剖析華為最新ADS成像毫米波雷達方案
2021-04-26
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華為于4月18日發(fā)布了用于ADS(Autonomous Driving Solution)核心傳感器，成像毫米波雷達。趁熱乎的，我來分析下華為成像雷達方案。華為2019年毫米波雷達項目立項到2021年量產(chǎn)交付，這部分交付的應(yīng)該是傳統(tǒng)毫米波雷達，也就是角雷達，中距雷達（MRR）以及遠距雷達（LRR）。而華為重推的是2022 SOP的成像雷達，我們來看看作為華為ADS核心組件的成像雷達特點，以及技術(shù)評價，順便本文也是成像雷達科普。首先華為采用了經(jīng)典FMCW方案，而沒有采用諸如PMCW，OFDM等方案，路線相對保守穩(wěn)定，這應(yīng)該是技術(shù)調(diào)研后的結(jié)果。大概率采用了級聯(lián)RF-CMOS雷達射頻前端+后端基帶處理芯片分立方案，也就是目前做成像雷達的主流方案，沒有特別的地方。采用遠近掃方案，這是傳統(tǒng)前向雷達的典型方案，只不過傳統(tǒng)前向雷達的遠近掃FoV都比較窄，華為的近距離FoV要寬很多，但是目前成像雷達，比如Conti ARS540能夠?qū)崿F(xiàn)±60°，300m范圍環(huán)境感知，不區(qū)分遠近掃，從華為的產(chǎn)品介紹來看離此水平有提升空間。天線方案也就是收發(fā)通道方案采用了12TX24RX，與目前主流級聯(lián)成像雷達方案的12TX16RX確實不同。也就是接收通道變多了，華為PPT中還特意指出了這一點，較傳統(tǒng)雷達有24倍的提升，較業(yè)界主流成像雷達有50%的通道數(shù)提升。這兩個數(shù)字是沒有錯的，目前傳統(tǒng)前雷達是3TX4RX，虛擬通道是12，12TX24RX，虛擬通道是288，288/12=24。同理，主流成像雷達是12TX16RX，虛擬通道是192，簡單計算可得50%的通道數(shù)提升。需要指出的是，我們設(shè)置更多通道的目的當(dāng)然是提高角度分辨率，包括俯仰以及水平，但是將通道數(shù)領(lǐng)先作為商業(yè)宣傳無可厚非，而作為技術(shù)宣傳就還不夠狠。一方面，我們需要多通道，正所謂巧婦難為無米之炊，如果都沒有多通道，當(dāng)然沒法實現(xiàn)高分辨（軟件算法實現(xiàn)暫不討論）；另一方面，有了多通道，相當(dāng)于賭徒有了一副好牌，廚子有了好食材，但是賭徒有可能將好牌打得稀巴爛，廚子也可能浪費了好食材。意思是如何利用好這288個通道才是體現(xiàn)技術(shù)功力的地方，而不是單單看提升了多少通道。比如這288個通道是否都用于DoA，我猜想這288個通道大概率有一部分用于校準(zhǔn)，實際用于DoA的會低于這個數(shù)字。另外，如何分配水平及俯仰通道數(shù)，如何將角度解模糊設(shè)計考慮其中，同時又要保證天線布局不會使得雷達板尺寸過大等等，華為的方案還要考慮遠掃近掃天線分配，說實話，這塊確實很難，目前還不知道華為如何解決，解決到什么程度，發(fā)布會當(dāng)然沒必要講這些，我們到時候拆個雷達看看布局就好分析了哈哈。另外，PPT中提到，角度水平分辨率為1°，垂直做到2°，我倒是不想只看到這些冰冷數(shù)字，完全可以在標(biāo)定室放些角反射器，這些角反射器同距離，靜止，不同俯仰，不同方位，看雷達能夠分辨的最小角度的統(tǒng)計結(jié)果，能否達到以上指標(biāo)。另外，還介紹了4D點云應(yīng)用，中國場景數(shù)據(jù)優(yōu)化，靈活架構(gòu)（就是融合層次及方案）等信息，說實話，也是中規(guī)中矩，沒有人無我有，眼前一亮的激動，只期華為做到人有我優(yōu)吧。如果對這一部分感興趣，我在公眾號（毫米波雷達技術(shù)雜貨鋪），4D雷達板塊都有詳細論述，感興趣的可以看看。我在毫米波雷達技術(shù)雜貨鋪專欄文章，4D雷達之信號處理架構(gòu)中指出過，高動態(tài)范圍是成像雷達區(qū)別于傳統(tǒng)雷達的核心特征之一，非常關(guān)鍵。華為也關(guān)注了這一點。從發(fā)布會的測試demo視頻也可以粗略看到大小目標(biāo)并行運動點云，不過是否可以穩(wěn)定跟蹤及識別還不能確定。發(fā)布會中還提到了多徑處理，用于非視距感知，能將這一點作為亮點分享的國內(nèi)雷達廠商極少。事實上，視覺方案，激光雷達等傳感器都是視距檢測，也就是如果有目標(biāo)被遮擋，攝像頭，Lidar是沒有辦法感知到被遮擋目標(biāo)的，因為光沒法轉(zhuǎn)彎嘛，但毫米波雷達發(fā)射接收的是電磁波，存在多徑傳播現(xiàn)象，也就是說，部分NLOS電磁波能量經(jīng)前車車底傳播，被前前車反射后又經(jīng)前車車底反射回來被雷達接收。這一點在大陸ARS540公開技術(shù)資料中也有提及，如圖6，相關(guān)非視距傳播技術(shù)比ARS430提升40%。華為成像雷達其他部分，比如護欄識別，垂直測高，遠距高分辨，F(xiàn)reespace，雷達數(shù)據(jù)融合等都屬于業(yè)內(nèi)主流技術(shù)特點，沒太多新意，因為沒有公布更多信息，也沒有辦法進一步評價。此外，更多的涉及成像雷達水平的技術(shù)點也未公開，比如，1 對于288通道，雷達能否可靠自校準(zhǔn)，包括水平及俯仰，這么多通道保證相位不出問題也是很難的，對校準(zhǔn)要求極高，這也是Oculii推它的VAI技術(shù)的原因之一。2 跟蹤方法未提及，目前主要分享了點云信息，目標(biāo)跟蹤方案及效果未知。3對雜點的處理未提及，毫米波雷達的一個嚴(yán)重drawback就是雜點虛警問題，華為在這上面否有獨特的技術(shù)理解還未可知。4 雷達間互干擾，抗雷達間互干擾是后續(xù)雷達部署必須考慮的問題。5 對VRU的識別，傳統(tǒng)毫米波雷達主要應(yīng)用于高速ADAS，基本不用于城區(qū)，那么高速ADAS條件下我們關(guān)心對車輛的穩(wěn)定跟蹤就好了，成像雷達的應(yīng)用面擴展至城區(qū)，道路交通參與者在數(shù)量以及種類上比高速ADAS場景提升了一個數(shù)量級，尤其是道路交通弱勢群體（VRU），包括行人，騎行者，騎電瓶車的人，騎摩托車的人，對這些人的穩(wěn)定檢測，跟蹤，識別是重中之重，我期待華為成像雷達在這方面的表現(xiàn)。6 另外就是量產(chǎn)硬件一致性，穩(wěn)定性，可靠性這些問題。從公開的測試demo以及PPT講解，華為的成像雷達在國內(nèi)基本屬于第一梯隊，但能否在國際上站穩(wěn)腳跟還需觀察，畢竟ZF，Aptiv，Continental等等都是強勁對手。中國毫米波雷達產(chǎn)業(yè)真正起步也就這幾年的事，道路異常坎坷，沖破國外巨頭壟斷也絕非易事。目前角雷達國內(nèi)本土企業(yè)慢慢開始占有一定份額，前雷達依舊任重道遠。事實上，前雷達實現(xiàn)難度遠高于角雷達，而成像前雷達更不是一朝一夕的功夫，所以如果我們看到點云demo就歡呼雀躍，不過是自欺欺人罷了，路途遙遠，同志仍須努力。我到覺得華為后期完全可以自研雷達芯片，發(fā)揮芯片領(lǐng)域，通信領(lǐng)域的優(yōu)勢，從芯片，硬件，天線，算法等各個方面完成跨越式創(chuàng)新，將車載雷達集成通信能力，完成車載通信感知一體化，既能環(huán)境成像感知，又能依靠雷達實現(xiàn)車間，車與路端通信，那就很好玩了，可能頻段是個問題吧。
