日前，市場(chǎng)有消息稱特斯拉Robotaxi（自動(dòng)駕駛出租車(chē)）將會(huì)在國(guó)內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，國(guó)內(nèi)廣汽埃安與滴滴也宣布成立合資公司打造Robotaxi，計(jì)劃明年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
作為自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)，傳感器通過(guò)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行偵測(cè)、識(shí)別和跟蹤，為決策層提供準(zhǔn)確和充分依據(jù)，進(jìn)而由執(zhí)行層做出安全操作。
目前市場(chǎng)上汽車(chē)廣泛搭載的傳感器包括攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和超聲波雷達(dá)等，其中特斯拉FSD（Full Self Drive）采用的是純視覺(jué)方案，完全通過(guò)攝像頭和視覺(jué)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，而國(guó)內(nèi)車(chē)企大多采用激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭組成的融合感知方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
但由于攝像頭在低光照或惡劣天氣等環(huán)境條件下視覺(jué)效果會(huì)受到一定影響，導(dǎo)致對(duì)障礙物識(shí)別不準(zhǔn)確，特斯拉在其最新的HW4.0中，保留了雷達(dá)接口和毫米波雷達(dá)加熱器，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)該雷達(dá)大概率為一個(gè)高分辨率4D毫米波雷達(dá)。
相比于激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)具有傳輸距離遠(yuǎn)、穿透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)3D毫米波雷達(dá)分辨率較差，且無(wú)法測(cè)量物體高度，而4D毫米波雷達(dá)不僅在分辨率和精度上更高，還具備識(shí)別物體高度能力。
未來(lái)4D毫米波雷達(dá)有望替代低線束的激光雷達(dá)，從而降低自動(dòng)駕駛成本，根據(jù)辰宇咨詢數(shù)據(jù)，2023年全球4D毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模4.5億元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到156億元，CAGR為65.4%，本文來(lái)對(duì)4D毫米波雷達(dá)行業(yè)進(jìn)行分析。
毫米波雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波（FMCW），利用反射波與發(fā)射波之間時(shí)間差來(lái)計(jì)算目標(biāo)距離，主要由前端收發(fā)模塊、數(shù)字信號(hào)處理單元和接口模塊組成，波長(zhǎng)和頻率分別在1-10mm和30-300GHz之間，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域主要為24GHz、77GHz和79GHz三個(gè)頻段。
其中信號(hào)收發(fā)與處理是毫米波雷達(dá)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，射頻發(fā)射器首先產(chǎn)生電磁波將其發(fā)射，電磁波遇到障礙物后反射或散射形成回波信號(hào)，接收器接收回波信號(hào)，經(jīng)混頻器和濾波器進(jìn)行信號(hào)混合和濾波后，再由后端進(jìn)行調(diào)制調(diào)解等算法處理得到目標(biāo)數(shù)據(jù)。
目前汽車(chē)上搭載的毫米波雷達(dá)主要為3D毫米波雷達(dá)，只能探測(cè)距離、速度和角度三類(lèi)信息，無(wú)法探測(cè)物體高度，不能識(shí)別前方靜止物體是否會(huì)對(duì)車(chē)輛通行造成影響，同時(shí)3D毫米波雷達(dá)信噪比較低，存在大量誤測(cè)。
4D毫米波雷達(dá)增加了俯仰角測(cè)量信息，且角分辨率達(dá)到亞度（＜1°）級(jí)別，相比于普通雷達(dá)4千點(diǎn)/秒的點(diǎn)云數(shù)量，4D毫米波雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)量可達(dá)到3萬(wàn)點(diǎn)/秒以上，通過(guò)輸出大量三維點(diǎn)云清楚呈現(xiàn)出目標(biāo)輪廓，可在300米遠(yuǎn)范圍內(nèi)檢測(cè)、區(qū)分和追蹤多個(gè)靜止和移動(dòng)目標(biāo)。
與激光雷達(dá)相比，4D毫米波雷達(dá)點(diǎn)云密度已與低線束的激光雷達(dá)相當(dāng)，同時(shí)成本僅為激光雷達(dá)的10%-20%，且受天氣影響較小，相較激光雷達(dá)波長(zhǎng)更長(zhǎng)，可穿過(guò)物體探測(cè)到激光雷達(dá)無(wú)法探測(cè)到的前方障礙物。
兩個(gè)點(diǎn)云之間的角度即角分辨率，角分辨率越小雷達(dá)清晰度越高，激光雷達(dá)角分辨率可以達(dá)到0.1°，較4D毫米波雷達(dá)更具優(yōu)勢(shì)，在信道數(shù)量（發(fā)射天線×接收天線）不變情況下，增加毫米波雷達(dá)俯仰角探測(cè)能力會(huì)影響對(duì)方位角探測(cè)能力。
提高4D毫米波雷達(dá)分辨率，需要增大雷達(dá)孔徑，增加天線數(shù)量或改變天線陣列布局，目前行業(yè)主要通過(guò)芯片級(jí)聯(lián)、芯片集成和超材料改進(jìn)天線等硬件方案和虛擬孔徑成像和超分辨率算法提升等軟件方案來(lái)提升4D毫米波雷達(dá)分辨率。
級(jí)聯(lián)即通過(guò)連接多個(gè)實(shí)體天線來(lái)增加天線數(shù)量進(jìn)而提升產(chǎn)品性能，4D毫米波雷達(dá)通過(guò)射頻芯片級(jí)聯(lián)方式增加雷達(dá)收發(fā)天線數(shù)量，還可配合MIMO系統(tǒng)（可增加虛擬信道數(shù)量，增大雷達(dá)孔徑）提高通信容量，進(jìn)而提高雷達(dá)分辨率，改善成像效果。
目前大陸、采埃孚和博世等廠商4D毫米波雷達(dá)采用級(jí)聯(lián)方案，級(jí)聯(lián)方案開(kāi)發(fā)難度小，產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟，但也存在功耗高、尺寸較大和信噪比較低等缺點(diǎn)。
芯片集成方案包括兩條技術(shù)路線，一條是在射頻芯片上集成更多天線，再將射頻芯片進(jìn)行級(jí)聯(lián)，例如Arbe在發(fā)射芯片和接收芯片上集成更多發(fā)射和接收通道，通過(guò)級(jí)聯(lián)形成大規(guī)模虛擬陣列，從而提高雷達(dá)性能。
另一條是將射頻前端與天線和信號(hào)處理器集成在同一芯片上，實(shí)現(xiàn)集成度更高的雷達(dá)芯片，代表公司為Vayyar和Uhnder，其中Vayyar自研的射頻芯片集成DSP與MCU，Uhnder的4D毫米波雷達(dá)上將DSP與MCU等處理單元進(jìn)行集成。
由于芯片集成可減小硬件尺寸，降低每通道成本的同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)較高射頻性能，是未來(lái)發(fā)展方向，但對(duì)處理器要求較高，同時(shí)天線布局、相互干擾和信噪比等問(wèn)題仍有待改善。
早期毫米波雷達(dá)是直接產(chǎn)生感知結(jié)果，如ACC（自適應(yīng)巡航）和AEB（自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)）等僅采用毫米波雷達(dá)來(lái)進(jìn)行對(duì)車(chē)輛和行人進(jìn)行識(shí)別。
隨著汽車(chē)智能化以及自動(dòng)駕駛向更高階發(fā)展，逐漸向多傳感器融合方向發(fā)展，而算法的成熟降低了融合難度。
近年以特斯拉為首的BEV+Transformer算法已由多傳感器目標(biāo)級(jí)融合轉(zhuǎn)向特征級(jí)融合，對(duì)激光雷達(dá)依賴程度有所降低，而4D毫米波雷達(dá)憑借其高精度、低成本和全天候優(yōu)勢(shì)滲透率有望加速提升。
4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游射頻前端組件、數(shù)字信號(hào)處理芯片、高頻PCB板以及控制電路等，中游為雷達(dá)生產(chǎn)商，下游為整車(chē)廠。
其中射頻前端組件MMIC（單片微波集成電路）是毫米波雷達(dá)核心部件，成本占毫米波雷達(dá)比例超過(guò)50%，技術(shù)壁壘較高，市場(chǎng)主要被國(guó)外廠商恩智浦、英飛凌和德州儀器主導(dǎo)，此外還包括Arbe、Vayyar和Uhnder等初創(chuàng)公司。
國(guó)內(nèi)24GHz毫米波雷達(dá)芯片國(guó)產(chǎn)化率較高，77GHz毫米波雷達(dá)芯片加特蘭微電子、意行半導(dǎo)體和碩貝德等廠商已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其中碩貝德已批量供貨華為。
數(shù)字信號(hào)處理芯片供應(yīng)商與MMIC供應(yīng)商重合度較高，主要也包括德州儀器、恩智浦、英飛凌和瑞薩等，國(guó)內(nèi)廠商包括加特蘭等。
高頻PCB行業(yè)市場(chǎng)格局較為分散，集中度低，國(guó)外廠商包括羅杰斯、Isola、施瓦茨等，國(guó)內(nèi)廠商包括生益科技、世運(yùn)電路和滬電股份等。
中游毫米波雷達(dá)行業(yè)市場(chǎng)參與者較多，國(guó)外相關(guān)企業(yè)包括博世、大陸和安波福等，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)包括經(jīng)緯恒潤(rùn)、威孚高科和華域汽車(chē)等。
資料來(lái)源：公司公告，鈦媒體產(chǎn)業(yè)研究部
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