特斯拉諜照有望搭載4D毫米波雷達
想必很多朋友已經知道這件事了。特斯拉即將推出的HW 4.0智能駕駛計劃預計將包括4D毫米波雷達。消息壹出，各大相關公司股票暴漲。讓股市波動，讓馬斯克“真香”。4D毫米波雷達的能力如何？
毫米波雷達
在回答這個問題之前，我們得先了解壹下車載毫米波雷達。
車載毫米波雷達工作模型圖
如果用壹句話來形容車載毫米波雷達，我只能說它開啟了智能輔助駕駛的時代——1999奔馳S級車型首次應用了基於毫米波雷達的自適應巡航功能，這套系統被命名為Distronic(距離控制系統)。
配有Distronic系統的奔馳S級
即使我們看到車企更願意以激光雷達為門面來宣傳自己的智能輔助駕駛能力，但其實毫米波雷達的特性是激光雷達無法替代的。
毫米波雷達是工作在毫米波頻段的雷達。毫米波的波長壹般為1-10mm，頻率為30-300GHz。發射和接收電磁波信號後，利用多普勒效應計算目標的各種參數(如測距、測速、測角)。
多普勒效應
不同長度的波在大氣中傳播時會受到不同程度的阻礙和吸收，而毫米波的波長介於微波和紅外波之間，因此兼具兩者的優點。與微波相比，毫米波方向性好，分辨率高，抗幹擾能力強，探測性能更好。
與紅外波相比，毫米波在大氣中傳播時衰減較小，能更好地穿透煙塵，受天氣影響較小。這些特點決定了毫米波雷達具有全天候工作能力(暴雨除外)。
因為雷達涉及軍用，國家對民用開放的頻段是管制的。目前國際上主流的車載毫米波雷達頻率有24GHz(也算是毫米波頻率)、77GHz和79GHz，少數國家如日本開放60GHz頻率。
我國車載毫米波雷達開放的頻率是24GHz和77GHz，所以目前我國車載毫米波雷達分為24GHz和77GHz。
海拉24GHz毫米波雷達
就像不同分貝的聲音可以到達不同的距離壹樣，不同頻率的毫米波雷達可以探測到不同的距離。24GHz的探測距離通常為30-120 m，77 GHz的探測距離通常為200m以上。
無線電頻率
看到這裏可能有物理比較好的朋友想質疑我:根據波傳播理論，頻率越高，分辨率越高，穿透能力越強，但是傳輸損耗越大，傳輸距離越短；相對來說，頻率越低，波長越長，衍射能力越強，傳輸距離越遠。
那為什麽我說77GHz毫米波雷達的探測距離比24GHz毫米波雷達更遠呢？這與毫米波雷達的結構和技術有關。
毫米波雷達的硬件約占50%，主要由射頻前端(MMIC)、數字信號處理器、天線和控制電路組成，另外50%由軟件算法組成。
在建造毫米波雷達的過程中
雷達天線的大小與波長成正比。24GHz雷達波長更長，因此天線更大，而77GHz雷達天線更小(尺寸約為24GHz雷達天線的1/3)，在相同體積內可以布置更多的天線單元。
壹般24 GHz毫米波雷達的天線只能發射1，接收2，而77GHz毫米波雷達的天線可以發射4，接收4。整個天線陣的增益是77GHz毫米波雷達探測距離更遠的原因之壹。
此外，24GHz的毫米波衍射能力更強，就像遊戲“抽紙牌”壹樣，到最後已經出現了嚴重的信息偏差，所以近距離的探測信息更可靠。
兩者在分辨率上也有區別:77GHz毫米波雷達的最小分辨距離為3.75cm，而24GHz毫米波雷達的最小分辨距離為60cm。
國產77GHz毫米波雷達
這意味著當兩個目標物體之間的距離為60cm時，只有77GHz毫米波雷達能夠成功分辨，24GHz毫米波雷達將被視為只有壹個目標物體。
雖然看起來頻率不壹樣，但實際上它們的性能差別很大，所以使用場景也不壹樣。目前業內毫米波雷達常見的搭配方式是1個正向+4個側向(左前、左後、右前、右後)，排列如下:
目前主流的毫米波雷達具有測角、測距和測速功能，即測量目標物體的方位、距離和速度。我們稱之為3D毫米波雷達。但是它有壹個巨大的缺陷，就是不能識別靜態物體。
由於缺乏高度信息，對於3D毫米波雷達來說，地面減速帶或者其他不產生速度信息的靜態障礙物，和上面的立交橋沒什麽區別。
如果檢測到立交橋馬上影響剎車，那就太離譜了。所以3D毫米波雷達的算法直接忽略了這些靜止物體。即使前面有隕石，3D毫米波雷達也不會觸發剎車。
這可能就是2020年壹輛特斯拉直接撞上前面靜止不動的車的原因。毫米波雷達選擇了閉眼，特斯拉的視覺方案也沒有現在好。
特斯拉在輔助駕駛模式下即將撞上壹輛卡車
這壹缺陷使得毫米波雷達在要求越來越高的智能駕駛市場陷入僵局，直到2020年第壹臺4D毫米波雷達誕生。
4D毫米波雷達與激光雷達
4D毫米波雷達在三維毫米波雷達的基礎上增加了高度信息，這直接影響到4D毫米波雷達的成像。
當波撞擊到物體表面時，反射波會攜帶方位、距離等信息，經過坐標變換後以點雲數據的形式出現。兩臺毫米波雷達通過軟件算法轉換的圖像如下:
比如壹個體寬80 cm，身高1.7m的人在快速奔跑，3D毫米波雷達會識別出壹條由點組成的水平80 cm虛線在某壹距離向某壹方向運動，而4D毫米波雷達會識別出壹個體寬80 cm，身高1.7m的人在某壹距離向某壹方向運動。
前面有壹根2m長，離地3m的限高桿，下面有壹條同樣長度的減速帶。3D毫米波雷達會將其識別為兩條幾乎重疊的2m長的虛線，而4D毫米波雷達會將其識別為兩條2m長的虛線之間的無障礙距離為3m。
4D毫米波雷達不再有不能識別靜止物體的缺陷。此外，價格僅為激光雷達的10%-20%，自帶毫米波雷達具有探測距離遠、抗幹擾能力強、雨霧無阻等特點。4D毫米波雷達被認為是激光雷達的強勁對手。
激光雷達
用4D毫米波雷達代替激光雷達可行嗎？目前，答案是否定的。
4D毫米波雷達和激光雷達的本質是主動探測透波信號。4D毫米波雷達的波長是3.9mm，而激光雷達的波長通常是905或1550nm。由於波的傳播特性，激光雷達面對雨、霧、沙塵暴等天氣幾乎束手無策，而毫米波雷達則可以發揮作用。
雖然兩者都可以成像，但是激光雷達有碾壓4D毫米波雷達的優勢，也就是分辨率。市面上的4D毫米波雷達每秒可生成約65438+百萬點雲，而128線激光雷達每秒可生成1.4百萬點雲。
激光雷達的成像效果
654.38+0.4萬分畫出來的人像，自然比654.38+0.4萬分畫出來的人像更準確。不僅是人像輪廓的清晰度不同，更直接的影響是角度分辨率的差距。
激光雷達的角分辨率為0.1，而4D毫米波雷達的角分辨率為1。也就是說，當兩個目標物體的角度差為1時，只有激光雷達才能分辨出來。
歸根結底，在成像方面，激光雷達的分辨率是4D毫米波雷達無法比擬的。目前，4D毫米波雷達更適合補充視覺算法，並在雨雪天氣中幫助相機。
這樣，4D毫米波雷達比激光雷達更適合特斯拉。
除了成本，激光雷達的成像優勢對於特斯拉的視覺方案來說是重復的。相機和激光雷達共同的缺點是受限於低能見度的天氣，這個問題對於特斯拉來說只能靠毫米波雷達來解決。
毫米波雷達歷史
回到開頭的問題，可能很多朋友會選擇中國。畢竟我們現在的智能駕駛市場是如火如荼的，但實際答案是德國人。
1904年，德國人秦絲·赫爾斯·邁耶在前人的電磁理論和電磁波實驗的基礎上，利用無線電波反彈探測裝置，研制出了最初的船舶防撞雷達，這是世界上第壹部雷達。
1935年，英國人羅伯特·沃森·瓦特成功研制出實用雷達系統，被英國空軍大規模部署。通過提前探測德國飛機，這壹系統幫助英國抵抗了納粹德國的襲擊，贏得了“英國空戰”。
羅伯特·沃森·瓦特
德國人發明的雷達被英國人用來打敗德國？據說德國人很不滿意，回去好好學習。後來汽車工業的繁榮和1986年歐洲制定的“歐洲高效安全交通系統計劃”催化了車載雷達的蓬勃發展。
2012年，德國半導體巨頭英飛淩推出24GHz單片雷達解決方案，降低了毫米波雷達的技術門檻和制造成本，促進了毫米波雷達在各個領域的應用。
我國對毫米波雷達的研究時間不長。24GHz毫米波雷達的產品在2013年才進入中國，同時國外封鎖了中國77GHz毫米波雷達的技術。
2014-2016國內毫米波初創企業成立，其中SAIC旗下華宇汽車率先研究毫米波雷達。2016-2017，國產24GHz毫米波雷達開始量產，77GHz毫米波雷達開始出現樣品。
華宇汽車事務所
雖然全球毫米波雷達市場仍由國外領先制造商如博世、中國、海拉等主導。，國內行業發展也處於蓬勃發展的狀態，國產77GHz毫米波雷達已經出現，如德賽四維、森斯泰克、初航科技等國內領先企業已經具備量產能力。
大陸集團標誌
最後，我想壹邊倒的說壹下，為什麽國外有更好的智能輔助駕駛核心傳感器技術，而國內卻成了智能輔助駕駛的核心戰場。
2018德國制造商大陸集團調查了自動駕駛汽車的接受度。中國高達89%的受訪者支持自動駕駛技術，而德國和美國的這壹比例分別為53%和50%。
英國德勤咨詢公司也進行了壹項調查。到2019年，中國消費者對自動駕駛汽車感到“危險”的比例為25%，在亞洲六個被調查國家和地區中最低。
2022年，北京日報進行了壹項關於中國人對自動駕駛接受程度的調查。結果顯示，超過80%的中國人接受自動駕駛，遠高於其他國家。
說這些並不是讓大家忽視當前智能輔助駕駛技術的不成熟。相反，我們需要更現實地接受現有智能輔助駕駛技術的局限性。但這些數據表明，我們對科技有著更加包容和積極的態度，即使起步晚了壹點。
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