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4D成像雷达开启量产,元年将至

昕晴 2020-12-23 13:36:08

今年年初,Waymo发布的第五代感知系统中,为自动驾驶量身定制了4D成像雷达系统;而传统毫米波雷达巨头大陆集团已经宣布了新型ARS 540毫米波雷达,这款4D成像雷达最快将于2021年中实现量产,宝马或将成为首家使用4D成像雷达的汽车制造商;华为近期也发布了4D成像雷达。2021年被视作4D成像雷达进入了市场化量产元年。


可以看到,传统毫米波雷达巨头、自动驾驶科技巨头以及初创企业等都开始入局4D成像雷达这一领域。


一直以来,传统毫米波雷达存在无法高密度点云成像,不能有效地解析目标的轮廓与类别、角分辨率低、不能检测静止目标等技术局限。而面对激光雷达成本居高不下,量产门槛高,业界也一直在探索更高性能的毫米波雷达。


全新一代的4D成像毫米波雷达,增加了对目标高度维度数据的探测和解析,能够实现距离、方位、高度以及速度四个维度的信息感知,可以有效地解析目标的轮廓、类别等等,并具备高角分辨率,可以完美弥补传统毫米波雷达的短板。


同时4D成像雷达具备在全天候情况下稳定的高性能表现,且中短期内量产成本要远远低于激光雷达,4D成像雷达会在追求极致性价比,不能规模采用激光雷达,但又需要有激光雷达的部分优势功能如静止目标检测等的城市L3、AVP等场景下,迅速占据重要位置。


4D成像雷达开启量产,元年将至


近几年,傲酷雷达Oculii率先在全球力推毫米波雷达的4D点云成像技术及产品,现在4D成像已经成为毫米波雷达业界共识和主流发展方向。


12月15-17日,即将在上海举办的2020(第四届)高工智能汽车年会期间,傲酷雷达CMO&亚太区总裁郄建军将发表《4D高清成像雷达的商用场景探索》的主题演讲,分享傲酷雷达在4D成像雷达的领先技术及项目经验。


为什么需要4D成像?


随着自动驾驶的升级,对于前向感知和360感知能力的提升需求,也促使传感器性能必须逐步提升。


特斯拉推出了FSD 3D立体视觉,使自动驾驶能力有了质的提高;激光雷达的3D环境感知是其显著优点;相比之下,只有毫米波雷达还停留在距离和方位的2D平面感知,缺少高度这个维度的感知,毫米波雷达升级的3D感知势在必行。这样使得三大传感器融合时,都是3D环境的完整融合。


郄建军指出,但如果将毫米波雷升级达到4D成像时代,和FSD立体视觉融合,全天候全天时备份,将形成一套更加完美的感知方案,据悉这也是特斯拉近期的一个工作重点。


“这种情况下,不采用激光雷达,特斯拉也能比较容易地实现全自动驾驶能力。”郄建军表示。


毫米波雷达在黑暗和多种恶劣天气条件中可保证正常工作,这一重要的物理特性也决定了其在感知方案中的不可替代性。


但在面向L3及以上级别的自动驾驶功能中,传统毫米波雷达有着难以突破的瓶颈。除了缺少高度维度的感知外,水平角分辨率低、难以检测横穿目标和静止目标等,在将影响系统在某些场景对环境感知的安全可靠性。


以高度维度感知为例,传统毫米波雷达可以探测前方道路上有静态障碍物反射点,但因为无法实现识别静态障碍物的高低和大小,因此不能将道路障碍物与空中的天桥、交通标示路牌、龙门架这类静态物品区别开,又或者区分障碍物是一个可以正常压过的井盖还是一个需要减速的减速带。


所以,即便探测到了障碍物,因为在算法中很难去将静态物归类识别进而正确决策和行动,因此只能直接滤掉以避免误警导致过多的错误刹停。


“但这样做的副作用也很明显。”郄建军表示,他举例在特斯拉发生的中国台湾地区事故中,大货车侧翻躺着路中央,在视觉因为种种原因失效的情况下,前向毫米波雷达竟然“视而不见”,“这可能就是因为雷达对静止障碍物直接忽略造成的。”


而4D成像雷达的出现,这些困难将迎刃而解。


4D成像雷达不仅实现了比较精确测高,且能生成周围环境的立体点云图像,使其具备类似激光雷达传感器的环境感知性能,对静止物体更是精准检测,加上毫米波对速度测量非常敏感,可以用于各类障碍物精准避障。还可以纯用雷达做SLAM建图和精准定位。从而支持更安全和更准确的决策。


4D成像雷达开启量产,元年将至


虽然4D成像雷达大规模量产尚未启动,未来是否可以起到理想的作用等也暂未可知。但郄建军表示,4D成像雷达的性能优势非常明显,在L3及以上系统的感知中将占据非常重要的席位。


抢占先机


随着4D成像雷达的量产开启,一场围绕下一代毫米波雷达的市场争夺战悄然打响,部分企业已经抢占了市场先机。


今年年初,传统毫米波雷达巨头海拉宣布与傲酷雷达建立战略伙伴关系并且参与了战略投资,通过整合后者开发的4D高清成像雷达软件方案,进一步提升77GHz雷达的性能。双方预计首款产品将在2023年实现量产。同时,傲酷雷达也在自己独立开发4D成像雷达产品,直接面对车厂提供产品。


这表明,在4D成像雷达市场,一直引领潮流的傲酷雷达与大陆、Waymo这类巨头站在了同一水平线上,在主机厂里进行直接产品和方案角逐或者也可以在软件层面授权4D成像模块方面的合作。


傲酷雷达采用了世界首创的虚拟孔径成像(VAI)技术,可以在MIMO天线的基础上再虚拟出20-30倍的虚拟天线。


这相当于在普通硬件水平的基础上,创造性地依靠软件算法来实现虚拟雷达孔径,模拟出许多倍天线,可以实现雷达4D高清成像,横向纵向角分辨率等各项性能大幅提升。而硬件的BOM和传统毫米波基本一样。傲酷雷达已经推出了Eagle前向雷达和角雷达两款产品。其中Eagle前向雷达的水平FOV120度,探测距离可以覆盖300-400米,横向和纵向角分辨率均达到1度以内,可以对移动及静止物体实现高清立体点云成像。可广泛用于L3/L4级别各种场景下的自动驾驶,可做好视觉和激光雷达的全天候备份,使系统的整体安全性能提升一个到两个9。


另外,傲酷的Falcon角雷达,尺寸仅6厘米见方,FOV120度,水平角分辨率1-2度。同样实现立体高清成像,不但可以感知周边动态与静态的车辆行人,而且可以做SLAM定位,精度达10厘米。该角雷达产品特别适合在L3/L4自主代客泊车、无人物流等低速场景发挥重要作用。


据悉,上述两款4D成像雷达产品已经小规模量产。


傲酷现已和通用汽车、亚马逊、海拉、现代摩比斯、长城汽车、AutoX等多家国内外知名Tier1、主机厂及企业展开深度合作,涉及L3、L4(无人驾驶出租车、无人物流小车)、车路协同、AGV等多领域,并且已经和多家合作伙伴联合开发的项目将于2021年实现量产。


主流技术方向


据介绍,目前市场上主要有四类方案,包括采用77G和79G标准芯片通过二级/四级联/或八级联增加实体天线MIMO的方式;或者采用4D成像专用芯片、超材料或者SAR成像、特殊天线阵等等方式来实现4D成像。


这种一般的4D成像方案,主要是依靠增加更多芯片、更多或更特殊的天线的方式来实现。


但4D成像雷达最终能否大规模量产上车,不止是技术上要先进,在成本、尺寸、功耗、重量等多方面也要达到车厂的要求,这些要求使得一般的4D成像方案看上去很美但不一定实用。对主机厂来说,毫米波雷达最好具有4D成像的性能,但价格和尺寸等与传统毫米波雷达基本一致。


相比之下,傲酷雷达全球首创依靠软件算法来实现虚拟雷达孔径,最终实现雷达4D高清成像,这本身就代表了极高的算法与软件水平,而该方案在成本、尺寸、功耗等各方面也更容易实现车规级量产的条件。


4D成像雷达开启量产,元年将至


过去几年,傲酷雷达一直致力于4D成像雷达,其推出的产品方案具有高性价比和大规模量产潜力。在未来的4D成像雷达市场量产角逐中,傲酷雷达极有可能将占据C位。


来源:高工智能汽车

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