出手即王炸，Mobileye推出史上最强4D毫米波图像雷达

2022年CES大展上，Mobileye除了推出Ultra EyeQ和EyeQ6自动驾驶芯片外，也推出全套的传感器，包括4D毫米波图像雷达、Flash激光雷达、FMCW激光雷达，至于摄像头，技术含量低，普通模组厂即可完成。这些产品主要是背靠英特尔强大的研发能力，一出手便是业内最强，增强了Mobileye的整体竞争力。Mobileye只公布了毫米波雷达的资料，Flash激光雷达还未公布，FMCW激光雷达量产还需要时间，我们重点来看这史上最强的毫米波雷达。

通常毫米波雷达因为角分辨率低，为了防止误判导致不必要的误动作，毫米波雷达都过滤了静态目标，有时这会造成事故，特斯拉曾多次撞上静止车辆或障碍物都是如此。目前唯一不过滤静态目标的量产毫米波雷达只有德国大陆汽车的ARS540，用于宝马旗舰电动车iX上，ARS540的分辨率是所有量产毫米波雷达中最高的，不过Mobileye更强。

图片来源：互联网

Mobileye所说的ToF激光雷达可能是Flash激光雷达，因为Flash激光雷达成本低，全固态，过车规极易，特别适合近距离的360度覆盖，之前英特尔推出过摄像头与MEMS激光雷达一体的L515，有效距离不超过9米，主要做室内应用，其本质上还是个摄像头。

图片来源：互联网

上表为常见的毫米波雷达性能对比，特斯拉最新的Model S还是用毫米波雷达，并且会一直用，所谓去掉毫米波雷达根本是无稽之谈，因为只有毫米波雷达才能做到全天候。Mobileye一开始就是最高起点，接收、发射、处理芯片均自己开发，甚至连振荡器都自己做，其他毫米波雷达厂家，包括博世、大陆汽车、电装、安波福等顶级大厂都无一例外是采购NXP或英飞凌的芯片，Mobileye一开始就超过了任何一家毫米波雷达企业。

图片来源：互联网

上图为特斯拉最新Model S车主手册，图中的6就代表毫米波雷达，和Model 3一样，还是大陆汽车下属的ASC的ARS-4B，这是2014年初的产品了，性价比很高，特斯拉一直在用。性能是差了点，最远有效距离为170米，同期推出的还有ARS-4A，有效距离可达250米，不过价格稍高一点，大部分厂家都选择ARS-4A。和ARS-4A一个级别的还有博世LRR4，有效距离也是250米。但国内绝大部分还是用博世的MRR evo14，最远有效距离160米。博世在国内几乎垄断前向毫米波雷达市场，也很少把LRR4向中国区销售，或许是成本因素。

德州仪器的AWR2243是国内众多初创企业打造的所谓4D毫米波雷达用的主芯片。ARS540则是除Mobileye外全球公认最强的量产毫米波雷达，全球唯一真正的4D毫米波雷达。与传统的毫米波雷达相比，新型毫米波雷达水平分辨率有明显增强，4D毫米波雷达的垂直分辨率则大幅增强。

德州仪器在2016年底推出基于CMOS工艺的高集成度77GHz毫米波雷达芯片，其适用于中短距场景的AWR1642系列将前端MMIC RF、DSP和MCU三个模块集成在一个77GHz毫米波雷达SoC芯片上，显著降低了毫米波雷达成本，大幅拉低了车载毫米波雷达的硬件开发难度。针对近距离场景，TI打造了集成度更高的天线片上集成(AoP)芯片，将天线集成在芯片里，将难度最高的平面印刷天线集成其中，让天线工程师无路可走，也将毫米波雷达价格拉低至百元级别。相比其他雷达芯片厂商，TI芯片开发具有傻瓜式的特点，底层软件开发很完备，工具链做的很容易上手。

不过NXP和英飞凌几乎垄断的毫米波雷达芯片组市场格局并未有改变，于是TI另辟蹊径，力推4D成像毫米波雷达概念，基本上在2018年底就提供基于AWR2243的4片级联4D毫米波雷达全套设计方案，包括最难搞的天线也考虑在内，内嵌4-elementseries-fed patch 天线。算法部分则提供MATLAB MIMO和beamforming两种选择，就像交钥匙工程。

AWR2243有两种模式，MIMO下测距精度比较高，垂直分辨率也高，但有效距离近，TXBF下，有效距离可达350米，但垂直分辨率和测距精度差。

图片来源：互联网

   上图是NXP对图像雷达的指标定义，水平0.5度，垂直1度，Mobileye的水平分辨率达到了，垂直还没有。NXP是全球最大的毫米波雷达芯片供应商，77GHz市场占有率超过60%，NXP是毫米波雷达的绝对权威。

图片来源：互联网

ARS540采用4片级联的形式，将4片NXP的77GHz毫米波雷达收发器（即MMIC）MR3003级联，每个MR3003是3发4收，4片就是12发16收，目前绝大多数毫米波雷达都是采用单片收发器，通常只有3发4收，也就是只有12个虚拟通道，而ARS540是192个虚拟通道，分辨率显著提升。

Mobileye不惜成本，发射采用6片4通道芯片，每个通道可控制两个天线阵列，即48个发射通道，接收采用8片6通道芯片，也是48个接收通道，合起来就是2304个虚拟通道。这就是所谓的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2D成像 ，雷达2D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，而这在实际中受到多方面因素的限制，有很大的难度。目前主流解决办法是采用合成孔径技术，在不增加天线物理尺寸的基础上，得到大孔径的阵列。与合成孔径的思想不同，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：互联网

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。

一对发射阵元和接收阵元可以虚拟出一个收发阵元，则对于M发N收的MIMO雷达，发射阵元和接收阵元共有M*N对，即可以虚拟出M*N个收发阵元，其个数一般是远远大于N的，从而实现了阵列孔径的扩展。

2发4收MIMO雷达

图片来源：互联网

在2015年大陆汽车就预感到传统3D（即速度、距离和方位角，这是传统毫米波雷达提供的数据）毫米波雷达已经走到尽头，ARS540的研发工作起始于2016年，最初的设计是使用NXP的S32R274两片，但这带来一些问题，两片S32R274导致PCB面积太大，而汽车雷达是希望尽量小体积的，同时前端的传感器融合需较高的带宽，大陆汽车最初的设计是使用MIPI CSI3，其带宽为14.88Gbps，比我们常用的MIPI CSI2更好，而S32R274是MIPI CSI2。但是支持MIPI CSI3的芯片很少。此外大陆汽车希望ADC (模/数转换)的精度更高，这样高度分辨率才足以实用，并且两片芯片的时钟同步等工作也比较麻烦，最终大陆汽车决定使用Xilinx的Zynq UltraScale+ RFSoC 系列FPGA。Xilinx的ZynqUltraScale+ RFSoC 系列FPGA专用射频领域设计，内部包含超高精度ADC (模/数转换器)和DAC(数/模转换器)，有12、14比特两个档次选择，最多16个ADC或DAC。通常ASIC里考虑成本，ADC和DAC的配置都不会如此豪华，S32R274里只有4个12比特ADC，取样率只有10Msps。

估计ARS540里FPGA的算力为1TFLOPS。

图片来源：互联网

在被FPGA取代后，NXP也开始抓紧研发针对4D成像毫米波雷达芯片组的工作，2020年12月NXP推出S32R45 4D成像毫米波雷达信号处理器和TEF82xx收发器。为4D成像毫米波雷达芯片组增加了一个选择项，未来英飞凌和模拟器件也很有可能推出相关的芯片组。

图片来源：互联网

    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，PCIe2 x Gen2/3, 2 lanes，2 x GbE 10/100/1000 Mbit/s，8x FlexCAN with FD。支持AUTOSAR MCAL4.4。达到最高的AEC-Q100 1级标准，即-40℃ to 150℃ (Tj)。

Mobileye的虚拟通道数多达2304个，毫米波雷达最大运算量是FFT（Fast Fourier transform，即快速傅里叶变换），这是一种典型的浮点运算，DSP或FPGA是最适合的运算芯片，不过Mobileye的虚拟通道多达2304个，且接收的取样率高达1GHz，通常4D毫米波雷达只有不到200MHz，因此需要大约6-8TFLOPS的算力。如果用FPGA来做，成本会非常高。

    背靠英特尔大树，Mobileye自然选择自己开发后端处理芯片，为了留有足够余量，英特尔开发了算力高达11TFLOPS的处理器，推测应是DSP架构，如果AI加速器那样堆砌MAC阵列，成本将很高。

图片来源：互联网

上图为Mobileye图像毫米波雷达的实际效果，基本上可相当于4线或6线激光雷达的水平。

实际毫米波雷达的难点在生产领域，射频产品的生产，特别是一致性是需要长时间摸索的，这不是坐办公室的博士们能完成的。据说量产毫米波雷达超过20年的博世、大陆之类的团队中掌握核心关键技能的专家不超过5个，均是长期在生产线摸索出来的。

从指标看，Mobileye毫米波雷达是毫无疑问的全球第一，当然，成本也是全球第一。最重要的是Mobileye能否量产。

更多佐思报告

报告订购及合作咨询联系人:  

佐研君：18600021096（同微信）

符先生：15810027571（同微信）

赵先生：18702148304（同微信）

主机厂自动驾驶	汽车视觉（上）	高精度地图
商用车自动驾驶	汽车视觉（下）	高精度定位
低速自动驾驶	汽车仿真（上）	OEM信息安全
ADAS与自动驾驶Tier1	汽车仿真（下）	汽车网关
汽车与域控制器	毫米波雷达	APA与AVP
域控制器排名分析	车用激光雷达	驾驶员监测
激光和毫米波雷达排名	车用超声波雷达	红外夜视
E/E架构	Radar拆解	车载语音
汽车分时租赁	充电基础设施	人机交互
共享出行及自动驾驶	汽车电机控制器	L4自动驾驶
EV热管理系统	混合动力报告	L2自动驾驶
汽车功率电子	汽车PCB研究	燃料电池
无线通讯模组	汽车IGBT	汽车OS研究
汽车5G	汽车线束	线控底盘
合资品牌车联网	V2X和车路协同	转向系统
自主品牌车联网	路侧智能感知	模块化报告
自主品牌ADAS研究	商用车车联网	商用车ADAS
汽车多模态交互	汽车智能座舱	车载显示
Tier1智能座舱(上)	座舱多屏与联屏	智能后视镜
Tier1智能座舱(下)	智能座舱设计	汽车照明
座舱SOC	汽车VCU研究	汽车座椅
汽车数字钥匙	TSP厂商及产品	HUD行业研究
汽车云服务平台		汽车MCU研究
AUTOSAR研究	智慧停车研究	传感器芯片
软件定义汽车	Waymo智能网联布局	ADAS/AD主控芯片
T-Box市场研究	自动驾驶法规	ADAS数据年报
T-Box排名分析	智能网联和自动驾驶基地	汽车镁合金压铸
乘用车摄像头季报	智能汽车个性化	飞行汽车
专用车自动驾驶	农机自动驾驶	矿山自动驾驶
港口自动驾驶	自动驾驶重卡
仪表和中控显示	车载DMS	合资品牌ADAS
800V高压平台	本土品牌环视研究

「佐思研究月报」

 ADAS/智能汽车月报 | 汽车座舱电子月报 | 汽车视觉和汽车雷达月报 | 电池、电机、电控月报 | 车载信息系统月报 | 乘用车ACC数据月报 | 前视数据月报 | HUD月报 | AEB月报 | APA数据月报 | LKS数据月报 | 前雷达数据月报