一、特斯拉恢复使用毫米波雷达
2022年6月7日，特斯拉向FCC提交了有关毫米波雷达的材料。通常，在美国销售的射频相关产品必须向FCC提交第三方测试材料，以证明符合美国频谱控制规则。这意味着特斯拉不仅没有放弃毫米波雷达，而且还自行设计了毫米波雷达。
事实上，一年前，即2021年 6月3日，特斯拉提交了一份关于毫米波雷达2AEIM-161631的申请，该雷达是一种相对特定的60GHz-64GHz毫米波雷达。这种毫米波雷达的用途目前尚不清楚，从材料供应商那里看，它的主要芯片是德州仪器的IWR6843AOP，它可能是驾驶员生命监测，即监测驾驶员的心跳和脉搏。尽管马斯克表示，他正在拆除汽车的前向毫米波雷达，但从特斯拉车主手册的内容来看，毫米波雷达一直存在，从未被拆除。
在美国地区，2022年特斯拉Model Y车主手册第219页明确规定。
“交通感知巡航控制和自动转向不可用，因为位于车辆前保险杠区域没有雷达或雷达能见度低。您的车辆可以驾驶。只要雷达不可用，交通感知巡航和自动转向将保持不可用。这可能是雪、冰、土或泥等因素造成的临时障碍。如果警报是因为这些临时障碍导致的，车辆可能不需要采取任何措施：在驾驶过程中，该报警情况可能会消失。
正如你所看到的，特斯拉智能驾驶必须配备毫米波雷达。这也是将于2021推出的 Model S Plaid的情况。
图中的[6]代表毫米波雷达，与Model 3一样，Model S Plaid配备了大陆汽车公司（Continental Motors）子公司ASC的ARS-4B，有效射程可达170米。这是一款2014年初推出的产品，非常具有成本效益，已被特斯拉使用。
在同一时期，ASC还推出了有效射程高达250米的ARS-4A，尽管价格稍高。但是，大多数汽车公司都选择了ARS-4A。
根据FCC的惯例，一些信息是保密的，保密限制在六个月后才解除。目前，FCC网站只披露了特斯拉毫米波雷达的测试报告和标签。此时唯一可用的信息是近似参数、3线接入和相当大的电量。特斯拉最初的大陆ARS-4B的功率输出仅为52毫瓦。
特斯拉已经收到了一系列关于幽灵刹车的投诉，其根本原因不是视觉系统，而是毫米波雷达。
毫米波雷达对金属目标很敏感，尤其是人行天桥和路边标志，甚至中央护栏，特斯拉曾多次紧急刹车。特斯拉人工智能项目负责人安德烈·卡帕西（AndréCapasi）在一次演讲中描述了“摄像头+毫米波雷达”技术路线导致的典型特斯拉“幽灵刹车”。
当车辆即将进入桥下时，毫米波雷达检测到“桥”是一个静态物体，但由于它没有足够的分辨率，毫米波传感器无法分辨物体是桥还是车。这就是需要视觉感知来告诉系统这个静态物体到底是什么。但由于相关的毫米波雷达，摄像机在测量前方物体的所有参数时不够准确。如果前方恰好有一辆缓慢减速的车辆（但不足以引起制动），系统会将视觉系统报告的“减速车辆”与雷达报告的“静止物体”相关联，从而导致不必要的制动事件。大多数毫米波雷达都会过滤掉静态目标，以避免鬼制动。但特斯拉使用的ARS-4B最初设计用于工业用途，不过滤静态目标。
还有一个事实，特斯拉出于审美原因，将毫米波雷达隐藏在保险杠内。如果是高质量毫米波雷达，它不会有太大的影响，但ARS-4B是大陆汽车最低端的毫米波雷达。
解决方案很简单：用4D毫米波雷达代替毫米波雷达。
二、4D毫米雷达的发展
由于视觉系统容易漏检，毫米波雷达（过滤掉静态目标）也容易漏检。L3和L2自动驾驶的本质区别在于，前者尽量避免漏检，而后者允许一些漏检。毫米波雷达在距离和速度测量方面远比视觉系统准确可靠，是不可替代的存在。
大陆集团的ARS540和博世毫米波雷达是目前唯一可用的4D毫米波雷达，性能完美。但也有缺点，一个是价格高。大陆集团的ARS4A和ARS4B之间的价格差异不超过50美元。
其次，这两个4D毫米波雷达的缺点是它们的背部隆起，这使得它们太高。这意味着4D毫米波雷达只能在新车上使用，前提是车辆尚未定型，并且可以找到雷达的安装位置。
目前性能最好的4D毫米波雷达：大陆集团的ARS540，背面有一个大凸起因此，特斯拉不得不自己动手，制造自己的毫米波雷达。4D成像毫米波雷达的技术门槛实际上相当低，这主要归功于德州仪器公司。
1、德州仪器
德州仪器公司于2016年底推出了一款基于CMOS工艺的高度集成的77GHz毫米波雷达芯片——AWR1642系列，适用于短距离和中距离场景，它将三个模块（前端MMIC RF、DSP和MCU）集成在一个77GHz毫米波雷达SoC芯片上，大大降低了成本，DSP和MCU模块集成到单个77GHz毫米波雷达SoC芯片中，显著降低了毫米波雷达的成本，并显著降低了车载毫米波雷达硬件开发的难度。
对于近距离场景，TI已经开发了一种集成度更高的芯片上天线（AoP）芯片，该芯片将天线集成到芯片和最困难的平面印刷天线中，使毫米波雷达的价格降到了100美元的水平。与其他雷达芯片制造商相比，TI芯片开发是更加良好的，底层软件开发是完整的，工具链也很容易启动，任何在该行业工作两年的射频工程师基本上都可以单独处理毫米波雷达设计。这催生了大量的毫米波雷达初创公司。
然而，随着时间的推移，TI发现实际上被恩智浦和英飞凌垄断的毫米波雷达芯片组市场没有改变，因此TI采取了不同的方法，推出了4D成像毫米波雷达概念。
基本上，在2018年底，它将提供基于AWR2243的4芯片级联4D毫米波雷达的完整设计，包括最难处理的天线，也被认为能够嵌入4元件串联馈电贴片天线。该算法可用于MATLAB MIMO和波束形成选项，使4D成像毫米波雷达成为一个无技术障碍的交钥匙工程。
2、大陆集团
与此同时，主导毫米波雷达的大陆集团（Continental）也在开发一款4D成像毫米波雷达，2015年，大陆集团实际检测到传统的3D（即速度、距离和方位，这是传统毫米波雷达提供的数据）毫米波雷达已经结束。
ARS540的开发始于2016年，最初的设计使用了恩智浦的两台S32R274，但这带来了一些问题；两个S32R274导致PCB面积对于汽车雷达来说太大，这是为了尽可能小，而前端传感器融合需要相对较高的带宽；大陆集团最初的设计使用了带宽为14.88Gbps的MIPI CSI3，这比我们常用的MIPI CSI2要好，其中S32R274是MIPI CSI2。
但支持MIPI CSI3的芯片非常少。此外，大陆集团希望ADC更精确，以便实现高分辨率，而且两个芯片之间的时钟同步有点棘手，因此大陆集团决定使用Xilinx的Zynq UltraScale+RFSoC系列FPGA。
Xilinx的Zynq UltraScale+RFSoC系列FPGA专为射频领域设计，包含内部超高精度ADC和DAC，可选择12位和14位等级，最多可选择16个ADC或DAC。
通常，由于成本原因，ASIC没有如此豪华的ADC和DAC配置，S32R274仅包含四个采样率为10Msps的12位ADC。
3、恩智浦
在被FPGA取代之后，恩智浦还开始研发4D成像毫米波雷达芯片组。2020年12月，恩智浦推出了S32R45 4D成像毫米波雷达信号处理器和TEF82xx收发器，为未来可能由Infineon和Analog Devices推出的4D成像毫米波雷达芯片组添加了一个选项。
ARS540使用四个NXP 77GHz毫米波雷达收发机（即MMIC）MR3003的四芯片级联，每个MR3003有3个发射和4个接收机，使4个芯片12个发射和16个接收机。
今天，绝大多数毫米波雷达使用一个收发机，通常只有3个发射和4个接收，即只有12个虚拟信道，而ARS540有192个虚拟信道和更高的分辨率。它可以被称为图像雷达。TI的解决方案是相同的，只是MR3003由AWR2243代替，FPGA由TDA2x代替。
除了大陆集团，中国和全球的4D成像毫米波雷达基本上都基于TI的级联解决方案，从低成本的2芯片级联到高性能的4芯片级联。据消息人士透露，华为的12发射器、24接收器4D成像毫米波雷达基于其自己的芯片，该芯片应该是四个3发射器、6接收器收发器的级联，但也可能是德州仪器的AWR1642的六芯片级联，后者是一个2发射器、4接收器。
4、德州仪器解决方案
让我们看看德州仪器的解决方案，它提供了一整套电路图。
德州仪器4D成像毫米波雷达开发板框架图
Texas Instruments 4D成像毫米波雷达采用业内最高质量的Rogers RO3003 PTFE载体板，内置4元件串联馈电贴片天线。
ARS540是唯一一款能够实际测量目标高度的毫米波雷达，即其垂直分辨率仰角更高，为2.3°，远高于德州仪器的解决方案，毕竟大陆集团已经设计了自己的天线，拥有超过20年的经验，而MR3003确实更强。
从这个角度来看，ARS540仍然是世界上唯一的4D毫米波雷达。
当然，如果我们不使用德州仪器的嵌入式天线并自己设计，情况会更好，但这需要很长的研发周期和数千万元人民币的研发设备和设施，而且初创公司肯定不会如此大规模地投资固定资产。
使用ARS540进行高度测量
成像毫米波雷达是什么样子的？
上图取自德州仪器公司开发板手册，是一幅毫米波雷达图像，显示了一辆自行车和一名行人在距离车辆1.5米的地方。如果这是一个普通的3频4接收机单片3D毫米波雷达，那么这辆自行车只能被检测为一个点（如果有的话）。
即使使用毫米波成像雷达，行人也只是一个小点，而普通雷达根本无法探测到它，因为金属对电磁波的反射比人体要好得多。显然，毫米波雷达成像与激光雷达成像是不匹配的。
5、博世
至于博世的第五代毫米波雷达，目前还没有详细信息，但它肯定是一款4D雷达，其性能可能不低于大陆集团的ARS540，后者的带宽为76.065-76.932 GHz，接近900 MHz，ARS540仍为500 MHz。
博世的缺点可能是功耗高，射频输出功率高达5495毫瓦，总功耗估计为20-40瓦。ARS540具有1143毫瓦的RF输出功率。特斯拉的三条线路加起来是356毫瓦，这大概意味着特斯拉在有效距离上有所妥协。
到今年12月4日，FCC将公布特斯拉毫米波雷达内部拆卸的照片，以及部件组成，甚至电路图。
三、参考文献：