毫米波雷达系列（六）：4D成像毫米波雷达产品汇总（1/3）
1. 前言
自2020年9月以来大陆推出的成像雷达ARS540标志着从此为止
然而因为高昂的成本以及另一支知名艺人同时崭露头角的原因 在过去两年期间 4D成像毫米波雷达除了一些试装样车上外 并未得到广泛认可 略显沉寂
在2023年初的那个时刻，在毫米波雷达领域突然传来了一则具有重大轰动效应的消息。过去曾对雷达技术持批评态度的特斯拉公司——也就是大家熟知的那个电动汽车制造商——竟然正式推出了第四代（4D）毫米波雷达系统，并完成了全面的合规性测试并提交了详细的技术文档。这一举动使得4D成像毫米波雷达再次进入公众视野，并围绕这一创新技术是否能够取代传统的激光雷达这一话题持续引发关注。
先前的文章对4D毫米波雷达的基本概念及其优劣势进行了阐述。随后的三篇文章将对国内外主要毫米波雷达厂家在4D成像技术领域的布局进行简要介绍，并探讨其 radar 产品的基本方案和主要特点。从市场产品布局的角度出发，探讨4D成像毫米波雷达未来的发展趋势。
- 本次研究聚焦于国际知名长期致力于研发 4 维成像雷达产品的国外厂商。
- 后续研究将深入探讨基于中国本土企业的 4 维成像雷达产品的开发与应用。
- 最终部分将介绍基于新兴技术驱动型 4 维成像雷达产品的新型解决方案及其未来发展趋势分析与展望。
2. 大陆：ARS540
ARS540是大陆第五代长距雷达的高配版本，在宝马的 iX 纯电动 SUV上量产。
常见的是听到有关ARS548的信息。
实际上两者在硬件配置上是相同的，在硬件架构上与前一代产品一致。
基于此，在硬件架构上与前一代产品一致。
此外，通过安装定制化的软件解决方案可以获得多样化的功能支持，并且可以在多种工业环境中实现适应性应用。
2.1 系统架构
- MMIC和天线：4*MR3003（NXP），12T16R，腔体波导天线 。
图片来源：赵孔瑞
- 处理器：XAZU5E
2.2 性能指标
- 间距（跨度、精确度与分辨度）：3 \times 1e^{2} m, 1.5 \times 1e^{2} m, 2.2 \times 1e^{2} m
- 速度（跨度、精确度与分辨度）：-4 \times 1e^{3} km/h至+2 \times 1e^{3} km/h, \pm 4 \times 1e^{-3} km/h, 3.5 \times 1e^{-3} km/h
- 水平角度（正负符号表示的数值及精确度与分辨度）：\pm 5^{\circ}, \pm (4\times{^-}^{\circ})至\pm (5\times{^-}^{\circ}), (\pm (7\times{^-}^{\circ}))至(\pm (8.\wedge{6}^{\circ}))
- 垂直角度（正负符号表示的数值及精确度与分辨度）：\pm9^{\circ},\,\pm(9\times{^-}^{\circ}),\,(\wedge8.\wedge6^{\circ})
2.3 主要特点
AR-540型毫米波雷达是全球首款采用了波导腔体天线技术的四维成像设备。该技术的特点在于能够显著提升辐射效率、扩大探测范围，并使雷达体积大幅缩小。值得注意的是这类技术对制造精度要求较高且成本较为昂贵。
ARS540具备192个虚拟通道，其等效面阵和雨天感知效果如下：
图片来源：叶融茶归
2.4 结构方案
3. ZF：FRGen21
采埃孚的FRGen21 Premium雷达，在飞凡R7首发量产。
3.1 系统架构
- MMIC和天线：4 * AWR2243P，12T16R，微带阵列天线。
- 处理器：XAZU3EG
3.2 性能指标
3.3 结构方案
4. BOSCH：FR5CU
4.1 系统架构
- MMIC和天线：5 * RXS8160PL（Infineon SiGe BICMOS），8T16R，微带梳状天线**。**
- 处理器：2 * TC397（Aurix-2G，L- / XL-Device）
- 电源：2 * RB System ASIC CS520
4.2 性能指标
德国BOSCH采用了Infineon SiGe BICMOS MMIC芯片。相较于TI公司的RFCMOS芯片而言，Infineon的SiGe BICMOS芯片在发送性能方面表现更为出色，在接收噪声水平上更为优异，并且信噪比率更高。
4.3 结构方案
接插件: 8 Pins (AK2) + 2 Pins (H-MDT，以太网接口)
5. 安波福：FLR4+和FLR7HD
5.1 系统架构
FLR4+是2级联版本，FLR7HD是4级联版本。
- MMIC和天线：2 * TEF8232，4 * TEF8232，空气波导天线（SIW缝隙天线）
- 处理器：S32R45
5.2 性能指标
FLR4+：
- 间距（区间、精确度、分辨能力）：
其距为3米至-3米之间，在此基础之上可精确到±12毫米。- 速率（区间、精确度、分辨能力）：
其速率为3米/秒至-3米/秒之间，在此基础之上可精确到±5毫米/秒。 - 仰角（区间、精确度、分辨能力）：
此仰角为±15度，在此基础之上可精确到±半度。 - 水平角：
此水平角为±6度，在此基础之上可精确到约14分之一度。
- 速率（区间、精确度、分辨能力）：
FLR7HD：
- 距离参数包含范围、精度和分辨率三项指标：分别为366米、±[正负]零点零六米以及零点一五米。
- 速度指标同样由范围、精度及分辨率构成：具体数值为每秒三十米正负零点零五米以及零点零六米。
- 角度参数包括仰角与水平角两项内容：仰角的范围为正负二十二度至正负零点二度；水平角的范围则限定在正负六十度至正负一点三度之间。
安波福4D毫米波雷达采用了空气式馈源天线 ，这种设计使得其成为一种常见的选择。如同大陆ARS540所采用的类似方案即为腔体式馈源设计，在这种情况下空气式馈源同样具备较高的辐射效率，并且能够使得雷达设备的整体尺寸更加紧凑。尽管制造成本相较于其他方案略显偏高。
5.3 结构方案
6. 特斯拉
6.1 系统架构
- MMIC和天线：2*AWR2243，6T8R，非均匀稀疏阵，微带梳状天线；
- 处理器：XA7Z020-CLG400（Artix™-7 FPGA，2*ARM A9）；
6.2 性能特点
支持三种不同的扫频模式配置，并且系统能够覆盖的最大工作频率范围达到700MHz（对应平均帧周期约为67ms）。在本系统中设置了8个接收通道，在其中编号为2和3的天线对具有较近的距离关系，在这种情况下其增益较低且波束宽度较大，并主要用于进行近距离目标扫描。其余的六个接收通道采用了间距较大的均匀排列方式，在这种排列下设备能够提供较高的增益水平并具备较窄的波束宽度特性，并主要应用于远距离目标扫描过程
具体检测性能指标还未公开。
6.3 结构方案
雷达有两块电路板，一块是天线板，一块是信号处理板。
天线板：
信号处理板：
该系统通过先进的算法实现了对障碍物的精准探测与识别，在复杂交通场景中表现卓越。
它能够实时捕捉高速移动中的车辆，并通过精确计算确定其位置与速度信息。
值得注意的是，在理论推导的基础上进行过多次实验验证。
该技术不仅提升了安全性还显著减少了能源消耗。
7. 其他
- 海拉：宣布与傲酷携手合作开发4D成像毫米波雷达。
- 维宁尔：与Arbe签署合作协议，并计划致力于共同研发车规级4D成像毫米波雷达。
- 法雷奥：正在考虑基于Arbe雷达芯片研发下一代雷达系统。
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