1、4D 毫米波雷達(dá)產(chǎn)品特征及應(yīng)用前景分析

1.1 4D 毫米波雷達(dá)的功能與特征

4D毫米波雷達(dá)在3D毫米波雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)3D信息(雷達(dá)與目標(biāo)的距離、相對(duì)徑向速度、水平角度的數(shù)據(jù))的基礎(chǔ)上，增加對(duì)目標(biāo)高度（垂直角度）的估計(jì)，相比于3D毫米波雷達(dá)具有天線數(shù)量多且密度高、輸出的點(diǎn)云圖像密度更高等特征點(diǎn)。

4D毫米波雷達(dá)在距離分辨率、距離精度、角度分辨率、角度精度、速度分辨率和速度精度等方面都有所提升，尤其是在角度分辨率上，目前角度超分辨算法成為了4D毫米波成像雷達(dá)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一！

4D毫米波雷達(dá)與3D毫米波雷達(dá)相比的優(yōu)勢(shì)如下所示：

(1) 高識(shí)別度：更有效”描繪“目標(biāo)的輪廓，識(shí)別目標(biāo)的類(lèi)別和行為。更進(jìn)一步，可識(shí)別較小或部分被遮擋以及靜止物體或橫向運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。

(2)高靈敏度：高度信息的增加可濾除部分誤制動(dòng)的虛警，可避免漏剎車(chē)或者誤剎車(chē)。

(3) 高動(dòng)態(tài)范圍：可區(qū)分大致同向、大致同距以及大致同速的強(qiáng)弱目標(biāo)。

(4) 具備更遠(yuǎn)的探測(cè)距離：探測(cè)距離將提高到300米以上。

1.2 4D毫米波雷達(dá)與其他傳感器對(duì)比分析

縱向上看，4D毫米波雷達(dá)相比于3D毫米波雷達(dá)在多項(xiàng)性能上表現(xiàn)更強(qiáng) ，但成本較高 ，且目前量產(chǎn)驗(yàn)證較少，僅有少量頭部雷達(dá)企業(yè)量產(chǎn)上車(chē)。橫向上看，4D毫米波雷達(dá)相比于其他傳感器不僅具有毫米波雷達(dá)的傳統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn) ，而增強(qiáng)了對(duì)物體與行人的識(shí)別能力 。

4D毫米波雷達(dá)能對(duì)普通場(chǎng)景中的目標(biāo)信息進(jìn)行更高性能的檢測(cè) ，普通場(chǎng)景的覆蓋率和處理能力相較于3D毫米波雷達(dá)有所提高；同時(shí)，4D毫米波雷達(dá)在前前車(chē)剎車(chē) ，防止連續(xù)追尾以及大光比 、惡劣天氣等 corner case 場(chǎng)景下能夠保持較好的性能。

1.3 4D 毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景分析

1.3.1 對(duì)比3D 毫米波雷達(dá)

1.3.1 對(duì)比激光雷達(dá)

2、4D毫米波雷達(dá)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

2.1 4D毫米波雷達(dá)技術(shù)趨勢(shì)總覽

下圖是4D毫米波雷達(dá)研發(fā)所涉及到的技術(shù)詳細(xì)分類(lèi)，主要分為四大模塊：前端射頻模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、控制電路、測(cè)試與驗(yàn)證。每個(gè)模塊[敏感詞]又細(xì)分了很多子模塊，共同構(gòu)建了汽車(chē)?yán)走_(dá)的技術(shù)棧。

2.2 4D毫米波雷達(dá)波形設(shè)計(jì)與對(duì)比分析

根據(jù)輻射電磁波方式不同 ，毫米波雷達(dá)主要分為 脈沖體制 以及 連續(xù)波體制 兩種工作體制 。

對(duì)于單個(gè)靜止物體測(cè)量，鋸齒波即可滿(mǎn)足要求，對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體，多采用三角波調(diào)制方式。之前，在暗室測(cè)量大陸548雷達(dá)的發(fā)射波形時(shí)，發(fā)現(xiàn)調(diào)頻波形有上有下，斜率有正負(fù)，我猜測(cè)可能是采用的三角波調(diào)制（只是猜測(cè)，沒(méi)有證據(jù)）。

PMCW （調(diào)相連續(xù)波方案 ）通過(guò)多天線同時(shí)發(fā)射正交相位編碼信號(hào)的方式來(lái)探測(cè)目標(biāo)的距離和速度 ，PMCW方案不僅可以探測(cè)更遠(yuǎn)距離 （有效探測(cè)距離可達(dá) 500m左右 ） ，同時(shí)可以有效抑制雷達(dá)與雷達(dá)之間的相互干擾 ， 4D毫米波雷達(dá)形設(shè)計(jì)中 ，PMCW（調(diào)相連續(xù)波方案 ）逐漸嶄露頭角 ，其代表雷達(dá)芯片企業(yè)是美國(guó)的Uhnder。

2.3 4D毫米波雷達(dá)天線陣元設(shè)計(jì)趨勢(shì)分析

多片級(jí)聯(lián)雷達(dá)收發(fā)天線大幅增加，若仍采用微帶設(shè)計(jì)思路饋?zhàn)吆蛷?fù)雜度變陣列只能在 x-y方向上布局， 導(dǎo)致雷達(dá)面積過(guò)大羅杰斯板材使用面積也會(huì)變大，成本顯著增加；采用波導(dǎo)腔體天線，陣列布局可沿 z方向延伸，相比于微帶天線，可以明顯減小雷達(dá)面積和體積。

因此，多芯片級(jí)聯(lián)技術(shù)方案中，波導(dǎo)腔體天線將成為天線陣元設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，這個(gè)非常值得關(guān)注。

4D毫米波雷達(dá)比3D毫米波雷達(dá)增加俯仰角信息 ，天線陣列設(shè)計(jì)更為復(fù)雜 ，通常是指標(biāo)間相互制約（比如角度分辨率與角度模糊） ，且與波形設(shè)計(jì) 、硬件設(shè)計(jì) 、制造工藝密切相關(guān) 。

2.4 4D毫米波雷達(dá)信號(hào)處理框架變化趨勢(shì)分析

雷達(dá)信號(hào)處理最核心工作：依次完成徑向距離、徑向速度 、方位角的估計(jì)問(wèn)題 （在滿(mǎn)足一定條件下都可等價(jià)為各自獨(dú)立頻率的估計(jì)問(wèn)題，即線性運(yùn)算 ），常見(jiàn)的處理架構(gòu)是 range-Doppler-Angle 或range-Angle-Doppler。但是，4D毫米波雷達(dá)引入高度信息 、芯片級(jí)聯(lián) →信號(hào)處理框架更加豐富 （FFT 增加 ），需基于應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的處理框架 。如下圖所示：

4D毫米波雷達(dá)信號(hào)處理方案設(shè)計(jì)以擴(kuò)展目標(biāo)為最終結(jié)果 ，而傳統(tǒng)雷達(dá)信號(hào)處理流程中檢測(cè)和測(cè)角模塊是以假設(shè)目標(biāo)為點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的 ，傳統(tǒng)流程無(wú)法實(shí)現(xiàn)單幀高密度點(diǎn)云 ，需采用全新的雷達(dá)信號(hào)處理算法流程 ，其中相干 /非相干積累 、 目標(biāo)檢測(cè) 、測(cè)角等模塊的算法與傳統(tǒng)算法存在差異 。

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