【導讀】環(huán)境感知是自動駕駛的核心前提，雷達技術(shù)是ADAS應對復雜環(huán)境的基礎(chǔ)。隨著自動駕駛升級，傳統(tǒng)雷達局限凸顯，4D成像雷達應運而生。本文聚焦4D成像雷達，解答其定義與核心價值，剖析單芯片8x8雷達收發(fā)器（如AWR2188）簡化設(shè)計、提升擴展性及支持衛(wèi)星雷達架構(gòu)的作用，清晰指引其賦能自動駕駛的技術(shù)邏輯與實踐路徑。
圖 1 4D 成像雷達可提供高分辨率數(shù)據(jù)，包括道路上物體的高度
要釋放自動駕駛功能的潛力，需要高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 能夠可靠地收集詳細的環(huán)境數(shù)據(jù)流，包括與其他物體的接近程度、汽車周圍和前方物體的類型（其他汽車、人員、障礙物）以及汽車行駛的速度。
雷達仍是一項基礎(chǔ)技術(shù)，使 ADAS 能夠更好地感知車輛周圍環(huán)境并對其做出反應，尤其是在惡劣天氣條件下，這類環(huán)境不僅會降低駕駛員的視敏度，還會限制視覺和光傳感器的精度。
4D 成像雷達等雷達技術(shù)的創(chuàng)新在支持高分辨率感應的同時添加了垂直角度測量以及衛(wèi)星雷達配置，正加速推動汽車行業(yè)向更高層次的自動駕駛發(fā)展，其分類標準由汽車工程師學會制定。
這些創(chuàng)新和單芯片雷達收發(fā)器可簡化全面、高分辨率雷達傳感的實現(xiàn)，從而以更高的精度跟蹤和識別附近或正在靠近的物體。
什么是 4D 雷達？它對自動駕駛有什么影響？
汽車雷達系統(tǒng)通常在車輛的前后角使用短距離和中距離雷達傳感器來實現(xiàn)盲點檢測、車道保持輔助以及前后側(cè)向來車警示。位于車輛前部的遠距離雷達傳感器可處理自動緊急制動和自適應巡航控制。4D 成像雷達通過添加垂直角度測量功能來擴展 3D 雷達的功能（如 表 1 所示），允許車輛檢測橋梁和隧道等結(jié)構(gòu)的高度。
表 1 傳統(tǒng)汽車雷達系統(tǒng)的核心功能
結(jié)合距離、水平位置和速度數(shù)據(jù)，ADAS 功能可以檢測物體并區(qū)分道路上的碎屑、障礙物、車輛、路面、行人，甚至是蹲在車輛旁更換輪胎的人員。這些感應功能可實現(xiàn)車輛周圍物體的高分辨率可視化 (圖 1)。
除了擴展物體檢測范圍外，4D 成像雷達在精度上也有所提高。與激光雷達或攝像頭不同，4D 成像雷達依靠回聲定位，使用無線電波來確定物體的位置、速度和形狀，從而監(jiān)測環(huán)境和車輛狀況。由于無線電波的波長較長，可以穿透雨、霧和灰塵等顆粒，因此 4D 成像雷達在能見度較差的惡劣條件下具有比激光雷達或攝像頭更好的性能。
4D 成像雷達從多輸入多輸出天線陣列獲取數(shù)據(jù)，便于進行高分辨率映射。由于許多天線向周圍環(huán)境中的目標發(fā)送信號，并接收這些目標反射的信號，該天線陣列會生成點云數(shù)據(jù)，從而改善環(huán)境建模和物體分類的精度。
單芯片 8 x 8 雷達芯片如何簡化 4D 雷達設(shè)計？
實施 4D 成像雷達給汽車原始設(shè)備制造商 (OEM) 帶來了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的雷達系統(tǒng)通常需要級聯(lián)多個芯片，以實現(xiàn)高分辨率成像所需的天線陣列尺寸和通道數(shù)，因此增加了系統(tǒng)復雜性、功耗和成本。這種集成還需要更多的熱管理和更大的印刷電路板尺寸，使得車輛設(shè)計和制造變得復雜。
例如，使用 4 x 4 收發(fā)器實現(xiàn) 8 x 8 配置需要兩個級聯(lián) 4 x 4 收發(fā)器以及 PMIC、額外的外設(shè)和更大的電路板來對兩個 IC 進行布線。這增加了整體系統(tǒng)復雜性、功耗和系統(tǒng)成本。單芯片 AWR2188 收發(fā)器可自行實現(xiàn)此配置，同時僅需將四個 8 x 8 器件級聯(lián)在一起即可實現(xiàn)高達 32 x 32 的可擴展性，顯著降低了系統(tǒng)復雜性。
圖 2 顯示了 AWR2188 收發(fā)器如何從 8 x 8 配置級聯(lián)到 16 x 16、24 x 24 和 32 x 32 配置。這種高水平的可擴展性使 1 級汽車供應商和 OEM 能夠滿足消費者對改進功能和更高自動駕駛水平的需求。
圖 2 具有 AWR2188 4D 雷達收發(fā)器的 8 x 8 至 32 x 32 級聯(lián)配置
級聯(lián)這些器件可幫助設(shè)計人員在 >350m 處實現(xiàn)更高的性能和更精確的遠距離物體檢測（如 圖 3 所示），同時還提供從具有成本效益的獨立實施方案到優(yōu)質(zhì)雷達系統(tǒng)的可擴展開發(fā)路徑。
圖 3 4D 成像雷達可擴大覆蓋范圍
單芯片 8 x 8 雷達收發(fā)器如何支持衛(wèi)星雷達架構(gòu)
為了支持復雜的 ADAS 功能，汽車雷達正在從傳統(tǒng)的邊緣雷達架構(gòu)（在每個傳感器上處理數(shù)據(jù)）向衛(wèi)星雷達架構(gòu)（車輛周圍的雷達收發(fā)器提供原始數(shù)據(jù)以供中央電子控制單元 (ECU) 處理）發(fā)展。
通過衛(wèi)星架構(gòu)的分布式配置，中央 ECU 可以更輕松地構(gòu)建全面的環(huán)境視圖，更大限度地縮小覆蓋范圍差距，而不是像傳統(tǒng)的邊緣雷達配置那樣在邊緣處理數(shù)據(jù)。
在衛(wèi)星架構(gòu)中，中央 ECU 通過其高水平的計算資源最大限度地減少了延時，從而使車輛能夠更快地響應傳感器數(shù)據(jù)。
現(xiàn)代傳感器集成越來越多地使用人工智能和機器學習框架來組合來自成像系統(tǒng)和雷達傳感器等多個輸入源的數(shù)據(jù)，從而通過極少的處理或原始傳感器輸入來提高系統(tǒng)性能。將未過濾的數(shù)據(jù)流傳輸?shù)?CPU，為車隊之間基于軟件的產(chǎn)品差異化和運營適應性創(chuàng)造了機會，這是傳統(tǒng)架構(gòu)無法實現(xiàn)的。
AWR2188 支持兩種架構(gòu)，旨在與行業(yè)領(lǐng)先的處理器生態(tài)系統(tǒng)集成，助力設(shè)計師在設(shè)計更高級別自動駕駛車型時，能夠更輕松地采用衛(wèi)星雷達架構(gòu)。圖 4 是使用 AWR2188 傳感器的衛(wèi)星架構(gòu)方框圖。
圖 1 4D 成像雷達可提供高分辨率數(shù)據(jù)，包括道路上物體的高度
總結(jié)
4D成像雷達通過功能擴展與精度提升，為自動駕駛的環(huán)境感知提供了更可靠的解決方案，是推動自動駕駛向更高層次發(fā)展的核心技術(shù)支撐。而單芯片8x8雷達收發(fā)器（AWR2188）的出現(xiàn)，不僅成功解決了傳統(tǒng)4D雷達設(shè)計中的復雜性、功耗與成本難題，更憑借高可擴展性適配不同級別需求，同時兼容邊緣與衛(wèi)星兩種雷達架構(gòu)，為衛(wèi)星架構(gòu)的落地提供了有力保障。這些技術(shù)創(chuàng)新不僅優(yōu)化了當前ADAS的性能表現(xiàn)，更為自動駕駛車型的軟件差異化、快速響應能力提升奠定了基礎(chǔ)，將持續(xù)加速汽車行業(yè)向高級別自動駕駛邁進的進程，為未來智能出行筑牢技術(shù)根基。
