什么是4D毫米波雷达？

传统的毫米波雷达，具有较高的速度和距离分辨率，能够很容易地识别和区分运动物体，但在静态物体的探测上却受到很大的限制，同时也有缺乏测高能力、角度分辨率低、点云稀疏的缺点。尤其不具备测高能力，很难判断前方静止物体是在地面还是在空中，在遇到井盖、立交桥、交通标识牌等地面、空中物体时，无法准确测得物体的高度数据，因而也无法和正常行驶的车辆区分开来，只能统一将静止点做滤除处理。车辆的停车检测与静止排队检测一直都是传统毫米波雷达在交通流检测领域的难题。

随着智能交通行业的不断发展，4D毫米波雷达的出现，能够全方位提升毫米波雷达的性能。4D雷达的测距、测速、测角精度和分辨率大幅提升，数据精度高，可以达到车路协同的精度要求。加上丰富的点云和测高功能，可以实现精准的人车非分类，实现路口或路段的全息感知。另一方面，丰富的点云和测高功能，使得4D雷达可以将井盖、交通标识等地面空中物体与被测车辆区分开来，从而实现精准的停车检测与静态排队检测。

什么是4D毫米波雷达？

4D毫米波雷达，有一个别称“4D成像毫米波雷达”。可以理解成“4D+成像+毫米波”。4D，说明比普通的毫米波雷达多了一个测量维度；成像，说明可以达到像素级的识别效果；毫米波，说明基本原理仍是“毫米波雷达”。

4D毫米波雷达，新置纵向天线，具备测高能力，在原有的距离、速度、方向的数据基础上，加上了对目标的高度分析，将第4个维度整合到传统毫米波雷达中，其实是“3D+1D”的含义，实现了对纵向空间的感知，让测到的交通数据更为精准。有了高度数据，毫米波雷达的识别能力完全不一样了，终于可以“睁眼看世界”。

另外，增加天线数量与密度，使得角度、速度分辨率均有优化，且输出的点云图像更加致密，能够刻画更为真实的环境图像，可以有效解析测得目标的轮廓、行为和类别，适应更加复杂的道路，识别更多小物体，被遮挡部分的物体及静止或横向物体的监测，相对于3D毫米波雷达仅可以测量方位角、仰角和速度这3个数据，4D毫米波雷达可以获得的数据则更多。

依靠测高能力以及点云图像，4D毫米波雷达可初步判定静止物体与车辆的位置关系，避免因简单过滤静止信号而造成的安全隐患。4D毫米波雷达有针对性地解决了传统毫米波雷达的性能短板，是毫米波雷达的主流发展方向。

4D毫米波雷达的技术方案

“如何增加天线数量”是提升毫米波雷达性能的核心所在。市场上有四种主流的解决方案：

① 标准MMIC芯片级联+MIMO

MMIC芯片（Monolithic microwave integrated circuit，单片微波集成电路）承载雷达收发天线，如恩智浦TEF82xx、德州仪器AWR2243等，一般为3T4R（即“3发4收”）。传统毫米波雷达基于单颗MMIC芯片设计，天线数量有限，因而探测效果差强人意。

所谓“级联”就是将多颗MMIC芯片在射频PCB板上连接在一起，达到收发天线数量倍增的效果。如果将四颗德州仪器AWR2243芯片级联在一起就能达到12T16R的天线数量。

所谓MIMO（Multiple input multiple output）指的是在不增加接收天线实际数量的前提下，仅增加发射天线数量且巧妙设计其位置，以实现接收通道倍增的效果（增加的接收通道为虚拟通道，无实体天线）。例如在1T2R的基础上增加一个发射天线，所形成的2T2R等效于1T4R，新增两个虚拟接收通道。

② 4D成像雷达专用芯片

4D成像雷达专用芯片实质与“级联+MIMO”类似，但将天线、MMIC等进一步集成至芯片级别，更加顺应雷达小型化趋势。这条路线的代表厂商包括Arbe、Vayyar、Uhnder等初创企业。

③ 软件算法赋能

“软件定义雷达”，软件算法可直接作用在MIMO环节，虚拟出更多信号通道。Oculii傲酷雷达是这一路线的代表企业，根据公司介绍，其自研的虚拟孔径成像技术可在MIMO的基础上再虚拟出10-100倍虚拟通道。实现方式可简单概括为：调频、调相、调幅。通过调频，动态调整探测距离；通过调相，例如在360°相位中每36°切分一次，便可新增出10倍的虚拟通道；通过调幅，主动根据行车环境（如高速环境、城市环境）调整幅度大小，具备自适应能力。

④ 超材料路线

超材料是根据人们跟物理特性需要特殊合成的材料，具有天然材料所不具备的物理属性。超材料路线的代表厂商包括Metawave、Echodyne等，专注于天线材料方面的革新。以Metawave为例，其WARLORD产品采用超材料天线，通过控制电压可定向操控电磁波束，提高探测精度。超材料是为实现特定性能而量身定制的，因此性能较好。但是目前对超材料的研究仍处于实验室阶段，短期内仍较难实现商业化落地。

4D毫米波雷达未来的潜力

据业内人士分析，4D毫米波雷达的规模化落地即将开始。在市场化方面，目前技术趋于成熟，有许多种创新的算法都在产品化过程中。未来无论是交通信号控制、全息仿真还是车路协同，都越来越依赖精准实时的交通感知数据。4D毫米波雷达市场初具雏形，相信未来它的性能会大大提升，将以高精度的四维检测能力助力路口和路段的高精度全息感知。最终将以独特的性能和成本优势，为未来的交通感知提供高精度、高可靠性、高性价比的感知底座。

据有关研究机构显示，到2023年，毫米波雷达市场总量将达到206亿美元，其中4D雷达或将在今年逐步替代传统毫米波雷达，有望在2025年达到5.4亿美元。

审核编辑 ：李倩