1、4D 毫米波雷達產(chǎn)品特征及應(yīng)用前景分析

1.1 4D 毫米波雷達的功能與特征

4D毫米波雷達在3D毫米波雷達檢測目標3D信息(雷達與目標的距離、相對徑向速度、水平角度的數(shù)據(jù))的基礎(chǔ)上，增加對目標高度（垂直角度）的估計，相比于3D毫米波雷達具有天線數(shù)量多且密度高、輸出的點云圖像密度更高等特征點。

4D毫米波雷達在距離分辨率、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毫米波成像雷達的核心競爭力之一！

4D毫米波雷達與3D毫米波雷達相比的優(yōu)勢如下所示：

(1) 高識別度：更有效”描繪“目標的輪廓，識別目標的類別和行為。更進一步，可識別較小或部分被遮擋以及靜止物體或橫向運動的目標。

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

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

(4) 具備更遠的探測距離：探測距離將提高到300米以上。

1.2 4D毫米波雷達與其他傳感器對比分析

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

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

1.3 4D 毫米波雷達應(yīng)用前景分析

1.3.1 對比3D 毫米波雷達

1.3.1 對比激光雷達

2、4D毫米波雷達技術(shù)發(fā)展趨勢分析

2.1 4D毫米波雷達技術(shù)趨勢總覽

下圖是4D毫米波雷達研發(fā)所涉及到的技術(shù)詳細分類，主要分為四大模塊：前端射頻模塊、數(shù)字信號處理模塊、控制電路、測試與驗證。每個模塊[敏感詞]又細分了很多子模塊，共同構(gòu)建了汽車雷達的技術(shù)棧。

2.2 4D毫米波雷達波形設(shè)計與對比分析

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

對于單個靜止物體測量，鋸齒波即可滿足要求，對于運動物體，多采用三角波調(diào)制方式。之前，在暗室測量大陸548雷達的發(fā)射波形時，發(fā)現(xiàn)調(diào)頻波形有上有下，斜率有正負，我猜測可能是采用的三角波調(diào)制（只是猜測，沒有證據(jù)）。

PMCW （調(diào)相連續(xù)波方案 ）通過多天線同時發(fā)射正交相位編碼信號的方式來探測目標的距離和速度 ，PMCW方案不僅可以探測更遠距離 （有效探測距離可達 500m左右 ） ，同時可以有效抑制雷達與雷達之間的相互干擾 ， 4D毫米波雷達形設(shè)計中 ，PMCW（調(diào)相連續(xù)波方案 ）逐漸嶄露頭角 ，其代表雷達芯片企業(yè)是美國的Uhnder。

2.3 4D毫米波雷達天線陣元設(shè)計趨勢分析

多片級聯(lián)雷達收發(fā)天線大幅增加，若仍采用微帶設(shè)計思路饋走和復(fù)雜度變陣列只能在 x-y方向上布局， 導(dǎo)致雷達面積過大羅杰斯板材使用面積也會變大，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，可以明顯減小雷達面積和體積。

因此，多芯片級聯(lián)技術(shù)方案中，波導(dǎo)腔體天線將成為天線陣元設(shè)計的趨勢，這個非常值得關(guān)注。

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

2.4 4D毫米波雷達信號處理框架變化趨勢分析

雷達信號處理最核心工作：依次完成徑向距離、徑向速度 、方位角的估計問題 （在滿足一定條件下都可等價為各自獨立頻率的估計問題，即線性運算 ），常見的處理架構(gòu)是 range-Doppler-Angle 或range-Angle-Doppler。但是，4D毫米波雷達引入高度信息 、芯片級聯(lián) →信號處理框架更加豐富 （FFT 增加 ），需基于應(yīng)用場景選擇合適的處理框架 。如下圖所示：

4D毫米波雷達信號處理方案設(shè)計以擴展目標為最終結(jié)果 ，而傳統(tǒng)雷達信號處理流程中檢測和測角模塊是以假設(shè)目標為點目標進行設(shè)計的 ，傳統(tǒng)流程無法實現(xiàn)單幀高密度點云 ，需采用全新的雷達信號處理算法流程 ，其中相干 /非相干積累 、 目標檢測 、測角等模塊的算法與傳統(tǒng)算法存在差異 。

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