从传统雷达的国产替代，到4D毫米波雷达的国产超越！
- 来源：盖世汽车
- 2023/5/29 11:53:09
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从L4到L2+，从高调到求稳，智能驾驶正走向一条更加务实的“量产”路。人们不再大谈特谈那些不能落地的概念，反而主机厂、供应链，甚至是消费者，都越来越看重最终的落地与体验。
一个明显现象是，“性价比”受到了极大关注。比如眼下，4D毫米波成像雷达有了和激光雷达平分秋色的态势，且价格又具备一定优势，因而主机厂也不再执着扎堆激光雷达。这给了4D毫米波雷达更多机会。
自去年下半年以来，国内雷达厂商传出4D毫米波雷达获得定点的消息。盖世汽车也获悉，纳瓦电子的4D毫米波雷达拿下了两家主机厂的定点项目。不论从资本还是定点情况来看，4D毫米波雷达的风口都已经来了。
4D毫米波雷达：后来居上
相较传统毫米波雷达，4D毫米波雷达在速度、距离和水平角的基础上增加了俯仰角(高度)信息，角分辨率和精度可以更高，如此一来，便能够准确识别通用障碍物，进而区分目标物体。
与激光雷达一样，4D毫米波雷达也能够生成目标物体的点云图。正因如此，业内不乏有“4D毫米波雷达可以取激光雷达而代之”的观点。“在L2向L4进阶的过程中，高性能的4D毫米波雷达能够覆盖一部分32线、64线激光雷达的作用。”纳瓦电子执行总裁李建林如是说。
由于4D毫米波雷达继承了传统雷达的全天候、不受天气影响等特性，在某些应用中，其性能表现要优于激光雷达，体积也可以做到更加轻量化。但李建林也指出，更高级别的智能驾驶系统，其本身需要多传感器的融合感知。
这和NXP的观点不谋而合。对于L3及以上智能驾驶功能的实现，摄像头、毫米波雷达和激光雷达并不存在“谁替代谁”的关系，三者之间更多是相互补充，相互冗余，相互配合，从而确保最高的驾驶安全性。
不可否认的是，未来4D毫米波雷达的性能将越来越逼近激光雷达。一方面，通过前端射频芯片MMIC级联创造更多的天线虚拟通道，提供点云数据的能力增强，识别物体的能力就会更加精准；另一方面，行业正试图从天线领域找到进一步提高分辨率的办法。
要知道，4D毫米波雷达的分辨率归根究底取决于天线孔径，也就是天线接收或发射信号的有效面积大小。近年来，随着新的雷达方法论的出现，一些研究机构开始尝试利用数学或信号处理技术，在维持雷达体积不变的前提下，突破天线孔径的限制。
不过，李建林直言，“作为一个车用部件，雷达体积不能无限扩大，雷达体积过大就会给安装带来麻烦。”如何更合理且可行地提高雷达分辨率，是行业的一个重要课题。基于此，纳瓦电子推出了“3D空气波导天线”的解决方案。
和3D光刻(可直接光刻3D堆叠芯片)的方法有些类似，3D空气波导天线利用三维空间提升射频前端虚拟通道的孔径，可以达到增强分辨率的目的。这既满足了4D毫米波雷达对小型化的设计要求，又从根本上提高了雷达自身的分辨率。
同时基于空气介质，该技术可以提供更小的插入损耗。
从具体产品来看，NOVA77G-4D-S和NOVA77G-4D-IR车规级雷达有6T8R双级联和12T16R四级联两种架构，可以覆盖角雷达和前向雷达，最远探测距离320米，角度分辨率在1.6°以内，测距精度0.1m。同时其点云输出等效多线激光雷达，可识别180米外10cm高的类易拉罐等静止物体。
可以这样说，纳瓦电子取得今天这样一份成绩，绝不是一蹴而就的。
成立于2013年的纳瓦，2015年便成立了智能驾驶毫米波雷达研发中心，并先后推出多款角雷达和前向雷达量产产品，还布局了面向L2级以上高阶智能驾驶应用的4D毫米波雷达。基于NXP、TI、加特兰三大芯片平台，纳瓦电子已和多家主机厂达成合作。
国产超越的“种子选手”
相比传统毫米波雷达领域对“ABCD”(奥托立夫Autoliv、博世Bosch、大陆Continental、德尔福Delphi)的追赶与替代，在4D毫米波雷达领域，大家谈及更多的是国产超越。
得益于国内智能驾驶产业快速发展，毫米波雷达技术的迭代与升级按下加速键。而高阶智能驾驶渗透率的不断提高，势必将催生大量的雷达需求。这其中，4D毫米波雷达尚处于起步阶段，本土厂商要想抢跑超越，并非没有可能。
但李建林认为，这个“超越”并不意味着外资(品牌)做不出来，或是外资不行了。而是本土厂商在产品性能、产品推出时间以及供应链成本等方面，会比在中国市场的外资同行更有优势。
这个优势，是技术上高了一点，时间上快个两三年，供应链成本的集约度比对方更高一些。因此它不是单纯的某一维度超越，更多代表了一个综合性超越。也是因为这个原因，国内头部的毫米波雷达厂商纷纷杀入4D毫米波雷达赛道，以图更多的增长机会。
如果把角雷达看作是小学阶段，国内已有多家厂商具备了可以规模交付的能力；而前向雷达相当于中学阶段，角雷达做不好，要想把前向雷达做好是不可能的。按照同样的逻辑，如果前向雷达没有做好，在4D毫米波雷达的设计研发当中必定会遇到更多困难。
李建林强调称，不管是“ABCD”，还是其他任何一家雷达厂商，都得一步一步向上进阶。“国内具备4D毫米波雷达量产能力的企业并不多。我们跑在前面的，要比同行先了2~3年。”
当然要实现国产超越，不仅要从技术上突围，还要在前瞻性理念上保持先进，让外资成为跟随者。这里就不得不提到纳瓦提出的“4D雷达域系统”的概念。
简单理解，随着3R的智驾系统开始向单车5R的标配方向发展，4D毫米波雷达势必将加快上车。当4D毫米波雷达前端生成的点云数据多了，后端所需的处理能力就要增强。这时，高算力的4D雷达就可以作为管理雷达，对车上其他4颗毫米波雷达进行统筹管理。
过去，毫米波雷达都是各自为政，最多做到两两融合，这对既要管理智驾系统又要负责各传感器融合的域控器来说，有着较高的门槛要求。而基于域系统，4D毫米波雷达可以对多颗雷达的点云数据进行预处理，进而与视觉、激光雷达形成更好地融合，最终实现360°全车感知。
更重要的是，各类传感器数据只有深度融合，才能有效解决长尾难题。就像轻舟智航CEO于骞说的那样，L4 智能驾驶最难实现的部分，在于最后1%的“corner case”。这其实也是现阶段前融合感知面临的一项任务挑战。
做“好雷达”需先修炼内功
尽管如此，要真正做好一款4D毫米波雷达并不是一件容易的事。
在李建林看来，雷达是一个系统，它所反映的都是系统级问题。具体的设计挑战，最终要回到天线设计、波形设计、雷达算法的本质上。
而要说最难的地方，莫过于获得稳定且可靠的雷达信号。雷达信号是仅次于射频前端、后端算法的第三个雷达“大件儿”，是指通过嵌入不同的信号处理算法，提取从前端采集到的中频信号，获得所需的目标信息。
换句话说，如果得不到可靠的雷达信号，就无从谈起高质量点云数据，以及后续的聚类跟踪和目标分类等。作为微波雷达行业的一员老兵，李建林直言，这对纳瓦来说并不复杂。纳瓦电子对于雷达信号的处理实际上已经非常成熟。
“如果厂商对雷达有着深刻理解，又是从事过微波通信的，坦率说，难点其实在于工程化。也就是一代一代做迭代，一代一代解决bug。往往工程化的时间越久，迭代越多，雷达的质量也会更好一些。”他补充说。
除了技术和经验的多年沉淀，纳瓦电子在雷达的生产制造上，同样是丝毫不懈怠。“4D毫米波雷达的生产制造更加复杂，所以要在测试校准上下更多功夫，才能得到更好的一次性直通率。”李建林透露，目前纳瓦4D毫米波雷达的一次性直通率接近98%，属于业内较高水准。
所谓的“一次性直通率”，是指雷达从加工到组装成品一次性标定通过的比率，直接决定了产品的稳定性、可靠性和成本的高低。尤其对一款车规级雷达来说，规模量产的一致性十分重要。另外，雷达在出货前，还要通过震动、老化等全面的检测。
据悉，为了确保万无一失，纳瓦电子会加强出货前的检测，甚至二次全检。
截至目前，纳瓦电子位于上海嘉定江桥的生产制造中心已进入大规模生产阶段，两条全自动化毫米波雷达生产线，配备了ERP、MES系统，年产能108万台，总年产值可达4亿元以上。
未来，纳瓦电子将践行“双中心”战略，在上海和安徽两地同步提升雷达产能，最终建设完成1800万的年产能目标，这个数字有望覆盖300万辆以上的车用需求。预计在明年，纳瓦新的产线将迎来大规模投产。
写在最后
市场研究机构Yole Développement预测，全球毫米波雷达市场将从2022年的18亿美元，增加到2025年的30亿美元。而中国智能驾驶技术先于全球，势必会迎来最残酷的赛事。
“纳瓦必须锁住整个4D毫米波雷达市场30%左右的占有率。”作为国内头部毫米波雷达企业，纳瓦电子致力于成为本土TOP1。一如在采访过程中，李建林始终强调的“机会是留给有准备的人”。只有那些拥有足够技术储备和沉淀的公司，才能从容应对如今这个快速变化的市场环境。行业内卷加剧，唯有不停奔跑。
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