傳統(tǒng)的毫米波雷達，具有較高的速度和距離分辨率，能夠很容易地識別和區(qū)分運動物體，但在靜態(tài)物體的探測上卻受到很大的限制，同時也有缺乏測高能力、角度分辨率低、點云稀疏的缺點。尤其不具備測高能力，很難判斷前方靜止物體是在地面還是在空中，在遇到井蓋、立交橋、交通標識牌等地面、空中物體時，無法準確測得物體的高度數(shù)據(jù)，因而也無法和正常行駛的車輛區(qū)分開來，只能統(tǒng)一將靜止點做濾除處理。車輛的停車檢測與靜止排隊檢測一直都是傳統(tǒng)毫米波雷達在交通流檢測領(lǐng)域的難題。

隨著智能交通行業(yè)的不斷發(fā)展，4D毫米波雷達的出現(xiàn)，能夠全方位提升毫米波雷達的性能。4D雷達的測距、測速、測角精度和分辨率大幅提升，數(shù)據(jù)精度高，可以達到車路協(xié)同的精度要求。加上豐富的點云和測高功能，可以實現(xiàn)精準的人車非分類，實現(xiàn)路口或路段的全息感知。另一方面，豐富的點云和測高功能，使得4D雷達可以將井蓋、交通標識等地面空中物體與被測車輛區(qū)分開來，從而實現(xiàn)精準的停車檢測與靜態(tài)排隊檢測。

什么是4D毫米波雷達？

4D毫米波雷達，有一個別稱“4D成像毫米波雷達”。可以理解成“4D+成像+毫米波”。4D，說明比普通的毫米波雷達多了一個測量維度；成像，說明可以達到像素級的識別效果；毫米波，說明基本原理仍是“毫米波雷達”。

4D毫米波雷達，新置縱向天線，具備測高能力，在原有的距離、速度、方向的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，加上了對目標的高度分析，將第4個維度整合到傳統(tǒng)毫米波雷達中，其實是“3D+1D”的含義，實現(xiàn)了對縱向空間的感知，讓測到的交通數(shù)據(jù)更為精準。有了高度數(shù)據(jù)，毫米波雷達的識別能力完全不一樣了，終于可以“睜眼看世界”。

另外，增加天線數(shù)量與密度，使得角度、速度分辨率均有優(yōu)化，且輸出的點云圖像更加致密，能夠刻畫更為真實的環(huán)境圖像，可以有效解析測得目標的輪廓、行為和類別，適應更加復雜的道路，識別更多小物體，被遮擋部分的物體及靜止或橫向物體的監(jiān)測，相對于3D毫米波雷達僅可以測量方位角、仰角和速度這3個數(shù)據(jù)，4D毫米波雷達可以獲得的數(shù)據(jù)則更多。

依靠測高能力以及點云圖像，4D毫米波雷達可初步判定靜止物體與車輛的位置關(guān)系，避免因簡單過濾靜止信號而造成的安全隱患。4D毫米波雷達有針對性地解決了傳統(tǒng)毫米波雷達的性能短板，是毫米波雷達的主流發(fā)展方向。

4D毫米波雷達的技術(shù)方案

“如何增加天線數(shù)量”是提升毫米波雷達性能的核心所在。市場上有四種主流的解決方案：

① 標準MMIC芯片級聯(lián)+MIMO

MMIC芯片（Monolithic microwave integrated circuit，單片微波集成電路）承載雷達收發(fā)天線，如恩智浦TEF82xx、德州儀器AWR2243等，一般為3T4R（即“3發(fā)4收”）。傳統(tǒng)毫米波雷達基于單顆MMIC芯片設(shè)計，天線數(shù)量有限，因而探測效果差強人意。

所謂“級聯(lián)”就是將多顆MMIC芯片在射頻PCB板上連接在一起，達到收發(fā)天線數(shù)量倍增的效果。如果將四顆德州儀器AWR2243芯片級聯(lián)在一起就能達到12T16R的天線數(shù)量。

所謂MIMO（Multiple input multiple output）指的是在不增加接收天線實際數(shù)量的前提下，僅增加發(fā)射天線數(shù)量且巧妙設(shè)計其位置，以實現(xiàn)接收通道倍增的效果（增加的接收通道為虛擬通道，無實體天線）。例如在1T2R的基礎(chǔ)上增加一個發(fā)射天線，所形成的2T2R等效于1T4R，新增兩個虛擬接收通道。

② 4D成像雷達專用芯片

4D成像雷達專用芯片實質(zhì)與“級聯(lián)+MIMO”類似，但將天線、MMIC等進一步集成至芯片級別，更加順應雷達小型化趨勢。這條路線的代表廠商包括Arbe、Vayyar、Uhnder等初創(chuàng)企業(yè)。

③ 軟件算法賦能

“軟件定義雷達”，軟件算法可直接作用在MIMO環(huán)節(jié)，虛擬出更多信號通道。Oculii傲酷雷達是這一路線的代表企業(yè)，根據(jù)公司介紹，其自研的虛擬孔徑成像技術(shù)可在MIMO的基礎(chǔ)上再虛擬出10-100倍虛擬通道。實現(xiàn)方式可簡單概括為：調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅。通過調(diào)頻，動態(tài)調(diào)整探測距離；通過調(diào)相，例如在360°相位中每36°切分一次，便可新增出10倍的虛擬通道；通過調(diào)幅，主動根據(jù)行車環(huán)境（如高速環(huán)境、城市環(huán)境）調(diào)整幅度大小，具備自適應能力。

④ 超材料路線

超材料是根據(jù)人們跟物理特性需要特殊合成的材料，具有天然材料所不具備的物理屬性。超材料路線的代表廠商包括Metawave、Echodyne等，專注于天線材料方面的革新。以Metawave為例，其WARLORD產(chǎn)品采用超材料天線，通過控制電壓可定向操控電磁波束，提高探測精度。超材料是為實現(xiàn)特定性能而量身定制的，因此性能較好。但是目前對超材料的研究仍處于實驗室階段，短期內(nèi)仍較難實現(xiàn)商業(yè)化落地。

4D毫米波雷達未來的潛力

據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，4D毫米波雷達的規(guī)模化落地即將開始。在市場化方面，目前技術(shù)趨于成熟，有許多種創(chuàng)新的算法都在產(chǎn)品化過程中。未來無論是交通信號控制、全息仿真還是車路協(xié)同，都越來越依賴精準實時的交通感知數(shù)據(jù)。4D毫米波雷達市場初具雛形，相信未來它的性能會大大提升，將以高精度的四維檢測能力助力路口和路段的高精度全息感知。最終將以獨特的性能和成本優(yōu)勢，為未來的交通感知提供高精度、高可靠性、高性價比的感知底座。

據(jù)有關(guān)研究機構(gòu)顯示，到2023年，毫米波雷達市場總量將達到206億美元，其中4D雷達或?qū)⒃诮衲曛鸩教娲鷤鹘y(tǒng)毫米波雷達，有望在2025年達到5.4億美元。

審核編輯 ：李倩

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