電子發燒友網報道(文/吳子鵬)隨著自動駕駛越來越強調全天候、全天時情況下的主動安全,相關技術的空白區被逐漸發現。在整機廠和方案商解決這些技術挑戰的過程中,4D成像雷達被寄予厚望,產業發展迎來了爆發期。
和傳統毫米波雷達相比,4D成像雷達在距離、速度、方位的三維信息基礎上增加了高度信息,進一步增強了毫米波雷達的感知能力,通過點云成像的方式,能夠對道路上行人、非機動車、機動車等典型目標進行識別。
對于整個產業而言,4D成像雷達還算是一個“新玩意”,未來發展潛力巨大。2019年,成像雷達全球領軍企業Arbe發布汽車4D成像雷達beta版產品——Phoenix前端系統,這是全球第一款超高分辨率的4D成像雷達,具有高分辨率、感知性能強和探測距離遠等優點,讓成像雷達引起了汽車產業的廣泛注意。隨后,2020年多個可量產的4D成像雷達面世,因此也有從業者將2020年定義為4D成像雷達“發展元年”。
至今,4D成像雷達已經形成一個頗具規模的產業生態。加上相比之下,4D成像毫米波雷達成本僅是激光雷達的十分之一,成為研發高階自動駕駛汽車的優質選項。
原汽車生態巨頭積極布局成像雷達在整個自動駕駛感知傳感器的陣營里,相較于攝像頭和激光雷達,4D成像雷達全天候、全天時的產品特性格外引人矚目,能在任何條件下提供高可靠性的探測,甚至是霧、暴雨、漆黑及空氣污染等各種惡劣天氣和環境條件下。隨著軟硬件逐漸完善,4D成像雷達在分辨率方面的優勢也愈發明顯,這些都讓傳統汽車產業鏈公司極為重視,并積極布局。
首先,我們看到TI、恩智浦、ADI和安霸等芯片級供應商,以及Mobileye等方案商均在布局4D成像雷達。
2021年第四屆進博會期間,TI展示了通過多片AWR2243傳感器級聯打造的毫米波汽車成像雷達系統方案,可實現長探測范圍與高精細角度分辨率,可用于多種障礙物檢測和遠距離目標感應。
目前市場上已經有多款基于恩智浦S32R雷達處理芯片打造的成像雷達方案,S32R系列中的S32R45基于4顆Arm A53內核和3個鎖步Arm M7內核打造,主頻高達800MHz,S32R系列提供安全可靠的雷達處理,集功能安全、硬件安全、高性能實時處理和專用雷達處理加速于一身,適用于角雷達、前雷達和4D成像雷達等用例。同時,在77GGHz汽車雷達收發器方面,恩智浦和英飛凌占據著大部分市場份額。
如上所述,作為77GGHz汽車雷達收發器主要供應商之一,英飛凌也在積極布局成像雷達。相關統計數據顯示,目前英飛凌控制著大概三分之二的全球車用77GHz雷達芯片市場,在4D成像毫米波雷達芯片方面,英飛凌推出的RXS816xPL系列芯片可滿足成像雷達需求,并且該公司也在積極布局更多點云成像毫米波雷達芯片。
除了主要提供毫米波雷達芯片的三家企業,作為領先的FPGA供應商,原來的賽靈思,現在的AMD也有相關的產品應用于成像雷達方面,比如德國大陸公司的一些量產方案中就是選用Zynq UltraScale+ RFSoC的解決方案。
安霸在收購成像雷達方案提供商傲酷后,積極倡導方案融合,比如將毫米波成像雷達與激光雷達集成在一起,將成像雷達和視覺方案融合在一起。安霸中國區市場營銷副總裁郄建軍曾表示,目前域控制器是把幾個傳感器的信息融合起來,但這是一種后融合方式,融合效率不高。如果采用前融合技術,在視覺隱隱約約看到輪廓、但又不確定真實物體時,雷達就能快速檢測,通過雷達的點云和攝像機的對應像素點前融合,芯片無需對目標進行二選一,帶來更高的效率,并降低誤檢率、漏檢率。
當然,成像雷達實際上是一個系統,毫米波雷達芯片是其中較為關鍵的部分,此外也會包括控制器、天線系統以及相關的軟件配套等。因此,我們看到自動駕駛方案商和原汽車tier 1級供應商大部分都在規劃自己的成像雷達解決方案。
在自動駕駛方案商層面,Mobileye首席執行官Amnon Shashua 曾公開表示,2025年除了正面的探測之外,Mobileye只想要毫米波雷達,不想要激光雷達。據介紹,Mobileye成像雷達虛擬通道數高達2304個,水平角分辨率達0.5°,垂直分辨率達2°,有效探測距離預計為150米。
再看tier 1級供應商。2021年10月,博世對外展示了第五代毫米波雷達至尊版,最遠探測距離高達302米,水平視場角可達120度,垂直視場角可達24度。所謂的第五代毫米波雷達至尊版便是一款4D成像雷達解決方案。為升科則是國內合作博世的方案公司。
大陸集團是較早研發成像雷達的tier 1級供應商,該公司2016年就開始研發相關方案,并積極推動量產。大陸集團的ARS540是全球首個投入量產的4D成像雷達,2021上海車展期間,大陸集團展示了即將量產的業內首款4D毫米波成像雷達和純固態激光雷達。
同樣在在2021年上海車展上,采埃孚展出了為上汽集團在中國本地化生產的長距離成像雷達,目前采埃孚Premium4D成像雷達已經在飛凡R7上搭載,這款雷達擁有192個通道,其分辨率是傳統汽車雷達的16倍,可在350米范圍內進行全面的場景和物體探測。
安波福新一代前視雷達采用了成像雷達技術,可探測300米外的物體,并能確定其高度。該產品也被用于安波福的傳感器融合方案中。
在國內,華域汽車4D成像毫米波雷達即將量產。 據介紹,華域汽車最新研發的4D成像毫米波雷達,除了能測定物體的距離、速度、方位角等二維平面信息外,還能測定物體高度和俯仰角度,勾勒出被識別物體在三維空間內的輪廓,甚至是監測出路上的易拉罐。在方案量產方面,據悉華域汽車并沒有選擇較為主流的FPGA方式。
德賽西威是國內77GHz毫米波雷達的主要供應商,目前該公司也在積極布局成像雷達。在該公司35周年活動上,對最新的成像雷達方案進行了展示。
我們將華為也歸入到國內的tier 1級供應商。2021年,華為首次公開發布高分辨成像雷達產品和解決方案,并于2021年量產交付。在技術路線上,華為的成像雷達采用了經典FMCW方案,收發通道為12TX24RX,提供4倍分辨率提升、大視場無模糊和4D高密點云。
當然,上面羅列的并不是產業鏈上面的全部公司,由于成像雷達未來的發展潛力巨大,原來做毫米波雷達芯片以及模組方案的廠商都在做相關的探索,比如川速微波、 加特蘭微電子、森思泰克等都已經有相關方案,加特蘭微電子2021 年推出了面向4D 雷達的可級聯芯片Alps CAL77S244-AE。
成像雷達成為初創企業的機遇除了傳統的汽車產業鏈供應商以及成立較早的毫米波雷達企業,尤其是擁有77GHz車載雷達產品的公司,基本都在做成像雷達的探索。不過從產業發展時間線能夠看出,目前全球成像雷達的發展依然處于早期階段,其和激光雷達的權重問題,以及系統融合問題都還沒有定論。因此,成像雷達也成為初創企業的優質賽道。
在這些初創企業中,將多發多收天線集成在一顆芯片的Arbe、Vayyar、Uhnder是比較具有代表性的企業。上面已經提到,Arbe的Phoenix芯片組曾在業界引起了廣泛的關注,而在北京時間2022年7月19日,該公司又推出了環繞成像雷達Lynx。Lynx采用24x12信道,性能優于業內的3x4角雷達,甚至優于新一代12x16前向雷達。Arbe目前已在納斯達克上市。
從產品屬性來看,Vayyar是Arbe直接的競爭對手,Vayyar于此前完成了1.08 億美元 E 輪融資,將繼續研發面向汽車、養老照護等眾多領域的成像雷達。
Uhnder是成立于2015年的數字雷達供應商,該公司采用DCM架構,搭載無干擾的發射器,可以把更多的功率放在目標上,具有高對比度的分辨率。據介紹,Uhnder的雷達芯片基于兩個die,采用晶圓級封裝,實現了高速互連。2022 年3月,Uhnder宣布推出業界首款汽車4D數字成像片上雷達。根據最新的報道,歐菲光即將在2023年基于Uhnder數字編碼調制技術的成像雷達產品,助力中國汽車安全駕駛。
印度公司Steradian走的也是完全集成的路子,該公司的雷達集成電路完全集成了16通道E波段MIMO雷達接收器,傳輸功率為19dBm,具有精密波束控制。不過,該公司不出意外將被瑞薩收購,成為后者車載雷達方案的一部分。
除了國外的企業,在國內德心智能、幾何伙伴、蠻酷科技等初創企業也在做相關的研發。
綜合而言,傳統汽車零部件供應商和自動駕駛方案提供商更傾向于選擇傳統的級聯和CMOS方案,方案成熟穩定,不過在披露出來的性能方面比初創企業的產品也低一些,而初創企業大都會采用系統集成的方式,將天線和雷達傳感器等集成到一顆芯片內,不僅方案尺寸更小,系統性能也更高。當然,正如上面提到的,目前成像雷達還處于早期階段,屬于各方勢力割據混戰,沒有形成主流的方案,也沒有出現BIG級廠商。
根據簡樂尚博168report的統計數據,2020年全球成像雷達市場規模達到了9.76億美元,預計2027年將達到14.65億美元,2021年到2027年復合增長率(CAGR)為6.25%。在市場不斷擴大的過程中,目前看來,老牌巨頭和初創企業都有勝算。
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原文標題:被稱為自動駕駛“黑科技”,4D成像雷達發展現狀如何?
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