毫米波雷達是使用天線發射毫米波(波長1-10mm)，通過處理回波測得汽車與探測目標的相對距離、速度、角度及運動方向等信息的傳感器。 其全天候全天時、精確度較高、體積小、性價比高，在環境監測傳感器中毫米波雷達是除車載攝像頭外另一主流方案。

在應用場景變得更嚴苛之后，毫米波雷達正朝著能更準確描述車輛前后方場景的4D毫米波雷達前進。

4D指的是在原有的距離、方位、速度三個維度基礎上增加了高度信息。 相比傳統毫米波雷達僅能判斷出前方有障礙物，4D毫米波雷達增加了縱向天線及處理器，可以接收更多信息返回點，并像激光雷達一樣呈點云圖，能呈現出更多細節信息，探測出障礙物的形狀，彌補了傳統雷達難以識別靜態障礙物的短板。

相比攝像頭而言，4D毫米波雷達有更多的天線數，更高的角度分辨率、速度分辨率和距離分辨率，可以在沒有激光雷達參與的情況下更有效地解析目標的輪廓、類別、行為。

特斯拉增配4D毫米波雷達，能夠增加獲取障礙物距離信息，以彌補攝像頭缺陷。 值得注意的是，4D毫米波雷達的點云數量大幅增加，其算法比傳統毫米波雷達更為復雜，目前大部分車企并不具備這種算法能力。 有毫米波雷達廠商項目經理曾表示：“在2022年~2023年量產的項目，用的基本都是毫米波雷達做完數據處理之后的結果，大部分車廠還沒有能力將毫米波雷達的點云真正用起來。 ”

此外業內有觀點認為，對于特斯拉的傳感器配置和其他車廠要分開來看，特斯拉核心依賴視覺感知+算法，由于視覺方案對于一些corner case問題無法解決，因此需要增加一顆可以測距的4D毫米波雷達； 對于其他車企而言，本身自動駕駛的基礎就是視覺算法+強感知，比較依賴于激光雷達的高精建模能力，再新增配置一顆4D毫米波雷達并無必要性。

目前，4D毫米波雷達市場的主要玩家包括大陸、采埃孚、博世、安波福等傳統Tier1廠商，Waymo、Mobileye、華為等自動駕駛方案公司，傲酷、Arbe、幾何伙伴、楚航科技、森思泰克等初創公司。

4D毫米波雷達與激光雷達相比，受制于激光的物理特性，激光雷達在雨雪、沙塵等極端天氣環境下，工作可靠性會受到影響。 4D毫米波雷達能全天候全天時工作，在暴雨、大雪、漆黑及空氣污染等惡劣環境條件下也能提供高可靠性的探測。 此外，4D雷達能夠“看穿”墻壁、緊閉的門和其他固體物體，這是激光雷達所不具備的能力。

特斯拉 HW4.0 硬件曝光

具體體現在：(1）FSD芯片性能小幅提升； (2）顯存從LPDDR4大幅升級為GDDR6； (3）攝像頭接口數量提升33%，同時攝像頭分辨率提高； (4）新增以太網接口，為4D激光雷達上車準備。

計算芯片方面：FSD 芯片性能提升，HW4.0 的2 顆 FSD芯片仍然沿用了上一代FSD 的ARM Cortex-A72 CPU內核，但數量從3.0的12個提升到4.0的20個，最大頻率2.35GHz，默認頻率1.37Ghz，TRIP內核數量從2個增加到3個，工作頻率提高到2.2GHz.CPU和GPU保持不變，CPU依舊采用AMD Ryzen Zen+ V180F嵌入式處理器，GPU采用基于AMD Radeon Navi 23 打造的 RDNA2。 工藝制程極有可能采用 7nm 先進制程，整體提升了算力并降低功耗。

存儲芯片方面，顯存規格和容量跨越式升級。 以往因算力需求不高以及GDDR功耗過高等因素，導致車廠普遍使用LPDDR系列芯片，特斯拉開創了在車載領域使用GDDR的先河。 GDDR6最高運行頻率可達1750MHz，最高傳輸速率約是12800MT/s，是HW3.0中所使用的LPDDR4的三倍。 根據目前曝光的HW4.0拆解圖，HW4.0共使用16顆GDDR6芯片，總計容量為32GB，預估價值量約200-250美元。 而HW3.0則是使用8顆LPDDR4芯片，總計容量為16GB，價值量約201美元，成長約十倍。

傳感器方面：HW4.0的智能駕駛模塊上有12個攝像頭接口（1個預留），相較HW3.0的9個攝像頭接口數量提升33%.據業內人士推測，4.0 硬件或在 3.0 基礎上將前擋風玻璃的三目攝像頭變成雙目攝像頭，但前視攝像頭由 120 萬像素提升至500萬像素，同時新增2個側攝像頭和1個前攝像頭， 意味著HW4.0逐漸轉向TeslaVision純視覺路線，360度環視也有望實現。

接口方面：HW4.0 將以太網接口從 1 個升級到 2 個。 新增加的以太網接口正是為定制的高分辨率毫米波雷達服務，代號Phoenix（或是4D毫米波雷達），傳統毫米波雷達用CAN或CAN-FD連接，4D毫米波雷達信息量大，需要使用10OMbps以太網。

國內市場方面，4D毫米波雷達已搭載于飛凡R7、深藍SL03等量產車型，產品有望加速滲透。 目前，威孚高科、經緯恒潤正與4D毫米波雷達芯片供應商Arbe緊密合作，進行產品研發，華域汽車的4D毫米波雷達已實現小批量供貨，保隆科技的相關產品也已處于研發測試階段。

從毫米波雷達到4D毫米波雷達

4D毫米波雷達的誕生還要從古老的多普勒效應說起。

1842年，奧地利物理學家多普勒發現了多普勒效應。 所謂多普勒效應，是指波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率和波源發出的頻率并不相同，兩者之間的差值叫做多普勒頻率。

多普勒效用公式表達如下。 式中，fr為觀察者觀測到的頻率，f0為波源發出的頻率，v為波的傳播速度，vr為觀察者的速度，vs為波源的速度。 當觀察者或波源有向對方靠近的運動時，對應分子分母取減號，反之取加號。

如果我們在波源的位置放置一個探測器接收反射回來的波，通過檢測多普勒頻率，就可以測得觀察者相對于光源的移動速度。 再根據波發出和接收的時間差，基于TOF原理，便可以計算出觀察者相對于光源的距離。

多普勒效應，奠定了毫米波雷達這誕生的理論基礎。

發展簡史

毫米波雷達的雛形出現在20世紀四十年代的第二次世界大戰中，英國通過部署對空雷達站，有效抵御了德國空軍的一系列空襲行動。 二戰中的一戰成名，也讓其在二戰后迅速推廣普及到各個領域。

毫米波雷達在汽車領域的應用可以追溯到1973年，德國AEG-Telefunken和BOSCH公司開始合作投資研究汽車防撞雷達技術，但由于技術和成本原因，一直未能大規模商業化落地。

20世紀80年代，歐洲在“歐洲高效安全交通系統計劃”指導下重新開啟了車載毫米波雷達的研制。 并在技術和成本均實現突破后，迎來了汽車防撞雷達的廣泛應用。

里程碑事件是在1999年，奔馳在S級車上使用77GHz毫米波雷達實現了基本的自適應巡航功能，開啟了輔助駕駛時代，也迎來毫米波雷達在汽車領域的蓬勃發展。

毫米波雷達剛剛出道的時候，受制于芯片工藝等原因，一個雷達中需要配備七八顆射頻芯片才能保證基本的分辨率。 這導致當時的毫米波雷達體積巨大，成本巨高，只在高端車型偶有應用。 機械式激光雷達誕生的初期，各方面都像極了這位前輩。

進入到千禧年之后，伴隨著鍺硅半導體工藝的發展，毫米波雷達集成度大幅提高，成本大幅下探，在高端車型上的應用也迎來了一次小爆發。 這又像極了混合固態激光雷達當前的局面。

2017年，TI推出了基于CMOS工藝的毫米波雷達芯片，一口氣將射頻芯片、數字處理芯片和微控制器三個模塊集成到一個SOC上，既顯著降低毫米波雷達的成本，又大幅拉低了毫米波雷達的開發難度。 這又有點像我們期待的固態激光雷達的樣子。

更驚為天人的是，TI隨后將天線也集成在芯片里，推出了集成度更高的天線片上集成（AoP）芯片，直接將毫米波雷達價格拉到了百元級別，并提供了毫米波雷達開發傻瓜式工具鏈，國內由此掀起了轟轟烈烈的毫米波雷達創業及國產化浪潮。

工作原理

一、使用頻段

毫米波雷達，從名字也可以猜測出，這是一種工作在毫米波頻段的雷達。 而毫米波是指波長在1-10mm，頻率在30-200GHz的電磁波，其傳播速度和光速近似相等。 這個頻段電磁波在探測能力、穿透能力、抗干擾能力等方面實現了“中庸之道”，完美契合車載領域。 并助力毫米波雷達在車載傳感器領域贏得了“全天時、全天候”工作的美譽。

毫米波雷達主要使用24GHz，60GHz，77GHz和79GHz四個頻段。 24GHz準確來說屬于厘米波，由于測量距離有限（60m左右），分辨率一般，常被設計為角雷達，探測大視場角范圍的近距離障礙物。 60GHz由于受大氣衰減影響特別大，常被設計為生命體征檢測雷達，對車內生命體征及人員姿勢進行檢測。 77GHz和79GHz由于測量距離較遠（200m左右），常被設計為主雷達，作為前向長距離感知的利器，這兩個頻段也是未來車載毫米波雷達領域的主流頻段。

二、基本組成

毫米波雷達核心組成部分包括收發天線（TX&RX），射頻單元（RF）、模數轉換器 (ADC)、數字信號處理器 (DSP)、微控制器 (MCU)等。 上文提到過，毫米波雷達剛誕生那會，這些器件都是分立的，后來通過CMOS工藝將RF、ADC、DSP、MCU等直接整到一顆SOC中（不同廠家SOC集成模塊數量略有差異）。

今天我們隨便拆開一個普通毫米波雷達，除了索然無味的外殼、接插件和固定裝置，尚能引起一點興趣的就是那兩塊PCB板了（有的廠家集成到一塊PCB板上），如下3D爆炸圖所示。

電源主板上面密密麻麻豎立著電感、電容、二極管、電源芯片等，主要負責系統電源管理。 各家一般還會在上面集成一顆安全控制器，提供與整車通訊及安全相關功能。

雷達主板可以說是整個毫米波雷達的核心，上面包括天線、RF、DSP和控制電路等。

（1）天線。 理論和實踐證明，當天線的長度為電磁波波長的1/4時，天線的發射和接收轉換效率最高。 而毫米波的波長只有幾個毫米，所以天線可以做得很小。 通過使用多根天線來構成陣列天線，還能夠實現窄波束的目的，而窄波束意味著更高的方位角分辨率。

目前毫米波雷達天線的主流方案是微帶陣列，最常見的一種設計是在高頻PCB上集成“微帶貼片天線”，并將高頻PCB集成在雷達主板上。 下圖展示了一個雷達主板集成天線高頻PCB板的實物，這是一個3發6收陣列天線。 此種方案極大降低了毫米波雷達的成本和體積。

（2）RF。 RF負責信號調制、發射、接收以及回波信號的解調，是毫米波雷達的核心射頻部分。 目前主流的方案是通過MMIC(單片微波集成電路)技術將以上內容集成。

MMIC是一種用半導體工藝在半導體襯底上制造出無源和有源元器件的技術。

在毫米波雷達領域，基于鍺硅工藝的MMIC集成的功能電路主要包括低噪聲放大器、功率放大器、混頻器、檢波器、調制器、壓控振蕩器、移相器、開關等部件。 發射器、接收器和DSP均作為獨立單元，這使得毫米波雷達設計過程復雜，整體體積也較為龐大。

隨著COMS工藝的發展， MMIC一方面變得更小，另一方面也為其與DSP和MCU集成提供了工藝可行性。 TI在2016年底，推出基于CMOS工藝的高集成度77GHz毫米波雷達芯片AWR1642，將前端MMIC、DSP和MCU三個模塊集成在一個SOC上。 顯著降低毫米波雷達成本的同時，還極大拉低了開發難度。

（3）DSP。 DSP通過嵌入不同的信號處理算法，提取從前端采集得到的中頻信號，獲得特定類型的目標信息。 DSP是毫米波雷達穩定性、可靠性的核心。

（4）控制電路。 控制電路根據DSP輸出的目標信息，結合車身動態信息進行數據融合，最終通過主處理器進行決策處理。

三、工作機制

根據輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要分為脈沖波工作體制和連續波工作體制兩種類型。

脈沖波技術是指毫米波雷達在短時間內發射具有高峰值功率的短脈沖，基于多普勒頻率和TOF原理實現物體速度和距離測量，基于并列接收天線收到同一目標反射的脈沖波的相位差實現角度測量。 由于功率高，因此可以在大雜波背景下，檢測出遠距離小幅度移動目標。 但是也帶來了高成本、高體積、高功耗的缺點。 目前車載毫米波雷達領域很少有采此種方式。

連續波技術又可以分為FSK（頻移鍵控，可測單個目標的距離和速度）、CW（恒頻連續波，只用于測速不可用于測距）和FMCW（調頻連續波）等方式。 其中FMCW由于具有同時檢測多個目標、分辨率較高、成本較低等優點，因此成為連續波技術中的帶頭大哥，也順利當選所有工作方式中的武林盟主。

FMCW是一種頻率隨時間線性增加的Chirp波形，其振幅相對于時間、頻率相對于時間的波形如下圖所示。 毫米波雷達內部合成器負責Chirp信號的生成，并以幀為單位，均勻等時間間隔的通過發射天線發出一串Chirp信號。

在毫米波雷達接收天線收到發射回來的電磁波后，會將回波信號與發射信號一同送入混頻器內進行混頻。 由于發射信號在遇到被測目標并返回的這段時間內，回波信號的頻率相較發射信號已經發生了改變。 而混頻器的目的就是計算出發射信號與回波信號之間頻率差，稱之為中頻信號。 而這個中頻信號就包含了被測目標的距離秘密，后續再經過濾波、放大、模數轉換和測頻等處理后就可以獲得被測目標的距離信息。

對于速度測量，由于被測目標距離的不同，毫米波雷達接收到的回波信號相位也會不同。 通過對一幀中所有單個chirp信號進行等間隔采樣，并將采樣點的數據進行傅里葉變換，然后利用相位差來測量被測目標的速度。

對于角度測量，利用多個接收天線接收同一個回波信號，并計算回波信號之間的相位差來實現角度測量。

重生-3D變4D

毫米波雷達只能輸出距離、速度和角度信息，也被稱為3D毫米波雷達。 而這個距離D和角度θ是安裝雷達的自車在平面極坐標系下的數據，如下圖所示。 通過將極坐標系轉換為笛卡爾坐標系，我們可以獲得目標車在x和y方向上離自車的距離。 這個時候，大家是不是發現少了一個維度z方向上的距離。 而這個也是3D毫米波雷達飽受詬病的缺點之一。

這個缺點對移動物體來說，還不算大問題，畢竟在道路上探測到的移動物體按常理推測應該都是在道路上正常運動的物體，這也是各廠商一貫的處理策略，從而規避了無法獲得高度這一缺陷。 但是對于低空飛行的鳥，被飛吹起的輕質物體（樹葉、塑料袋等），依舊存在誤識別的問題，我想這個應該也是3D毫米波雷達處理移動物體時的Corner Case吧。

但是這個缺點對靜止物體來說，就是致命的。 道路中間的井蓋，減速帶，懸在半空中的各種標識牌，限高架，靜止的車輛等，由于沒有高度信息，通過3D毫米波雷達完全無法決策這些障礙物是否影響通行。 針對靜止物體，各家廠家簡單粗暴，要么直接忽略，要么極大降低置信度。 這也是Tesla前期幾起事故的原因之一：攝像頭沒有識別出傾倒的白色貨車車廂，毫米波雷達識別到，但是結果在決策中置信度太低，導致車輛沒有觸發自動緊急自動功能。

4D毫米波雷達增加的最顯著特性就是可以精確探測俯仰角度，從而獲取被測目標真實的高度數據，也就是目標物體在笛卡爾坐標系下z軸方向上的距離。 憑借這一特性，4D毫米波雷達可以“識別靜止物體”了，最短的那塊木板補上了。 除此之外，4D毫米波雷達在分辨率上也獲得極大提高。 以Arbe Phoenix為例，其水平和垂直分辨率分別為1°和2°，水平分辨率比普通3D毫米波雷達提升5~10倍。

得益于俯仰角測量能力的獲得，其在垂直方向上也有了分辨率一說，而Phoenix的2°垂直分辨率僅比普通16/32線機械式激光雷達的1°垂直分辨率小一倍。 這讓4D毫米波雷達在掃描同一物體時可獲掃描的點的數量極大增加，以至可以有低線束激光雷達的點云掃描效果。

（1）俯仰角測量

角度測量原理中，需要通過多個接收天線接收同一個回波信號來計算相位差從而實現方位角的測量。而受制于成本和體積的限制，當前毫米波雷達使用的是多是單片收發器。而要想實現俯仰角的測量，就必須增加虛擬通道的數量，最容易想到的方法就是將多個單片收發器級聯，這也是目前大部分4D毫米波雷達產品采用的方法。毫米波雷達巨頭大陸推出的4D毫米波雷達ARS540采用的就是4片級聯的方案，將NXP的4片MMIC級聯，實現12發16收，總計達192個虛擬通道。這比其經典的3D毫米波雷達ARS408的3發6收18個虛擬通道方案，虛擬通道總數上翻了10倍多。

此種將硬件進行直接堆疊的缺點也顯而易見，成本、尺寸、功耗會同步大幅增加，工藝復雜度的提升和大量天線之間的干擾問題，再加上數據量大幅增加帶來的處理芯片性能要求的提高，是廠商無法忽略的頭痛難題。

與硬件堆疊相對應的是單純依靠AI算法增加虛擬通道數，而部分芯片巨頭已經開始自主研發多通道陣列射頻芯片組、雷達處理器芯片和基于人工智能的后處理軟件算法。集成化、芯片化、定制算法，這個聞起來有點技術革新的味道了，可能也是4D毫米波雷達該有的終極樣子。

（2）分辨率提高

分辨率直接和虛擬通道的數量成正比。

4D毫米波雷達的特點

現階段自動駕駛技術中，主要用到的傳感器有攝像頭、激光雷達和毫米波雷達。攝像頭的光譜從可見光到紅外光譜，是最接近人眼的傳感器，有豐富的語義信息，在傳感器中具有不可替代的作用，比如紅綠燈識別、交通標識識別，都離不開攝像頭的信息。激光雷達器件較為成熟，905nm波段廣泛應用，能獲得豐富的場景立體空間信息。從頻譜可以看到，激光在頻譜上和可見光較為接近，因此和可見光有著相似的粒子特性，容易受到惡劣天氣的影響。而毫米波雷達波長為3.9mm附近，是這幾種傳感器中波長最長的傳感器，全天候性能最好，且具備速度探測優勢。

攝像頭和激光雷達由于有較為豐富的信息，前期的自動駕駛感知研究主要集中這兩類傳感器，毫米波由于分辨率不足導致其在使用上存在局限性。近年來，各大毫米波廠商在4D毫米波雷達上加大投入，在超寬帶和大天線陣列兩個方向上取得了一些進展，這使得4D毫米波的研究成為了自動駕駛研究的熱點之一。

4D毫米波雷達突破了傳統雷達的局限性

隨著毫米波芯片技術的發展，應用于車載的毫米波雷達系統得到了大規模應用，然而傳統雷達系統面臨著以下缺陷：

當有靜止車輛，目標信息容易和地雜波等摻雜在一起，識別難度較大，而移動車輛可以靠多普勒識別。

當有橫穿車輛和行人, 多普勒為零或很低，難以檢測。

沒有高度信息，高處物體如橋粱路牌和地面的車輛一樣區分不開，容易造成誤剎，影響安全性。

角度分辨率低，當兩個距離很近的物體，其回波會被混在一起，很難知道有幾個目標。

用雷達散射截面積區分物體難：可以通過不同物體的雷達散射截面積的不同和不同幀之間的反射點的不同來區分路牌、立交橋和車輛，然而準確率并不高。

最遠探測距離不超過200 m，探測距離范圍有限。

而4D毫米波雷達技術突破了傳統車載雷達的局限性，可以以很高的分辨率同時探測目標的距離、速度、水平方位和俯仰方位，使得：

最遠探測距離大幅可達300多米，比激光雷達和視覺傳感器都要遠

4D毫米波雷達系統水平角度分辨率較高，通常可以達到1 的角度分辨率，可以區分 300m 處的兩輛近車

4D毫米波雷達系統可以測量俯仰角度，可達到優于2°的角度分辨率，可在 150m 處區分地物和立交橋。

當有橫穿車輛和行人, 多普勒為零或很低時通過高精度的水平角和高精度的俯仰角可以有效識別目標。

目標點云更密集，信息更豐富，更適合與深度學習框架結合。

4D毫米波雷達的先驅者

為對4D成像雷達系統有更系統的認識，近年來市面上幾種常見的成像雷達系統方案中，包括TI公司、Arbe公司、Uhnder公司。

TI級聯方案---毫米波成像雷達系統的開辟者

在TI公司早期推出的毫米波雷達芯片AWR1243中通過發射FMCW信號來探測目標的距離和速度，而使用時分波形的方式將三個發射和四個接收構成的12個虛擬通道來探測角度，然而受限于角度分辨率，其獲取的目標信息有效。而TI公司于19年推出了自己的毫米波雷達系統級聯方案，通過將四個三發四收的單個MIMO芯片級聯方案可以構成12發16收的MIMO雷達陣列，此時雷達系統的虛擬通道數可從12提升到了192，該方法可以極大的提升了雷達系統的角度分辨率。在圖1所使用的級聯雷達系統中水平角度分辨率可達到1.4°，俯仰角度分辨率可達到18°的效果。

目前國內有不少廠商依托于TI成像雷達系統的級聯方案進行系統改進，以達到更好的角度分辨率，級聯方案來搭建成像雷達系統已成為當下的主流技術。

Arbe毫米波成像雷達系統---超大陣列和專用處理器方案

除了TI公司開發的級聯雷達系統方案，以色列Arbe公司開發出了目前最大的48發48收級聯雷達系統方案，其虛擬通道數可以達到驚人的2304，大大的提升了毫米波雷達系統的角度分辨率，與此同時隨著虛擬通道數的增加，傳統的處理器無法解決毫米波雷達系統信號處理和數據處理，Arbe公司也推出了自己的專用毫米波雷達處理器芯片，使得毫米波雷達系統的集成度更高，數據處理更加高效。圖2中為Arbe公司成像雷達系統實物圖，從圖中可以看出該成像雷達系統采用口字型陣列來設計MIMO雷達，可同時在水平維度和俯仰維度探測目標。圖3中為Arbe公司雷達專用處理器框圖，從其展現的框圖中可以看出，在該專用處理器中增加了其獨有的雷達信號處理硬件加速模塊，以更好的解決成像雷達系統中數據高吞吐量的問題。

從Arbe的技術方案中可以看出，超大規模的MIMO陣列將可能是一種技術趨勢，而在使用超大規模MIMO陣列后需要考慮產生的海量數據如何有效處理的問題，因此專用的成像雷達系統硬件加速模塊是需要的，關于這點國內還比較空白。

Uhnder公司---PMCW雷達的領跑者

不同于傳統FMCW信號波形，Uhnder公司采用的PMCW波形通過多天線同時發射正交相位編碼信號的方式來探測目標的距離和速度，該方案不僅可以探測更遠距離，同時在有效探測目標的同時可以有效的抗除雷達與雷達之間的相互干擾。在19年的ISSCC論文[1]中Uhnder公司已經發表了其相關研究成果，在單科芯片中集成12發16收的雷達陣列。

總結以上公司的技術演進路線，我們可以發現在4D毫米波成像雷達系統存在以下亟需解決的技術難題：

(1)、成像雷達系統的陣列設計問題

在4D毫米波雷達系統中，通過MIMO使得系統虛擬通道數得到了極大提升，因此如何設計陣列以達到高精度的角度分辨率成為其中的一個難題。在已有的學術研究中將12個3發4收的MIMO芯片進行級聯，構成36發48收MIMO雷達系統，可達到1728個虛擬通道。通過遺傳算法來設計稀疏陣列，使得雷達孔徑更大，水平角分辨率可達到0.78°，俯仰角分辨率可達到3.6°。可以發現隨著天線數的增多，在未來的成像雷達系統中，其陣列排布和角度分辨率將會得到更一步的優化和提升。

與傳統相控陣雷達相比，MIMO雷達的最大特點在于采用波形分集技術。波形相關系數是表示波形分集的重要參數，MIMO雷達的各天線發射正交信號，波形間的相關系數為0，在空間形成低增益寬波束，接收端通過DBF合成多個接收波束，實現覆蓋大空域的探測。對于MIMO正交波形設計，使用者希望設計的波形盡可能地具備高分辨率、低旁瓣、良好的正交性，目前常用的四種方法為時分復用（TDMA）、頻分復用（FDMA）、多普勒分集復用（DDMA）、碼分復用（CDMA）等。表1中對各類正交波形做了總結，現有的雷達芯片中已經可以支持交替發射TDMA、CDMA和DDMA波形，因此如何復用波形以提升陣列使用效率成為設計者應該思考的問題。

(2)、成像雷達抗干擾問題

隨著車輛使用毫米波雷達系統的增多，雷達與雷達之間的干擾日益嚴重，在相同的中心頻率內使用線性調頻信號，很容易產生相互之間的干擾，為此如何消除系統干擾成為待解決的難題。

為此，不同的公司開發出不同的方案來解決該問題。如圖7中所示，為Arbe公司的波形設計專利中使用多個頻率跳動的窄帶信號合成寬帶信號來規避雷達之間的相互干擾。當然，該方法的正確與否還有待研究與挖掘。

(3)、毫米波雷達專用處理器問題

隨著毫米波雷達系統通道數的增多，傳統的處理器無法滿足毫米波雷達系統大吞吐量數據的需求，因此迫切需要設計符合大陣列大吞吐量的雷達專用處理器芯片，近年來除了arbe公司提出了自己的專用處理器方案外，也有像NXP這樣的老牌玩家在設計相關的雷達專用處理器模塊。

4D毫米波雷達的深度學習

4D毫米波雷達相較于傳統的3D毫米波雷達有更豐富的信息，如何有效的將深度學習框架應用到4D毫米波雷達中是自動駕駛性能提升的關鍵技術之一。從傳統3D毫米波雷達的信號處理流程中我們可以看到，頻信號經過ADC后接入毫米波預處理流程，經過距離和速度2個維度的FFT之后，進行CFAR檢測在空間維度上剔除大量噪聲，然后利用第3個維度的FFT來獲取波達角，生成稀疏點云，繼而進行聚類和跟蹤，最后進行目標分類后輸出。

4D毫米波雷達增大了天線陣列，除了能增加高度信息外，還能提供更為豐富的點云信息，當點云信息足夠豐富時，我們可以借鑒激光雷達的信號處理方式，采用類似于Voxelnet、CenterPoint、PointPillar等3D或2D網絡來進行特征提取和識別。

在最新的研究中，也有人提出在進行距離和速度2個維度的FFT之后，不進行CFAR步驟，而直接進行第3個維度的FFT來獲取4D張量信息，然后基于這個4D張量進行特征提取和識別。這種方式可以最大程度地保留有效信息，但是由于沒有進行CFAR步驟，需要處理的數據量非常大，對于系統的帶寬和算力都提出了較高的要求。

毫米波雷達與激光雷達----路在何方？

總體而言目前毫米波雷達系統仍處于百家爭鳴的戰國時代，盡管每家公司的雷達系統方案并不相同，然而都面臨著算法和硬件系統的困境，亟需從算法、芯片和系統層面解決以上問題。

隨著毫米波雷達系統的發展，其角度分辨率會逐漸逼近0.1°，而達到一些低端激光雷達的效果。不同于激光雷達系統直接對點云數據處理的固定方式，4D毫米波雷達系統自由的陣列和波形設計提高了系統的使用門檻，但也給了用戶更多的發揮空間。而毫米波雷達系統相比于激光雷達，其波長更長，具有較為適宜的大氣窗口，在全天候方面更具優勢。FMCW在毫米波雷達上的成功經驗已經被借鑒到激光雷達領域，1550nm FMCW激光雷達技術增加了速度維信息，抗干擾能力強，但離成熟商用還有一段時間的路要走。

毫米波雷達產業鏈及市場格局

國內毫米波雷達產業鏈分為三大環節：上游環節主要包括射頻前段MMIC芯片、數字信號處理器DSP、天線高頻PCB以及控制電路等；中游環節主要是從事毫米波雷達生產的企業；下游毫米波雷達主要用于無人機、車聯網、ADAS等領域，國產廠商均有涉獵。比如無人機領域的大疆、航天彩虹等，ADAS的東風、長安等汽車廠商，車聯網的大唐電信、百度等。

毫米波雷達產業鏈：

毫米波雷達整機國外廠商占據頭部位置，但尚未出現壟斷廠商，市場份額分散化分布及車廠分散合作模式給國產帶來機會。

當然這個賽道上也是擠滿了人，和汽車新能源一樣，傳統巨頭們都在做例如Continental、Bosch、Hella、Denso、Aptiv 和 Veoneer，還有不少新勢力殺入例如Ainstein、Arbe、Oculii、RFIsee、Vayyar、Aeres EM、Cognitive、Unhder。中國也不少，例如華為，華域，福瑞泰克，森思泰克，縱目。還有創業的楚航科技，威孚科技。

國內汽車產業的崛起以及車企的多元供應模式給國內相關提供了滲透條件。

2014年起，國內涌現大批毫米波雷達初創企業和相關上市企業，就產品指標而言，國產毫米波雷達與競品相比無太大差別，均滿足車規級要求，但在信噪比、探測精度、良品率等方面仍有一定差異，長期來看存較大進口替代空間。

2019年5月底紅旗HS5搭載的森思泰克77GHz車載毫米波雷達成為國內首個真正實現“上路”的ADAS毫米波雷達傳感器，突破了國際巨頭壟斷。

國內廠商如德賽西威、華域汽車、保隆科技、森斯泰克、承泰科技、楚航科技、隼眼科技、浙江智波、行易到、安智杰和納雷科技等亦有布局。

其中，德賽西威和華域汽車24GHz和77GHz均已量產。德賽西威24GHz用于小鵬、奇瑞等；77GHz已量產，獲自主品牌車企訂單。

一、特斯拉推動的4D毫米波雷達有何不同

外網信息曝特斯拉HW4.0硬件系統配置一枚高分辨率毫米波雷達（可能為高精度4D毫米波雷達），且增加了雷達加熱器，4D毫米波雷達關注度上升。

1、4D毫米波雷達創新之處？

傳統毫米波雷達通過發射調頻連續波（FMCW），利用發射和接收信號時間差可計算出目標距離，通常擁有3D信息集（長/寬/速度）。常規毫米波雷達3T4R天線配置，【華為】4D毫米波雷達采取12T24R大天線陣列（12個發射通道，24接收通道），采取工程化創新堆疊射頻天線組從而形成（長/寬/高/速度）4D數據集。

2、4D毫米波VS.毫米波雷達VS.激光雷達，革誰的命？

①性能：4D毫米波雷達可以cover毫米波雷達的性能，但是只能替代低線束激光雷達（16線），現激光雷達大多128線，堆疊過多射頻天線成本很高且體積大。

②成本：傳統毫米波（2-300元）/4D毫米波（1500元）/激光雷達（1500-3500元，補盲只需1500元）。

該產品主要用在L2+層級上，特斯拉HW4.0有可能前置1顆4D毫米波雷達兼顧毫米波&激光雷達性能，智能駕駛往L3以上智能硬件配置方案還有升級冗余必要性。

3、產業鏈價值分布及相關公司梳理：

毫米波雷達結構可分為射頻前端，信息處理系統以及后端算法。射頻部分占比約40%，其中MMIC（25%）、PCB（10%）、控制電路（5%）。信息處理系統DSP占比10%，后端算法占比最高達50%。

(1） 整機廠商：Arbe（全球4D毫米波雷達龍頭）、經緯恒潤（Arbe合作協議），威孚高科（Arbe合作協議），蘇州豪米波（國產初創公司），聯合光電（4D毫米波雷達研發中）

(2） 高頻高速PCB（世運電路、勝宏科技、滬電股份、深南電路）

(3） MMIC射頻芯片英飛凌全球龍頭，碩貝德（4D毫米波雷達波導天線）

這次，并不是炒毫米波雷達，而是炒與Arbe相關的企業。

二、230221 威孚高科 4D毫米波雷達及公司近況交流

一、公司業務情況

21年 137 億元營收，四大業務板塊。31 家工廠，6 個研發中心。58 年成立從汽車業務起家，98 年拓展汽車后處理業務（威孚力達）。

2010年進軍電機業務（增壓器產品，威孚天力）18 年發布新戰略轉型輪轂電機。21 年布局新能源和智能網聯業務，22 年智能電動和液壓產品，和博世供應動力總成。

96年聯合汽車電子成立合資子公司，98 年擴展后處理業務。2022年 6 月，成立威孚新能源子公司，博世汽車熱管理系統子公司，還和博世在液壓業務進行深入合作。

股權架構穩定，第二股東是博世，其他是公眾。

營收穩定上升，20 年以后連續兩年實現百億元營收，汽車后處理 40%多，氫氣占一小部分。

主要是幾大業務，還布局智能電動、新能源、氫能等。節能減排有 3 塊業務構成，油泵、渦輪增壓、綠色氫能。

智能電動：電機系統和電機零部件，22 年在頭部新能源客戶批量供貨，不斷拓展頭

部新能源客戶，預計 25 年達到 500 萬元規模。東風風神搭載公司輪轂電機。

熱管理系統：通過并購博世項目，產品推進順利，國內外獲得多項目定點。

智能感知核心模組：4D 和 3D 毫米波雷達

艙內業務：汽車座椅 21 年開始布局，商用車小批量生產，向乘用車市場滲透。

其他產品：液壓系統業務，22 年與博世胎壓合作，工業液壓市場化、國產化發展。

業務布局全球化，立足無錫，歐洲、北美業務布局，歐洲比利時、丹麥氫燃料業務，意大利油泵業務，在美國也有業務布局。形成 4 大業務板塊，13 大業務領域。

二、問答

Q：汽車動力系統、新能源、智能網聯布局完善，3-5 年戰略方向？收入結構變化和未來收入體量？

A：轉型定位汽車核心零部件，節能減排、電動化、智能化布局，液壓和工業領域產品與國內很多汽車工程品牌和工程機械等實現協同。

2023 年熱處理、渦輪是公司現有核心業務，行業目前已進入平穩期甚至長期衰退期，公司利用頭部吸收效應，拓展現有產品的生命周期，混動出口有明顯增加，公司有保供能力，下游 OEM 客戶多。

電動：電機零部件、熱管理延展現有業務，電動化 30%的戰略目標。熱管理系統在奧迪、大眾、寶馬、瑪莎、保時捷等車型滲透，客戶體系提升。輪轂電機方面公司合作伙伴 protean市占率第一，國內公司開發東風等兩家 OEM 等合作伙伴。

氫能：通過并購、自主研究布局氫燃料電池業務，幾個基地建設到位，25 年是重要拐點。22 年 9300 萬元收入，今年預計是 14700 萬元營收。德國、美國等都是公司客戶，BOB 在中國有幾條重要生產線。國內以 RBCP 品牌圍繞高壓布局，價格帶覆蓋大，深耕布局氫燃料。液壓：公司目標 all in中國市場，做精益供應鏈，目前 100 億以上規模為博世的。布局思路是上游做供應鏈與博世合作。

智能：車內智能跟博世合作，尋求渠道協同，艙外是雷達，艙內是座椅，開放合作。

智能座艙40%，今年 25 億元營收.零部件 6-9 億元

Q：4D 毫米波雷達進展？業務線起源？主要團隊構成？最新業務進展？

A：18 年進入毫米波領域，率先從 4D 毫米波雷達切入,與 Arbe 合作。博世等合作伙伴深耕3D、4D 毫米波雷達，4D 的 arbe 方案、本土化方案將穩步推進。

4D 雷達價值量 100 多美元。3D 毫米波公司每年賣幾千萬只。

公司商業模式有彈性，與強 OEM、ADAS供應商合作伙伴合作緊密，公司與上下游相互滲透。商業化資源整合。Arbe 國外的方案也與公司合作。公司預計這塊有 1billion 市場規模。

座椅價值量大，智能化后價值量也將上升。液壓：公司有新項目定點，綜合能源目前主要布局雷達、輪轂電機、熱管理、電裝、液壓等幾大業務，圍繞電動化和智能化兩個賽道。電動零部件和液壓走現有客戶延展路線。

Q：4D 毫米波雷達國內市場行業空間？公司定位？客戶拓展方向和技術方向？

A：據羅蘭貝格，4D 有千億元規模。應用場景豐富，包括智能交通。公司在客戶、產品方案全球化布局，4D 目前也得到主流認可。按行業理解，3D 雷達為普通雷達，4D 雷達分為 4D毫米波和 4D 成像，目前主流量產 4D 為第六代，公司偏向于升級版的第七代。公司定位 4D成像雷達，4D 成像是最終趨勢，應用芯片方案解決低功耗、性能、價格等，滿足主機廠需求。4D 有成為主流傳感器的可能。

Q：整車廠主要考量 4D 毫米波雷達的哪些性能項目？通過公司目前與下游客戶的商務交流來看，業務進展如何？如何利用 4D 毫米波雷達方案？

A：行業主要考慮以下方面：

可量產應用的功能。與特斯拉需求不同，蔚小理主導的國內城市 NOA 方案以多融合為主。過去的融合依賴視覺與毫米波雷達，L2 后有激光雷達的加入。但是加入激光雷達無法擴大融合的覆蓋面（本質上都是光學傳感器），所以特斯拉在 21 年取消了雷達。傳統雷達無法解決低分辨率的問題，只能用來做測速。但是新雷達（高分辨率，尤其是 4D 雷達）出來后顛覆了市場，應用價值更大。相對于傳統雷達。對于 L2（或以下級別），4D 雷達覆蓋度更多，并且通過 4D 雷達與視覺目標級的融合，可以降低視覺算力的需求，節約成本；對于 L2+級別，其面臨環境和工況越發復雜，必須提高傳感器的精度 4D 雷達在角度分辨、點云輸出精度等方面有優勢）去覆蓋一些經典的工況（如鬼探頭等）。并且，從傳感器本身迭代路線來看，傳感器也需要不斷升級，提高傳感器的檢測舉例可以大大提升行駛安全性。

現在整車行業以軟件定義的架構發展，傳統雷達對于整車廠是黑盒子。我們的 4D 雷達可以提供更原始、更豐富的信息供主機廠做差異化應用、個性化開發。

安全性角度考慮，我們的毫米波雷達是純固態，機械結構性、穩定性可靠。

目前都是在導入樣車進行試驗完善的階段，還沒到大規模商業化出貨階段，從 3D 到 4D 肯定有一個拐點。等到 L2.5 的場景真正到來之后市場規模有想象空間。目前我們需要踏踏實實完善技術，這樣未來才能不斷構建商業能力、推出多產品方案。

Q：ARBE 與經緯恒潤在國內也有合作，威孚與 ARBE 的合作性質？

A：4D 成像目前提的人還很少，但是市場規模很大，威孚也希望有競爭力的玩家多一些。恒潤是 ARBE 在中國的伙伴之一，恒潤已經上市了，靠賣方案的業務起家，車身、底盤等系統都做，主業還是做系統。恒潤賣現有的 3D 雷達有基礎后，ARBE 與恒潤在港口推了一些示范項目。威孚在智能時代專注做雷達的獨立供應商，我們也希望生態圈豐富一些。

法律上威孚與 ARBE 不能強綁定，紐帶上大家都希望鞏固關系。先進入賽道，再不斷拓展優勢產品、提高競爭力。

Q：特斯拉 4D 毫米波雷達和 ARBE 芯片組都標了 Phoenix，是代表 ARBE 要給特斯拉供貨嗎？ARBE和臺灣的電子廠有沒有類似的戰略合作關系？

A：是敏感信息。只能說方方面面都顯示了4D 毫米波雷達 ARBE 方案的先進性。我們聚焦威孚自身的發展，ARBE 是我們用來輸入加持的一張牌。

不能不負責任地講在其他市場 ARBE 會不會找本土伙伴，ARBE 選擇伙伴大多具有各自的個性化優勢，并不是所有跟 ARBE 合作的伙伴都是基于其方案做整機產品的，但是能說從目前來看我們是他的主要伙伴。ARBE 的方案越多的人做、越多人配越好，因為我們做應用層開發，一些勾兌客戶、融合算法驅動的能力是不可替代的。

Q：市場關注到的（比如特斯拉最新款車型）搭載的是第六代雷達（4D 毫米波雷達）還是第七代雷達（4D 毫米波成像雷達）？

A：內部信息無法透露，但是 4D 肯定（是雷達發展的）方向。整車廠具體車型裝哪一代有各自經濟性與技術性考量。

Q：威孚打算給 ARBE 配置多少資源來做芯片的應用和集成？

A：我們的工程化能力要進一步投入和加強。最近威孚在做一個商業平臺的頂層設計（決定合作伙伴）。再往下的層面，如何整合各方資源也是要解決的問題。在商務上我們也在構建一些強整合市場資源的商務合同。

Q：博世研發毫米波雷達的形式（是否在威孚體系內，還是說各自在自己平臺研發，技術成熟后會合作）？

A：毫米波雷達的研究我們一直在做，這個領域博世是世界第一，所以他一定有自己的研發體系。但是據我們了解博世也面臨著一些在中國本土化的成本與速度挑戰， 這是威孚的契機，我們也在推進本土化的戰略布局與合作方案。蔚來威孚的路是善于合作，在市場上不是誰替代誰，而是大家價值互補，共同享受最大價值。

博世做 4D 成像，我們做 4D 毫米波，主流車型裝哪一個還在等主機廠確認，因為市場沒有到高熱期。甚至在市場來到后，整車廠根據車型不同也會采取不同的硬件。我們與博世相互尊重，一起合作。

Q：4D 毫米波雷達的未來車型配置的生態（只裝 1 個還是裝 5-6 個）？在 25 年和 30 年兩個時間節點會有多少比例車輛裝配 4D 毫米波雷達？

A：滲透率可以參照工信部 L1-L5 在乘用車市場的滲透率。裝配概念（標準化率）中關于雷達的指標在未來會有不同的差異化定義，不是絕對的 5R 概念，而是要完成 360 度的覆蓋即可，不一定非要是 5 個雷達。但是主流的車型未來可能還是符合 5R 的趨勢。

三、230221 對話蘇州豪米波掌門人 會議要點

4D毫米波雷達為智駕硬件性價比之選：

（1）價格：4D成像毫米波雷達在1500-2000元之間，較3D毫米波雷達300-500元價格有較大提升，仍遠低于主流激光雷達價格；

（2）性能：2芯片級聯6發8收配置即可基本滿足主機廠需求，可基本覆蓋低線數激光雷達功能，且受惡劣天氣影響更小，預計將在前向最先配置。

2025年有望迎來進一步平價化，性能將追趕高線數激光雷達：

（1）價格：目前成本主要來自射頻芯片（單/雙/多芯片方案價值差異巨大）、FPGA與板材，供應鏈國產化與通用芯片替代FPGA將有助于毫米波雷達短期內降本，預計2025年將達至低價區間。

（2）性能：隨著CMOS技術發展，4D毫米波雷達有望在性能上追趕激光雷達，成為激光雷達平價替代方案。

4D軟件成本較3D double，主機廠算法支持需求大：

4D毫米波雷達相較于3D雷達軟件開發費用成倍提升。4D上車后，重新訓練前融合與點云數的增加亦將要求供應商為主機廠提供更多技術支持。AI算法受成本限制投入尚少，預計特斯拉等廠商將繼續采用傳統雷達信號處理路線。

審核編輯：湯梓紅