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4D毫米波雷达:成本能到激光雷达1/10、远期市场450亿的智驾感知层技术路线丨黄金眼
来源:全景财经作者:全小景2023-12-06 20:30

填补3D毫米波雷达巨大缺陷的4D毫米波雷达,有望在智驾时代率先实现规模化量产上车。

01、4D毫米波雷达是什么?

4D毫米波雷达改善了3D毫米波重大缺陷,是智驾感知层技术路线的一支。

实现汽车智能驾驶需要感知层、决策层、执行层三大核心系统的高效配合,其中感知层通过传感器探知周围的环境,目前市场上主流的汽车智能驾驶感知系统包括视觉感知、超声波感知、毫米波感知、激光感知等技术路线。

分支毫米波雷达是通过天线发射调频连续波(FMCW),利用反射回波与发射波的时间差可计算出目标距离。此外,毫米波雷达可也基于多普勒原理,通过发射与反射信号的频率差异可以精确测量目标相对于雷达的运动速度,进一步通过多目标检测与跟踪算法实现多目标分离与跟踪。

多普勒效应示意图 资料来源:中国科普博览网

目前主流毫米波雷达主要功能为测角、测距与测速,故也称之为3D毫米波雷达。此前特斯拉Auto Pilot就是由3D毫米波提供运算支持,但是3D毫米波雷达固有的缺陷为无法测量物体高度,从而使其不能识别前方静止物体是否会对车辆通行产生影响。

除此之外,3D毫米波雷达另一个缺陷是信噪比太低,存在大量误测。当视觉感知结果与3D毫米波雷达的结果发生冲突的时候,通常会屏蔽掉后者,这或是特斯拉Auto Pilot出现多次事故的原因。2021年5月,特斯拉宣布为北美市场制造的Model 3和Model Y将不配备毫米波雷达,Auto Pilot将由摄像头系统提供运算支持。

4D毫米波雷达相比传统雷达,增加了俯仰角的测量信息,并且角度分辨率可达到亚度(<1°)级别,能够通过输出大量的测量点清晰地呈现出目标障碍物的轮廓。4D成像雷达也能通过神经网络技术,根据呈现的点云图像信息,对道路的使用者和障碍物进行目标检测及分类,可在最远300m处检测、区分、追踪多个静止和移动的目标。此外,4D成像雷达在前前车刹车,防止连续追尾以及大光比、恶劣天气等场景下能够保持较好的性能。

资料来源:NXP官网

02、为什么要关注它?

相较于激光雷达,4D毫米波雷达也拥有不可替代的优势,加之成本优势,是有望率先实现规模化量产上车的技术路线。

虽然在点云密度与质量方面,4D毫米波无法与可达到几十万甚至百万点云密度的高线数激光雷达相提并论,其短期难以做到1°以下的角度分辨率,也无法比拟百线激光雷达水平与垂直角度分辨率可达到的0.1-0.2°。

但其未来在分辨率上或可逼近16-64线的激光雷达,而且与摄像头和激光雷达相比,毫米波雷达受天气影响较小,恶劣天气条件带来的环境污垢或水滴折射不会影响雷达工作;同时,4D毫米波雷达能够穿过前方障碍物探测到激光雷达无法探测到的前前方障碍物;最关键的是,4D毫米波雷达拥有很大的成本优势,根据与非研究院披露的信息,激光雷达成本价格在1000美元左右,而4D毫米波雷达成本可以达到约为激光雷达的1/10。

资料来源:飞凡官网、凤凰网

基于毫米波雷达、激光雷达有各自不可替代的优势,因此两者未来有更有可能是互补关系,目前特斯拉Hardware4.0或将搭载4D毫米波雷达,上汽飞凡、深蓝SL03都已搭载4D毫米波雷达。

并且短期考虑低阶辅助驾驶对传感器性能的要求较低、主机厂的降本压力较大,4D毫米波雷达或将率先实现规模化量产上车。

03、市场有多大?

近年来,汽车智能化发展改革不断推进,毫米波雷达已广泛应用于汽车的ADAS系统。根据智研咨询的数据,2021年我国毫米波雷达出货量已达2000万颗,同比增幅超40%。市场规模方面,我国毫米波雷达市场规模由2018年的31亿元增加至2021年的69亿元,其中汽车领域市场规模为56亿元。

随着自动驾驶级别的提高,4D成像雷达将在各级别自动驾驶方案中均得到更多应用。根据Arbe的预测,4D毫米波雷达将于2024年在欧洲与北美市场L1-L4级别自动驾驶车型中开始列装。市场规模方面,根据Yole预测,4D毫米波雷达2021年-2027年复合增长率将达到48%,而4D成像雷达CARG将达到109%。

中国市场方面,根据高工智能汽车研究院预测,2023年中国乘用车前装市场4D成像雷达的搭载量有望突破百万颗,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%。

德邦研究所测算,以4D前向雷达采用四级联方案,4D角雷达采用单芯片方案,价格给予5%年降为前提。毫米波雷达配置方案方面,参考ittbank披露的信息,L1等级的车将配备1个4D毫米波前向雷达,L2等级的车将配备1个4D毫米波前向雷达与两个4D角雷达,L3及以上选择配备1个4D毫米波前向雷达与6个4D角雷达的方案,推算出到2026年,国内4D毫米波雷达市场规模有望达到87.5亿元左右。

国内4D毫米波雷达市场预测 资料来源:佐思汽研、太平洋汽车、焉知汽车公众号等,德邦研究所

华泰研究则认为,预计2022-2030年中国新能源汽车销量的CAGR为20%;整体汽车销量的CAGR为2%,维持低个位数增长。同时,乘用车L2级辅助驾驶将成为标配,L2级别智能驾驶渗透率将由2021年的28.4%上升至2030年的59.9%,L3及以上级别智能驾驶取得一定的突破。受汽车智能化趋势的影响,2030年中国4D毫米波雷达市场规模有望达到449亿元。

04、相关企业有哪些?

毫米波雷达硬件成本结构主要为算法+射频前端+信号处理芯片+高频PCB板,其中算法成本占比约为50%,射频成本占比约为25%,信号处理芯片成本占比约为10%,高频PCB板成本占比约为10%。

毫米波雷达结构 资料来源:焉知汽车公众号、ittbank

目前国内上市企业中,硕贝德是一家专业从事移动通信行业,以无线射频技术为核心的高新技术企业,公司布局了4D毫米波雷达波导天线产品,并且该产品已于2022年获得客户认证,开始小批量阶段,公司有望持续受益于汽车智能化浪潮催动下4D毫米波雷达市场的持续扩容。

生益科技是国内覆铜板龙头,深度布局了毫米波雷达PCB材料,在毫米波雷达方面,公司已拥有适用于77Ghz汽车毫米波雷达的PTFE类型产品mmWave77和PPO体系的mmWaveG材料,目前公司下属控股的生益电子已向客户提供包含4D雷达产品在内的多种高级辅助智能驾驶PCB产品。

世运电路也是国内PCB行业领先企业之一,在新能源领域经过多年布局,目前已实现对特斯拉、宝马、大众、保时捷、小鹏、奔驰等多家品牌新能源汽车的供货。目前包含高频高速汽车远程雷达PCB、汽车辅助驾驶和自动驾驶77GHz毫米波雷达和4D高精度毫米波雷达PCB在内的部分新产品已处于打样或小批量供货阶段。

PCB领域内还有沪电股份,其应用于4D车载雷达,自动驾驶域控制器,智能座舱域控制器,车载网关等领域的产品已实现量产,公司汽车PCB业务下游客户包括博世、大陆、特斯拉等。

汽车电子龙头企业经纬恒润自主研发的4D毫米波成像雷达通过扩展MIMO体制的发射和接收通道数,构建了48路发射和48路接收通道,大大提升雷达信息获取能力,雷达探测距离达到350m,可实现方位向1°和俯仰向1.5°的真实孔径分辨率。此外,根据Arbe公开信息,经纬恒润于2022年向Arbe定购了34万个雷达芯片组,供2023年和2024年的项目应用。

威孚高科于2021年已在国内成立了雷达制造厂,基于Arbe的技术和OEM客户的个性化需求开发雷达系统。目前公司4D毫米波雷达产品目前处于技术研发和市场应用快速发展阶段,已获取市场干线物流定点项目,正积极寻求项目合作。

从事光学镜头、光学元器件研发的联合光电主要产品包括车载镜头、毫米波雷达、AR-HUD相关产品等,已获得比亚迪、蔚来、吉麦、江淮等多家汽车厂商定点。目前公司已储备了4D毫米波雷达的相关技术,现取得一定的研发成果并出样品,现处于持续研发和业务拓展过程中。

此外还有华域汽车,其4D成像毫米波雷达实现对友道智途相关项目的小批量供货;保隆科技2021年底开始布局4D毫米波雷达研发,目前现在还处于优化调试阶段;长电科技面向客户提供4D毫米波雷达先进封装量产解决方案。

资料来源:各公司官网、浙商证券研究所

责任编辑: 高蕊琦
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