智駕方案降本成焦點(diǎn)，毫米波雷達(dá)江湖往何處卷？
如果說，T型車體現(xiàn)了亨利·福特的畢生目標(biāo)——讓普通人也能開得上車。那么如今，毫米波雷達(dá)廠商也將要實(shí)現(xiàn)其在智駕領(lǐng)域的目標(biāo)——讓人人都能用得上智能駕駛。
摘要
從2016年開始的智能駕駛創(chuàng)業(yè)熱，RobotTaxi如日中天，到目前面臨行業(yè)寒冬，裁員、倒閉、市值暴跌等屢見不鮮，代表性事件是谷歌旗下的Waymo正啟動(dòng)裁員計(jì)劃，“自動(dòng)駕駛第一股”圖森未來(lái)（TSP，NASDAQ）其上市至今股價(jià)跌去98%。
確實(shí)，目前以RoboTaxi為代表的自動(dòng)駕駛市場(chǎng)發(fā)展的并不盡如人意。或許答案主要出在價(jià)格方面：高階自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的價(jià)格高昂到超過了其所能提供的實(shí)際駕駛輔助或自動(dòng)駕駛性能，只會(huì)成為馬斯克眼中的“闌尾”。
產(chǎn)業(yè)界和資本界發(fā)現(xiàn)，無(wú)論智能駕駛的故事多么性感和動(dòng)聽，性能和成本才應(yīng)該是當(dāng)下共同的目標(biāo)，尤其在今年OEM降價(jià)潮的背景下。
性能提升：4D成像毫米波雷達(dá)脫穎而出
受到激光雷達(dá)成本太高的限制，4D成像毫米波雷達(dá)（以下簡(jiǎn)稱"4D成像雷達(dá)"）今年一躍成為智能駕駛領(lǐng)域的“香餑餑”。
尤其是當(dāng)馬斯克官宣HW 4.0平臺(tái)硬件上加入4D成像雷達(dá)之后，一石激起千層浪。不少中高端汽車制造商開始將精度更高的4D成像毫米波雷達(dá)納入其感知方案，其中包括比亞迪這樣的大廠。
在討論毫米波雷達(dá)的性能優(yōu)點(diǎn)之前，我們先了解一下它的工作原理，毫米波雷達(dá)是通過向目標(biāo)發(fā)送電磁波，然后接收反射回來(lái)的電磁波，根據(jù)反射電磁波的時(shí)間差，計(jì)算出物體的距離。通過比較發(fā)送和接收電磁波的頻率差，還可以計(jì)算出物體的速度。這是基本的2D毫米波雷達(dá)，能夠測(cè)量出物體的【距離】和【速度】。
3D毫米波雷達(dá)在2D的基礎(chǔ)上增加了方位角的測(cè)量，能夠知道物體在【水平面】上的方向。而4D成像雷達(dá)則在3D的基礎(chǔ)上增加了【高度】的測(cè)量，因此能夠得到物體的完整三維信息，以及物體的速度，這四個(gè)維度數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了4D。
可以看出，對(duì)于4D成像雷達(dá)來(lái)說，在性能方面多了以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：
首先是高精度：在增加了對(duì)高度的測(cè)量之后，4D成像雷達(dá)能夠更準(zhǔn)確地探測(cè)物體，減少誤判和遺漏，從而提高自動(dòng)駕駛的安全性。
其次是高分辨率：在分辨率上，4D成像雷達(dá)已經(jīng)可以逼近16~32線的激光雷達(dá)，能夠更細(xì)致地描繪出環(huán)境中的物體，更適合與深度學(xué)習(xí)框架結(jié)合。
在強(qiáng)抗干擾能力和大探測(cè)范圍上，4D成像雷達(dá)能力也相當(dāng)出色。這主要是因?yàn)楹撩撞ɡ走_(dá)不受天氣和光照的影響，這使得它在惡劣天氣和夜晚都能正常工作，確保自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的穩(wěn)定性；而且不受物體顏色和材質(zhì)的影響，測(cè)距更長(zhǎng)，穿透性也更強(qiáng)。
圖片來(lái)源：IDTechEX Research、網(wǎng)絡(luò)公開渠道
4D 成像雷達(dá)的底層原理和普通毫米波雷達(dá)底層技術(shù)類似，典型的雷達(dá)系統(tǒng)使用一組天線元件，每個(gè)元件都有一個(gè)寬波束。然后，他們可以通過稱為數(shù)字波束形成的過程以數(shù)字方式組合這些以創(chuàng)建窄波束陣列，從而提高最終圖像的分辨率。
3D 和 4D 雷達(dá)之間的區(qū)別在于這些天線元件的排列方式。3D 雷達(dá)系統(tǒng)具有水平排列的天線，而 4D 雷達(dá)具有水平和垂直排列的元件。
4D毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云功能共有三種主流技術(shù)：
第一種是MIMO芯片級(jí)聯(lián)。傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片供應(yīng)商多采用基于79GHz標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片的多級(jí)聯(lián)方式，從而提升功率和角分辨率。
第二種：通過將多發(fā)多收天線集中在一個(gè)芯片中，通過研發(fā)芯片組來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。這種方案其實(shí)與芯片級(jí)聯(lián)類似，但是將天線，MMIC等進(jìn)一步集成至芯片級(jí)別，可以將雷達(dá)進(jìn)一步小型化。
第三種：軟件算法賦能。軟件算法可直接作用在MIMO環(huán)節(jié)，虛擬出更多信號(hào)通道。實(shí)現(xiàn)方式可簡(jiǎn)單概括為：調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅。
總結(jié)來(lái)說，4D成像毫米波雷達(dá)增加了天線數(shù)量與密度，使得角度、速度分辨率均有優(yōu)化，且輸出的點(diǎn)云圖像更加致密，能夠刻畫更為真實(shí)的環(huán)境圖像，可以有效解析測(cè)得目標(biāo)的輪廓、行為和類別，適應(yīng)更加復(fù)雜的道路，識(shí)別更多小物體，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)被遮擋部分的物體及靜止或橫向物體的監(jiān)測(cè)。
成本下降：助力高階智能駕駛普及
隨著新能源汽車智能駕駛滲透率不斷提升，在輔助駕駛方面已難以拉開較大技術(shù)差距，城市NOA（Navigate on Autopilot，高階智能駕駛輔助）成為OEM廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，如小鵬、蔚來(lái)、哪吒、智己紛紛推出各自的NOA產(chǎn)品。因此，2023年被業(yè)內(nèi)稱為城市NOA的落地元年。
2022年11 月 2 日，工信部、公安部印發(fā)《關(guān)于開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車準(zhǔn)入和通行試點(diǎn)工作的通知（征求意見稿）》，這是中央首次針對(duì) L3/L4 級(jí)別自動(dòng)駕駛推出管理辦法，政策也在推動(dòng)高階智能駕駛落地。
根據(jù)《麥肯錫中國(guó)汽車消費(fèi)者洞察》報(bào)告顯示，目前消費(fèi)者對(duì)于高速道路等特定場(chǎng)景下的自動(dòng)駕駛功能有著較高需求。用戶、產(chǎn)品、政策多個(gè)維度都在驅(qū)動(dòng)高階智能駕駛落地。
4D成像雷達(dá)既保留了傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的性能特點(diǎn)——具備速度感知能力和全天候全天時(shí)特性且成本低，也能憑借足夠豐富的信息量去和可見光攝像頭、激光雷達(dá)等傳感器形成融合，助力高階智能駕駛普及。
相對(duì)于激光雷達(dá)，4D成像雷達(dá)角度分辨率已經(jīng)達(dá)到1-2度，基本達(dá)到8-16線激光雷達(dá)的水平，甚至有些達(dá)到32線水平。4D成像雷達(dá)目前價(jià)格200美金左右，激光雷達(dá)高達(dá)500-1000美金。隨著技術(shù)迭代降本、規(guī)模效應(yīng)降本，4D成像毫米波雷達(dá)的價(jià)格可望降至數(shù)百元，有巨大的成本優(yōu)勢(shì)，將對(duì)中、低線束激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)替代。
相對(duì)于3D毫米波雷達(dá)，盡管價(jià)格方面4D成像雷達(dá)比3D毫米波雷達(dá)高2-3倍左右，但4D成像雷達(dá)具有多維度的數(shù)據(jù)、高分辨率、點(diǎn)云圖的高性能優(yōu)勢(shì)，其海量信號(hào)級(jí)信息的釋放，提高了輸出信息的完整性，有利于實(shí)現(xiàn)多傳感器的前融合，更適合與人工智能深度學(xué)習(xí)框架結(jié)合。
因此，在廠商技術(shù)迭代和政策的推動(dòng)下，高階智能駕駛將加快普及，兼具性能和成本優(yōu)勢(shì)的4D成像雷達(dá)將更快實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)上車。而根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，4D雷達(dá)未來(lái)的成本目標(biāo)將是100美元。這意味著，即使是低端車型也很快就能用上L2+級(jí)別的智能駕駛解決方案。
圖片來(lái)源：Data Bridge Market Research
1908年，亨利·福特推出了舉世聞名的T型車，一舉開創(chuàng)了汽車時(shí)代和福特公司的新紀(jì)元。實(shí)際上，T型車的誕生不僅僅是一種車型或者設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，更是汽車生產(chǎn)方式乃至大工業(yè)生產(chǎn)方式上具有劃時(shí)代意義的創(chuàng)新。
如果說，T型車體現(xiàn)了亨利·福特的畢生目標(biāo)——讓普通人也能開得上車。那么如今，毫米波雷達(dá)廠商也將要實(shí)現(xiàn)其在智駕領(lǐng)域的目標(biāo)——讓人人都能用得上智能駕駛。
機(jī)會(huì)：本土供應(yīng)鏈崛起，進(jìn)口替代與海外市場(chǎng)存在長(zhǎng)期機(jī)遇
根據(jù)Yelo 的預(yù)測(cè)未來(lái)全球4D毫米波雷達(dá)的市場(chǎng)在2027年達(dá)35億美元。眼看數(shù)百億級(jí)的市場(chǎng)近在眼前，資本也對(duì)毫米波雷達(dá)廠商屢屢拋出橄欖枝，今年以來(lái)就有數(shù)家毫米波雷達(dá)新秀拿到融資：
比如蔚來(lái)資本、北京小米智造基金在今年四月份投資了4D成像雷達(dá)初創(chuàng)企業(yè)賽恩領(lǐng)動(dòng)；同樣在四月，早期研發(fā)4D高精度成像雷達(dá)的企業(yè)牧野微電子，也宣布完成億元Pre-A輪融資。
早在2019年，全球毫米波雷達(dá)領(lǐng)跑者木牛科技率先將4D雷達(dá)前裝給全球頭部機(jī)械車輛制造商Bobcat，并獲得Bobcat對(duì)美國(guó)子公司Ainstein戰(zhàn)略投資。木牛科技從此打開全球智駕市場(chǎng)的商業(yè)化局面，開啟了國(guó)產(chǎn)雷達(dá)替代國(guó)際大廠的征程。今年2月，木牛科技再次宣布完成C輪數(shù)億元融資，并拿到多家頭部車企的前裝車型定點(diǎn)。
4D成像雷達(dá)賽道迎來(lái)強(qiáng)勁風(fēng)口，但這塊的技術(shù)門檻非常高，不是短期就能做好的。它需要多年開發(fā)經(jīng)驗(yàn)來(lái)部署復(fù)雜的射頻排布和疊層、高速車規(guī)級(jí)數(shù)字信號(hào)鏈路、多芯片集成排布堆疊、天線布局與優(yōu)化、射頻降噪處理技術(shù)、抗干擾設(shè)計(jì)，以及大計(jì)算量的并行軟件設(shè)計(jì)等。
4D成像雷達(dá)量產(chǎn)要求是小型化、輕量化、低成本，這還需要可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)、靈活的硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)需要保證垂直方向角度分辨率、遠(yuǎn)近距離雙區(qū)域模式探測(cè)，以及復(fù)雜而全面的軟件算法設(shè)計(jì)。
對(duì)于雷達(dá)廠商來(lái)說，機(jī)會(huì)往往與挑戰(zhàn)并存，競(jìng)爭(zhēng)如今也進(jìn)入到了“白熱化”階段。
競(jìng)爭(zhēng)聚焦點(diǎn)來(lái)自以下幾個(gè)方面：
1. 技術(shù)方案的選擇：在整機(jī)/解決方案供應(yīng)商方面，目前傳統(tǒng)Tier1普遍采用級(jí)聯(lián)技術(shù)，在4D產(chǎn)品量產(chǎn)方面走在前列，比如博世、大陸、海拉等；新進(jìn)入廠商可以依托專用芯片組和虛擬孔徑方案實(shí)現(xiàn)換道超車，比如Arbe產(chǎn)品通道數(shù)具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。
盡管集成芯片方案能通過將多發(fā)多收天線集成在一顆芯片中，以降低雷達(dá)功耗，但目前業(yè)內(nèi)之所以廣泛應(yīng)用多級(jí)聯(lián)方案，是因?yàn)樵摲桨敢猿墒斓臉?biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片為基礎(chǔ)，產(chǎn)品上市快，安全性也更能得到保證。
2. 體現(xiàn)性價(jià)比的方案搭配能力：毫米波雷達(dá)的差異化不只是在硬件上，其實(shí)真正在于它的模擬和數(shù)字算法的整套體系長(zhǎng)期積累和成熟化的迭代上。智駕系統(tǒng)是通過傳感器組合完成對(duì)周圍環(huán)境的感知，通過多傳感器數(shù)據(jù)融合后進(jìn)而實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、控制決策，因此智駕系統(tǒng)應(yīng)該使用多傳感器進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)不同的方案搭配。簡(jiǎn)單來(lái)說，就是“總有一款適合你”。
以木牛科技為例，木牛可針對(duì)L2級(jí)以上ADAS系統(tǒng)提供兩套5R方案，其中高性價(jià)比版是前向雷達(dá)x1+角雷達(dá)x4；而高階性能版是4D成像雷達(dá)x1+角雷達(dá)x4。無(wú)論哪一種方案，均已達(dá)到業(yè)內(nèi)最佳性能，都能提供點(diǎn)云層級(jí)、目標(biāo)層級(jí)、功能層級(jí)的信號(hào)輸出，幫助客戶和主機(jī)廠快速實(shí)現(xiàn)落地，獲得更好的感知質(zhì)量。
圖片來(lái)源：木牛科技
3. 對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈更深刻的理解能力：對(duì)于4D成像雷達(dá)廠商來(lái)說，現(xiàn)在“PK”已經(jīng)走到了量產(chǎn)階段，主機(jī)廠也將更看重廠商的專業(yè)性和資源投入。毫米波雷達(dá)上車需在探測(cè)精度、頻率、發(fā)射功率等層面符合相關(guān)車規(guī)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。車規(guī)級(jí)芯片在設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)和測(cè)試階段要求更高，開發(fā)周期更長(zhǎng)，這就要求雷達(dá)廠商需與上游芯片廠商有緊密的合作關(guān)系。毫米波雷達(dá)，這場(chǎng)深度融合了技術(shù)、資本、市場(chǎng)和全球化視野的較量已經(jīng)悄然展開。
軒元資本認(rèn)為，車載毫米波雷達(dá)領(lǐng)域本土廠商不僅存在進(jìn)口替代的機(jī)會(huì)，而且在4D成像毫米波雷達(dá)新的技術(shù)路線存在彎道超車的機(jī)會(huì)，有望拿下海外市場(chǎng)。具備技術(shù)實(shí)力、市場(chǎng)洞察力、供應(yīng)鏈管理能力以及國(guó)際化水平的公司最終將會(huì)勝出。
參考文獻(xiàn)：
Towards ADAS to Imaging radar for automotive market and technology trends-YELO。
4D 毫米波雷達(dá):智駕普及的新路徑。來(lái)源：華泰證券。
車載毫米波雷達(dá)及芯片新趨勢(shì)研究。來(lái)源：國(guó)泰君安證券研究。
