據(jù)說世界上最難的兩件事，一件是把自己的思想裝進(jìn)別人的腦袋，一件是把別人的錢裝進(jìn)自己的口袋。這兩件事，毫米波雷達(dá)做到了：讓堅(jiān)持純視覺方案的特斯拉花錢再度把它“請”上了車。

預(yù)計(jì)搭載4D毫米波雷達(dá)的特斯拉諜照

想必不少朋友已經(jīng)知道這件事兒了，特斯拉即將推出的HW 4.0智駕方案預(yù)計(jì)包括一個(gè)4D毫米波雷達(dá)，消息一出連帶著各大相關(guān)企業(yè)股票狂漲。讓股市震蕩，讓馬斯克“真香”，4D毫米波雷達(dá)到底有啥本事？

毫米波雷達(dá)

回答這個(gè)問題之前我們得先認(rèn)識(shí)車載毫米波雷達(dá)。

車載毫米波雷達(dá)工作模型圖

如果用一句話形容車載毫米波雷達(dá)有多牛，我只能說，它開啟了智能輔助駕駛時(shí)代——1999年奔馳S級(jí)車型首次應(yīng)用了基于毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)巡航功能，這套系統(tǒng)被命名為Distronic（限距控制系統(tǒng)）。

搭載Distronic系統(tǒng)的奔馳S級(jí)

即使我們看到現(xiàn)在車企們更愿意以激光雷達(dá)為門面去宣傳自家的智能輔助駕駛能力，但事實(shí)上，毫米波雷達(dá)的特質(zhì)是激光雷達(dá)無法替代的。

毫米波雷達(dá)是工作在毫米波波段探測的雷達(dá)，一般毫米波的波長為1-10mm,頻率在30-300GHz，通過發(fā)射和接收電磁波的信號(hào)后利用多普勒效應(yīng)來計(jì)算目標(biāo)物的各個(gè)參數(shù)（如測距、測速、測角）。

多普勒效應(yīng)

不同長度的波在大氣中傳遞時(shí)被阻礙和吸收的程度不同，而毫米波的波長介于微波和紅外波之間，所以它有著兩者的優(yōu)勢，與微波相比，毫米波的指向性好、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)，探測性能也更好。

與紅外波相比，毫米波在大氣中傳播時(shí)的衰減小、能更好穿透煙霧灰塵、受天氣影響小。這些特質(zhì)決定了毫米波雷達(dá)具有全天時(shí)全天候(除暴雨)的工作能力。

由于雷達(dá)涉及軍用，所以國家開放給民用的頻段是有管制的，目前世界上主流的車載毫米波雷達(dá)頻率為24GHz（也被視為毫米波頻率）、77GHz、79GHz，也有少數(shù)國家如日本開放60GHz頻率。

國內(nèi)開放給車載毫米波雷達(dá)的頻率就是24GHz和77GHz，所以目前國內(nèi)的車載毫米波雷達(dá)分為24GHz和77GHz毫米波雷達(dá)。

海拉24GHz毫米波雷達(dá)

就像不同分貝的聲音能傳到不同的距離，不同頻率的毫米波雷達(dá)能探測的距離也不同。24GHz的探測距離通常在30-120m,77GHz的探測距離通常在200m及以上。

看到這里可能有物理比較好的朋友要質(zhì)疑我了：根據(jù)波的傳播理論，頻率越高，分辨率越高，穿透能力越強(qiáng)，但傳輸時(shí)損耗也越大，傳輸距離越短；相對(duì)地，頻率越低，波長越長，繞射能力越強(qiáng)，傳輸距離越遠(yuǎn)。

那我為什么說77GHz毫米波雷達(dá)比24GHz毫米波雷達(dá)的探測距離更遠(yuǎn)呢？這和毫米波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)。

毫米波雷達(dá)的硬件占比約為50%，主要由射頻前端（MMIC）、數(shù)字信號(hào)處理器、天線、控制電路等部分構(gòu)成，另外50%則由軟件算法構(gòu)成。

打造毫米波雷達(dá)的過程中

雷達(dá)天線的尺寸和波長成正比，24GHz雷達(dá)波長較長，所以天線的體積更大，而77GHz雷達(dá)天線比較?。ù笮〈蟾艦?4GHz雷達(dá)天線的1/3），同樣的體積可以布置更多的天線單元。

一般24GH毫米波雷達(dá)的天線只能做到1發(fā)2收，77GHz毫米波雷達(dá)卻能做到4發(fā)4收，整體天線陣的增益是使77GHz毫米波雷達(dá)探測距離更遠(yuǎn)的一個(gè)原因。

另外24GHz的毫米波繞射能力更強(qiáng)，就像《畫畫接龍》這個(gè)游戲一樣，傳到最后已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的信息偏差，也就近距離的探測信息比較靠譜。

兩者在分辨力上也有區(qū)別：77GHz毫米波雷達(dá)的分辨距離最小為3.75cm，而24GHz毫米波雷達(dá)則為60cm。

一顆國產(chǎn)77GHz毫米波雷達(dá)

這意味著當(dāng)兩個(gè)目標(biāo)物體之間的距離為60cm時(shí)，只有77GHz毫米波雷達(dá)能成功分辨，24GHz毫米波雷達(dá)則會(huì)視為只有一個(gè)目標(biāo)物體。

雖然看似只是頻率不同，但實(shí)際上兩者的性能有很大差異，因此它們的使用場景也有所不同。現(xiàn)在業(yè)內(nèi)常見的毫米波雷達(dá)搭配方式是1個(gè)前向+4個(gè)側(cè)向（左前、左后，右前、右后），整理如下：

目前主流毫米波雷達(dá)的功能有測角、測距、測速，也就是測量目標(biāo)物體的方位，與目標(biāo)物體的距離和目標(biāo)物體的速度，我們稱之為3D毫米波雷達(dá)。不過它有一個(gè)巨大缺陷，就是無法識(shí)別靜止物體。

由于缺乏高度信息，對(duì)于3D毫米波雷達(dá)來說，不會(huì)產(chǎn)生速度信息的地面減速帶或其他靜止障礙物和上方的天橋沒有什么區(qū)別。

如果測到天橋也立馬牽動(dòng)剎車那也太離譜了，所以3D毫米波雷達(dá)的算法直接忽略這些靜止物信息，就算前面放一塊隕石，3D毫米波雷達(dá)都不會(huì)觸發(fā)剎車。

這可能是2020年一輛特斯拉直接撞上前方靜止車的原因，毫米波雷達(dá)選擇閉眼沖，而當(dāng)年特斯拉的視覺方案也沒有現(xiàn)在這么精良。

輔助駕駛模式下即將撞上貨車的特斯拉

這個(gè)缺陷讓毫米波雷達(dá)在需求越來越高的智駕市場陷入了僵局，直到2020年第一顆4D毫米波雷達(dá)的誕生。

4D毫米波雷達(dá)VS激光雷達(dá)

基于3D毫米波雷達(dá)的基礎(chǔ)，4D毫米波雷達(dá)增加了高度信息，帶來的直接影響就是4D毫米波雷達(dá)可以成像。

當(dāng)波射到物體表面時(shí)，所反射回的波會(huì)攜帶方位、距離等信息，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換則呈現(xiàn)為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，兩種毫米波雷達(dá)經(jīng)軟件算法換算出的圖像如下：

比如一個(gè)80 cm體寬1.7m身高的人在快速奔跑，3D毫米波雷達(dá)就會(huì)識(shí)別為一道由點(diǎn)組成的橫向80 cm虛線在某距離以某速度向某方向移動(dòng)，而4D毫米波雷達(dá)會(huì)識(shí)別為由點(diǎn)組成的80 cm體寬1.7m高人形在某距離以某速度向某方向移動(dòng)。

當(dāng)前方出現(xiàn)了一道長2m并離地3m的限高桿，同時(shí)下方有一條等長的減速帶，3D毫米波雷達(dá)就會(huì)識(shí)別為兩條幾乎重疊的由點(diǎn)組成的長2m虛線，而4D毫米波雷達(dá)則會(huì)識(shí)別出兩條長2m的虛線中間的無障礙距離為3m。

4D毫米波雷達(dá)不再有無法識(shí)別靜止物的缺陷，加上價(jià)格只有激光雷達(dá)10%-20%的優(yōu)勢以及本身毫米波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、雨霧無阻的特質(zhì)，4D毫米波雷達(dá)被視為激光雷達(dá)的強(qiáng)勁對(duì)手。

用4D毫米波雷達(dá)替代激光雷達(dá)，可行嗎？就目前來說，答案是否定的。

4D毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)的本質(zhì)都是通過波信號(hào)來主動(dòng)探測，4D毫米波雷達(dá)的波長在3.9mm，而激光雷達(dá)的波長通常為905或1550nm，由于波的傳播特質(zhì)，激光雷達(dá)在面對(duì)雨、霧、沙塵暴等天氣幾乎束手無策，而毫米波雷達(dá)則能發(fā)揮性能。

雖然它倆都能成像，但是激光雷達(dá)有個(gè)碾壓4D毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢，就是分辨率。市面上的4D毫米波雷達(dá)每秒大概可以生成10萬個(gè)點(diǎn)云，而128線激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)每秒140萬點(diǎn)云的生成。

用140萬個(gè)點(diǎn)描摹出的畫像自然比用10萬個(gè)點(diǎn)描摹出的畫像，精確度要高得多。不僅是畫像輪廓的清晰程度不同，更直接的影響就是角分辨率的差距。

激光雷達(dá)的角分辨率做到了0.1°，而4D毫米波雷達(dá)可以做到1°，也就是說當(dāng)2個(gè)目標(biāo)物體間的角度角度差距為1°時(shí)，只有激光雷達(dá)可以分辨得出。

說到底，在成像方面，激光雷達(dá)有著4D毫米波雷達(dá)無法匹敵的分辨率。目前的4D毫米波雷達(dá)更加適合做視覺算法的補(bǔ)充，在雨雪天氣時(shí)為攝像頭助一把力。

這樣看來，4D毫米波雷達(dá)比激光雷達(dá)更適合特斯拉。

除了成本方面，激光雷達(dá)的成像優(yōu)勢對(duì)于特斯拉的視覺方案是重復(fù)的，攝像頭和激光雷達(dá)的共同缺點(diǎn)就是受限于可見度低的天氣，而這個(gè)問題只有毫米波雷達(dá)能為特斯拉解決。

毫米波雷達(dá)歷史

回到開頭的問題，也許很多朋友會(huì)選擇中國，畢竟咱們現(xiàn)在的智駕市場如火如荼，但實(shí)際答案是德國。

1904年，德國人斯琴·赫爾斯麥耶，基于前人電磁理論和電磁波實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用無線電波回升探測裝置，研制出了原始的船用防撞雷達(dá)，這就是世界上第一顆雷達(dá)。

1935年英國人羅伯特·沃特森·瓦特成功研制出一臺(tái)實(shí)用雷達(dá)系統(tǒng)，并被英國空軍大規(guī)模部署，而這個(gè)系統(tǒng)通過提前檢測到德軍飛機(jī)，協(xié)助英國抵御住了納粹德國的攻擊，獲得了“不列顛空戰(zhàn)”的勝利。

羅伯特·沃特森·瓦特

德國人發(fā)明的雷達(dá)被英國人用來打敗了德國？據(jù)說德國人十分不服，回去苦心研究，再后來汽車產(chǎn)業(yè)的繁榮以及1986年歐洲制定的“歐洲高效安全交通系統(tǒng)計(jì)劃”催化了車載雷達(dá)的蓬勃發(fā)展。

2012年，德國半導(dǎo)體巨頭英飛凌推出24GHz單片雷達(dá)解決方案，降低了毫米波雷達(dá)的技術(shù)門檻和制造成本，推動(dòng)毫米波雷達(dá)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

國內(nèi)研究毫米波雷達(dá)的時(shí)間并不長，2013年24GHz毫米波雷達(dá)產(chǎn)品才進(jìn)入中國，同時(shí)國外對(duì)國內(nèi)開啟了77GHz毫米波雷達(dá)的技術(shù)封鎖。

2014-2016年國內(nèi)的毫米波初創(chuàng)企業(yè)成立，其中首家研究毫米波雷達(dá)的就是上汽集團(tuán)旗下的華域汽車。2016-2017年，國產(chǎn)24GHz毫米波雷達(dá)開始量產(chǎn)，77GHz毫米波雷達(dá)開始出現(xiàn)樣品。

雖然目前全球毫米波雷達(dá)市場仍被博世、大陸、海拉等海外龍頭廠商占據(jù)主要份額，但是國內(nèi)的行業(yè)發(fā)展也處于欣欣向榮的狀態(tài)，國產(chǎn)77GHz毫米波雷達(dá)早已面世，例如德賽西威、森斯泰克、楚航科技等國內(nèi)領(lǐng)先的企業(yè)都具備量產(chǎn)能力。

最后我想片面的淺聊一聊，為什么國外掌握著更好的智能輔助駕駛核心傳感器技術(shù)，而國內(nèi)卻成為了智能輔助駕駛的核心戰(zhàn)場。

2018年的時(shí)候德國制造商大陸集團(tuán)就對(duì)自動(dòng)駕駛汽車接受程度進(jìn)行調(diào)查。中國受訪人中，高達(dá) 89% 的人表示支持自動(dòng)駕駛技術(shù)，相比之下，德國和美國的受訪者對(duì)自動(dòng)駕駛支持的比例分別只有 53% 和 50%。

英國的德勤咨詢公司也做過一次調(diào)查，截至2019年，中國對(duì)自動(dòng)駕駛汽車感到“危險(xiǎn)”的消費(fèi)者比例為25%，是亞洲6個(gè)調(diào)查國家和地區(qū)中最低的。

2022年北京日報(bào)做了個(gè)關(guān)于中國人對(duì)自動(dòng)駕駛的接受程度的調(diào)查，結(jié)果顯示，超八成中國人接受自動(dòng)駕駛，比例遠(yuǎn)高于其他國家。

聊這個(gè)并不是為了讓大家忽略目前智能輔助駕駛技術(shù)的不成熟，相反，我們需要更加實(shí)際的去接受現(xiàn)有智能輔助駕駛技術(shù)的局限。但是這些數(shù)據(jù)表明，我們對(duì)科技有著更包容、積極的態(tài)度，即使起步晚了一點(diǎn)也沒關(guān)系。

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