蔚来自研4D毫米波雷达的原理解析

继特斯拉自研4D毫米波雷达后，蔚来也加入了，不过蔚来用的是NXP的方案，性价比要比特斯拉高得多。

图片来源：NXP

毫米波雷达是可靠性最高的传感器，没有之一，必须配备。

4D毫米波雷达主要是增加了高度探测。图片来源：NXP

4D毫米波雷达的原理非常简单，就是将传统的3D毫米波雷达级联，增加通道数，也就是MIMO，多输入多输出系统（MIMO，Multiple Input Multiple Output）原本是控制系统中的一个概念，表示一个系统有多个输入和多个输出。如果将移动通信系统的传输信道看成一个系统，则发射信号可看成移动信道（系统）的输入信号，而接收信号可看成移动信道的输出信号。MIMO雷达的基本含义是 ：雷达采用多个发射天线，同时发射相互正交的信号，对目标进行照射，然后用多个接收天线接收目标回波信号并对其进行综合处理，提取目标的空间位置和运动状态等信息。

MIMO雷达虚拟阵的一个典型应用是用于雷达二维成像 ，雷达二维成像的距离分辨力 主要取决于雷达信号的带宽 ，方位分辨力主要取决于天线的波束宽度。要提高成像的距离分辨力，需要增加雷达信号的带宽是相对比较容易的。而要提高雷达信号的方位分辨力，需要增大天线或阵列的孔径，MIMO 雷达是利用多发多收的天线结构等效形成虚拟的大孔径阵列 ，获得方位上的高分辨力。而这种虚拟阵的形成是实时的，能够避免传统的ISAR成像中存在的运动补偿问题。故MIMO 雷达在成像应用上有其独特的优势。

德州仪器多个79GHz雷达级联响应图

图片来源：德州仪器

上图为德州仪器测试的多片级联雷达（MIMO）的FFT输出图，很明显通道数越多，精细程度就越高。

2发4收MIMO雷达

图片来源：麦姆斯

2发4收MIMO雷达就是8通道，5发8收就是40通道，一般传统毫米波雷达是3发4收，两个级联就是6发8收，即48个通道。而全球目前最顶级的毫米波雷达是大陆汽车的ARS540，它4片3发4收的芯片级联，就是192通道。

图片来源：特斯拉

特斯拉用了两颗3发4收雷达收发器级联，大概率是德州仪器的AWR2243，也就是48通道，远低于大陆汽车ARS540的192通道。

NXP毫米波雷达产品线

图片来源：NXP

NXP的设定中，入门级的4D毫米波雷达或者叫图像雷达，是采用4片TEF82XX收发器级联，一片S32R45配合做运算，高端的可采用6-8片TEF82XX收发器级联，需要两片S32R45做运算。

图片来源：特斯拉

特斯拉毫米波雷达处理部分PCB，用了AMD旗下Xilinx的FPGA，型号是XA7Z020-1CLG400Q，内含两个ARM A9核心，130级万门电路，53200个LUT，DSP算力276GMACs，价格大约40-60美元，国内价格比较高，在900-1800人民币之间。还有一片美光的DDR3，容量125MB，型号MT41K64M16TW-107 AUT，价格大约1美元。上方的可能是以太网物理层或者MIPI CSI-2物理层芯片，还有些供电。BOM成本大约115美元，还有5美元的PCB。特斯拉的毫米波雷达大概率是中国台湾广达电脑或和硕代工的。

NXP使用ASIC，价格比FPGA自然要低不少，估计大概是20-30美元。

一个图像雷达的样品。图片来源：NXP

图片来源：大陆汽车

ARS540的天线板，似乎是用了沉金工艺，12发16收，4片MR3003级联。

NXP 4D图像雷达应用框架图

图片来源：NXP

TEF82xx是3发4收，4片级联就是192通道，8片就是768通道，估计和8线的机械旋转激光雷达差不多了。

TEF82xx参数表

图片来源：NXP

图片来源：各公司公开资料

上表为MR3003、TEF82xx与AWR2243主要参数对比，NXP性能略胜一筹，德州仪器的取样频率更高。MR3003是早期产品，早在2016年就有了，大陆汽车的ARS540在2019年初就已经开发完成，只能用MR3003做收发器，不过相信未来大陆汽车会用TEF32XX取代MR3003。大陆汽车的ARS540也没等到S32R45问世，在2019年只能也用FPGA做处理器，因此价格较高。

NXP的S32R45内部框架图

图片来源：NXP

S32R45采用4个A53运算核和3个M7实时运行与安全核。整体达ASIL-B级，MCU部分达ASIL-D级标准。雷达数据处理方面有一个SPT 3.1 @ 600 MHz 集成 DSP 和多线程处理器，一个BBE32 DSP；环境模型方面有一个线性代数加速器，算力有300GFLOPS。接口异常丰富，包括4x MIPI CSI2，PCIe 2 x Gen2/3, 2 lanes， 2 x GbE 10/100/1000 Mbit/s， 8 x FlexCAN with FD。支持AUTOSAR MCAL4.4。达到最高的AEC-Q100 1级标准，即-40 ºC to 150 ºC (Tj) 。

图像雷达可以看到垂直“柱子”，根据高度信息可以轻易判断出什么是建筑物的柱子，什么是人，人的高度一般不超过2.4米。也就是说图像雷达可以识别行人，并且准确度不逊于图像摄像头。

毫无疑问，越来越多的厂家都会自研毫米波雷达，后发者优势明显，性能可轻易超过特斯拉的4D毫米波雷达。

编辑|：黄飞