越普及。
（轉(zhuǎn)載）
