傳統的毫米波雷達，具有較高的速度和距離分辨率，能夠很容易地識別和區分運動物體，但在靜態物體的探測上卻受到很大的限制，同時也有缺乏測高能力、角度分辨率低、點云稀疏的缺點。尤其不具備測高能力，很難判斷前方靜止物體是在地面還是在空中，在遇到井蓋、立交橋、交通標識牌等地面、空中物體時，無法準確測得物體的高度數據，因而也無法和正常行駛的車輛區分開來，只能統一將靜止點做濾除處理。車輛的停車檢測與靜止排隊檢測一直都是傳統毫米波雷達在交通流檢測領域的難題。

隨著智能交通行業的不斷發展，4D毫米波雷達的出現，能夠全方位提升毫米波雷達的性能。4D雷達的測距、測速、測角精度和分辨率大幅提升，數據精度高，可以達到車路協同的精度要求。加上豐富的點云和測高功能，可以實現精準的人車非分類，實現路口或路段的全息感知。另一方面，豐富的點云和測高功能，使得4D雷達可以將井蓋、交通標識等地面空中物體與被測車輛區分開來，從而實現精準的停車檢測與靜態排隊檢測。

什么是4D毫米波雷達？

4D毫米波雷達，有一個別稱“4D成像毫米波雷達”。可以理解成“4D+成像+毫米波”。4D，說明比普通的毫米波雷達多了一個測量維度；成像，說明可以達到像素級的識別效果；毫米波，說明基本原理仍是“毫米波雷達”。

4D毫米波雷達，新置縱向天線，具備測高能力，在原有的距離、速度、方向的數據基礎上，加上了對目標的高度分析，將第4個維度整合到傳統毫米波雷達中，其實是“3D+1D”的含義，實現了對縱向空間的感知，讓測到的交通數據更為精準。有了高度數據，毫米波雷達的識別能力完全不一樣了，終于可以“睜眼看世界”。

另外，增加天線數量與密度，使得角度、速度分辨率均有優化，且輸出的點云圖像更加致密，能夠刻畫更為真實的環境圖像，可以有效解析測得目標的輪廓、行為和類別，適應更加復雜的道路，識別更多小物體，被遮擋部分的物體及靜止或橫向物體的監測，相對于3D毫米波雷達僅可以測量方位角、仰角和速度這3個數據，4D毫米波雷達可以獲得的數據則更多。

依靠測高能力以及點云圖像，4D毫米波雷達可初步判定靜止物體與車輛的位置關系，避免因簡單過濾靜止信號而造成的安全隱患。4D毫米波雷達有針對性地解決了傳統毫米波雷達的性能短板，是毫米波雷達的主流發展方向。

4D毫米波雷達的技術方案

“如何增加天線數量”是提升毫米波雷達性能的核心所在。市場上有四種主流的解決方案：

① 標準MMIC芯片級聯+MIMO

MMIC芯片（Monolithic microwave integrated circuit，單片微波集成電路）承載雷達收發天線，如恩智浦TEF82xx、德州儀器AWR2243等，一般為3T4R（即“3發4收”）。傳統毫米波雷達基于單顆MMIC芯片設計，天線數量有限，因而探測效果差強人意。

所謂“級聯”就是將多顆MMIC芯片在射頻PCB板上連接在一起，達到收發天線數量倍增的效果。如果將四顆德州儀器AWR2243芯片級聯在一起就能達到12T16R的天線數量。

所謂MIMO（Multiple input multiple output）指的是在不增加接收天線實際數量的前提下，僅增加發射天線數量且巧妙設計其位置，以實現接收通道倍增的效果（增加的接收通道為虛擬通道，無實體天線）。例如在1T2R的基礎上增加一個發射天線，所形成的2T2R等效于1T4R，新增兩個虛擬接收通道。

② 4D成像雷達專用芯片

4D成像雷達專用芯片實質與“級聯+MIMO”類似，但將天線、MMIC等進一步集成至芯片級別，更加順應雷達小型化趨勢。這條路線的代表廠商包括Arbe、Vayyar、Uhnder等初創企業。

③ 軟件算法賦能

“軟件定義雷達”，軟件算法可直接作用在MIMO環節，虛擬出更多信號通道。Oculii傲酷雷達是這一路線的代表企業，根據公司介紹，其自研的虛擬孔徑成像技術可在MIMO的基礎上再虛擬出10-100倍虛擬通道。實現方式可簡單概括為：調頻、調相、調幅。通過調頻，動態調整探測距離；通過調相，例如在360°相位中每36°切分一次，便可新增出10倍的虛擬通道；通過調幅，主動根據行車環境（如高速環境、城市環境）調整幅度大小，具備自適應能力。

④ 超材料路線

超材料是根據人們跟物理特性需要特殊合成的材料，具有天然材料所不具備的物理屬性。超材料路線的代表廠商包括Metawave、Echodyne等，專注于天線材料方面的革新。以Metawave為例，其WARLORD產品采用超材料天線，通過控制電壓可定向操控電磁波束，提高探測精度。超材料是為實現特定性能而量身定制的，因此性能較好。但是目前對超材料的研究仍處于實驗室階段，短期內仍較難實現商業化落地。

4D毫米波雷達未來的潛力

據業內人士分析，4D毫米波雷達的規模化落地即將開始。在市場化方面，目前技術趨于成熟，有許多種創新的算法都在產品化過程中。未來無論是交通信號控制、全息仿真還是車路協同，都越來越依賴精準實時的交通感知數據。4D毫米波雷達市場初具雛形，相信未來它的性能會大大提升，將以高精度的四維檢測能力助力路口和路段的高精度全息感知。最終將以獨特的性能和成本優勢，為未來的交通感知提供高精度、高可靠性、高性價比的感知底座。

據有關研究機構顯示，到2023年，毫米波雷達市場總量將達到206億美元，其中4D雷達或將在今年逐步替代傳統毫米波雷達，有望在2025年達到5.4億美元。

審核編輯 ：李倩

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