核心结论：
- 调研机构对于4D成像雷达的未来发展普遍乐观，不过目前4D成像雷达装车量还很少，远不如激光雷达。
- 4D成像雷达的几个关键技术趋势：波导天线、集成式SOC、4D成像雷达专用芯片组、4D成像雷达专用软件、雷达算法域集中式部署、持续降本；
- 在成本持续降低的情况下，4D成像雷达专用芯片组方案，未来可能成为4D成像雷达的主流解决方案。
1. 市场趋势
从多家研究机构和智库分析报告来看，对于4D成像毫米波雷达的发展前景，普遍比较乐观。
1.1 全球市场
- 国信证券：到2025年，全球毫米波雷达市场规模将达到384亿元，复合增长率为25.5%。
- Yole Development：2021年车载雷达整体市场为58亿美元，2027年将达到128亿美元，年均复合增长率14%。市场增长主要来自于4D毫米波雷达以及4D成像雷达，市场空间分别为35亿美元与43亿美元，年均复合增长率分别为48%与109%。
图片来源：YOLO
Arbe对4D毫米波雷达的数量和占比份额估计：
图片来源：Arbe
1.2 中国市场
- 高工智能汽车研究院：2023年中国乘用车市场前装4D成像雷达将突破百万颗，到2025年4D成像雷达占全部前向毫米波雷达的比重有望超过40%。
- 亿欧智库：2025年中国车载4D成像雷达市场规模将达到3-4亿美元（约合人民币21-28亿元）。
- 中金公司：未来5年中国4D成像雷达市场规模将迎来加速增长时期，从2022年至2025年，国内4D成像雷达市场的年均复合增长率分别为34%、64%和88%。
资料来源：中汽协，华泰研究
目前，4D成像毫米波雷达价格偏贵，中低端车主要还是以普通3D毫米波雷达为主，高端车更多的装配激光雷达。
待未来价格下降，在中低端车型，4D成像雷达将逐渐替代普通3D雷达，在高端车型，高性能4D成像雷达和Lidar将会共存，互为补充。
不过，虽然研究机构比较乐观，但是目前4D成像雷达装车量还很少，远不如激光雷达。
根据业内消息，BOSCH、ZF、华为等内部都放缓了对于多级联方案4D成像雷达的开发和推广，同时也有更多的公司投入4D成像雷达的开发，4D成像雷达技术还需要持续论证和市场检验。
2. 配套车型
2.1 上汽飞凡：R7
应用产品：ZF FRGen21 PREMUIM
安装数量和位置：2颗，前后各1颗。
2.2 路特斯：Eletre，Emeya
应用产品：福瑞泰克FVR40
安装数量和位置：2颗，前后各1颗
2.3 长安深蓝：SL03
应用产品：森斯泰克STA77-6，车型发布时间：2022.07.25
安装数量和位置：前向1颗
2.4 理想：L7
应用产品：森斯泰克STA77-6
安装数量和位置：前向1颗
2.5 蔚来：ET9
应用产品：赛恩领动
安装数量和位置：前向1颗
2.6 宝马：iX 纯电动SUV
应用产品：大陆ARS540
安装数量和位置：前向1颗
2.7 特斯拉
应用产品：自研
安装数量和位置：前向1颗
2.8 Fisker：Ocean
应用产品：麦格纳ICON数字雷达（Uhnder），车型发布时间：2022年12月
安装数量和位置：前向1颗
2.9 大众：ID Buzz
应用产品：Mobile的4D成像毫米波雷达
安装数量和位置：前向1颗，角向4颗
前雷达：
角雷达：
10. 其他（未明确车型）
还有许多车型的定点信息，暂时统一汇总在这里，待有进一步详细信息披露之后再展开。
- 森斯泰克：角成像雷达定点红旗项目。
- 弗迪科技：2023年公司4D成像毫米波雷达等产品陆续量产。
- 华域：4D毫米波雷达实现对友道智途小批量供货。
- 纳瓦电子：4D成像雷达已拿下两家主机厂的定点项目。
- 福瑞泰克：FVR40定点红旗项目。
- 行易道：双片级联式4D成像毫米波雷达在2022年获得韩国知名车企定点，在2023Q2实现量产交付。
- 复睿智行：哥伦布系列2023Q3量产，毕加索4D成像雷达计划于2024Q2量产商用。
- 傲图科技：首款4D成像雷达已实现交付。
- 欧菲光：采用Uhnder方案，交付中科云杉数字感知雷达传感器解决方案。
- 楚航科技：采用Uhnder方案，2023 年底实现规模化量产。获得苇渡科技量产定点项目，预计2024年量产交付。
- 威孚：与Arbe合作，4D毫米波雷达产品已获取干线物流定点项目。
- 木牛科技：第三代4D成像雷达-I79据悉获得了国内某头部车企平台定点。
3. 技术趋势
3.1 波导天线
波导天线在未来有可能有更多的应用。
参考：九章智驾
对于采用微带阵列天线的毫米波雷达，如果是24GHz频率，微带天线损耗小，天线增益还可以满足要求。但采用77GHz频率时，微带天线的损耗会明显增大。对于4D成像毫米波雷达，问题更为突出，表现在：
- 由于天线数量更多，在大角度时天线增益的衰减更大。
- 由于射频链路的设计和天线馈线走线更为复杂，天线阵列一致性较差的问题更为突出。
- 由于天线阵列只能在X-Y方向布局，从而导致雷达面积过大、成本显著增加、整车布置困难。
波导天线可以在X-Y-Z三个方向进行布局，天线的损耗更低、设计更加紧凑、缩小天线和雷达面积，能够实现更高增益的天线设计，并且实现更高效率的馈电网络，从而进一步提升雷达测距和测角分辨率性能。
不过，波导天线对于加工精度要求高，开发成本和器件成本均较高。
案例：
大陆ARS540采用的波导腔体天线：
图片来源：赵孔瑞
安波福4D毫米波雷达采用的空气波导天线：
领瞳科技首创的“准空气集成波导（AIW）天线”：
图片来源：领瞳科技
3.2 集成度更高
MMIC已经进入CMOS工艺时代，并且MMIC、DSP、MCU集成为SOC的趋势明显。
MMIC工艺的发展历程：
1）GaAs 工艺时代（1990 年-2009 年）：早期 PCBA 上大部分的器件都可以使用硅来制造，只有射频部分没有办法使用，主流都是采用砷化镓（GaAs）的工艺来制造；由于砷化镓工艺所需要的材料比较稀缺，不管是材料成本和制造成本都比较高，对于生产线的要求也很高。因此在 2009 年之前，毫米波雷达中的前端射频芯片最初也是使用的 GaAs 工艺，而且集成度很低，一个毫米波雷达需要 7-8 颗 MMICs、3-4 颗 BBICs。
2）SiGe 工艺时代（2009 年至今）：SiGe（锗硅）噪声低、动态范围，并且集成度和良率高，成本低。从 2009 年开始 SiGe 工艺逐渐代替 GaAs 工艺，毫米波雷达前端射频芯片的集成度大幅提升，一个毫米波雷达只需要 2-5 颗 MMICs、1-2 颗 BBICs，毫米波雷达整个系统成本降低50%。
3）CMOS 工艺时代（2017 年至今）：最初 CMOS 工艺没法用在毫米波雷达芯片，是因为不能工作在高频中，以 180nm 为例，SiGe 可以工作在 180GHz 以上，而 CMOS 工作频率只能达到 40GHz；直到 2010 年工艺进步到 40nm，才使得 CMOS 用于 77GHz 毫米波雷达成为可能。由于 CMOS 晶圆价格便宜且集成度非常高，一个毫米波雷达只需要 1 颗 MMIC芯片、1 颗 BBIC 芯片。甚至，将MMIC、DSP、MCU集成为了一个SOC，例如TI的AWR2944、加特兰的Andes系列，NXP 正在研发的SAF85xx等。
资料来源：加特兰微电子，Yole《Automotive Radar Comparison 2020》，华泰研究
CMOS 工艺处理速度更快，相对成本更低：
来源：MEMS公众号
3.3 4D成像专用芯片组
采用传统多片MMIC级联方案的4D成像雷达，无法通过更多芯片堆叠，来实现更高的探测性能，并且芯片数量多，成本较高，功耗高，尺寸大。
近些年来，通过研发新的4D成像雷达专用芯片组，将多发多收MMIC和处理器集成在一套专用的芯片组中。提升集成度，缩减尺寸，同时通过专用芯片，实现更加灵活的调制方式和架构，能够实现更大的雷达孔径，4D成像性能更高。采用该方案的代表企业有Arbe、Uhnder、Vayyar、Mobileye等。
Arbe芯片组
相对于大陆、ZF同类产品，Arbe、Uhnder、Mobile等公司的产品性能有更大的优势，如果产品价格能够降低到前者相同甚至更低的价格，在市场上将极具竞争力，可能会成为未来4D成像雷达的主流方案。
3.4 4D成像专用软件
4D雷达算法开发难度大，存在软硬件解耦趋势。雷达厂商提供硬件，算法公司提供软件，尤其当雷达算法运行在域控中时，这种可能性更大。 目前已经有几家专门开发4D成像雷达软件的公司，例如：傲酷、Zadar、BlueSpace等。
Zadar的4D成像雷达软件解决方案：
ZaDar 4D成像雷达算法
3.5 域集中计算
4D成像雷达数据处理工作量大幅增加，对算力需求增加。一般情况下，24GHz 雷达算力要求一般在 1GFlops 以下，77GHz 普通 3D/4D 雷达算力要求 15-20GFlops，4D 成像毫米波雷达算力要求在 350GFlops 以上。
未来越来越多的计算任务，将从毫米波雷达处理器转移到智能驾驶域控制器上进行计算。终极形态下，雷达算力集中做基础信号处理算法甚至只收集原始数据，而雷达信号及信息处理、AI算法在域控制器上运行。
图片来源：川速微波
MMIC和处理器彻底分离，将雷达处理算法放在算力更强的域控中，雷达成为仅含有MMIC的“雷达头”。
示意图：
资料来源：《What does sensor fusion mean for the future of radar?》（Gideon Kedem）
雷达算法放在域控的主要优势：
- 由于可以使用更高的处理器算力，可以使用性能更高的雷达信号处理和数据处理算法，帧率更高，同时提升雷达性能，例如将角分辨率由1~2°，提升到0.5°，甚至更高；
- 类似于视觉中的“BEV”，多个雷达原始信号可以统一处理，消除目标在不同雷达FOV边缘时的跟踪中断，降低误报和漏报。
- 可以根据根据车辆工况，更高效分配算力资源。例如高速行驶时，算力向前雷达信号倾斜，实现更远，精度更高的探测；在城市低速工况时，算力更多的兼顾给侧雷达信号，更好的进行近距离的目标感知。
- 数据统一在域控中处理，能够更方便的将雷达原始信号、视觉图像、激光雷达点云进行前融合，提升整体感知性能；
案例：
安霸/傲酷的“Centrally Processed 4D Imaging Radar”在CES 2024中获得创新奖：
行易道在CES2024中，发布了4D毫米波成像多雷达环视SLAM产品，并预告新一代毫米波雷达的技术参数达到0.1°角分辨率和每秒5万点云。
领瞳科技基于黑芝麻智能华山二号A1000芯片，推出了4D雷达中央计算系统，将雷达原始数据在域控制器中进行统一处理。
纵目也在基于SDR2.1开发毫米波雷达中央处理系统，采用ETH传输点云或者1DFFT数据，在域控里面做集中的点云处理。
3.6 持续降本
随着毫米波雷达出货量的提升，成本降低是一个持续的趋势。
资料来源：东方中科公众号
随着产量上升、芯片集成化、国产化，4D 成像毫米波雷达成本有望持续降低。
（1）算法：随着4D成像毫米波雷达出货量的提升，算法成本边际成本将快速下降。
（2）MMIC&数字信号处理器：多级联方案由于需要更多MMIC芯片和更强算力处理器，降本空间可能有限。专用芯片组的方式，降本空间可能会更大一些。
（3）高频 PCB：出货量提升，以及国产替代，会逐渐降低成本。
4D雷达的价格趋势：
图片来源：九章智驾
我是雪岭飞花，汽车行业24年开发经验，自动驾驶行业发展的见证者和参与者，自动驾驶感知和控制系统资深专家。
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