Arbe雷達的自由空間映射是何方黑科技？

如果你在百度上搜索“雷達自由空間映射”，相信你只會看到一家相關(guān)的公司名字：Arbe。是的，這家以色列雷達公司的感知成像雷達能夠在所有環(huán)境條件提供有效感知，創(chuàng)建完整且精準(zhǔn)的自由空間映射，進一步確保自動駕駛的安全性。

2023 CES電子消費展上，Arbe展示了感知成像雷達的自由空間映射技術(shù)，并憑借其360°環(huán)繞式雷達感知技術(shù)榮獲CES2023創(chuàng)新獎。Arbe感知成像雷達能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率環(huán)境感知，在車輛周圍創(chuàng)建精準(zhǔn)的自由空間映射，為自動駕駛的安全性鋪平道路。由此可見，這家新一代感知成像雷達芯片組解決方案領(lǐng)軍企業(yè)正在引領(lǐng)一場雷達革命。

Arbe的感知成像雷達是自由空間映射的關(guān)鍵，那么到底什么是自由空間映射，自由空間映射能夠為車輛帶來什么，這篇文章將深入進行探索。

何為自由空間映射技術(shù)？

自由空間映射（FSM，F(xiàn)ree Space Mapping）是通過對目標(biāo)的位置、距離和高度等信息的綜合考量構(gòu)建出精確的環(huán)境地圖，給出可行駛區(qū)域（Free Space）的技術(shù)。它利用數(shù)據(jù)可視化處理，將自由空間映射結(jié)果直觀呈現(xiàn)給駕駛員或自動駕駛系統(tǒng)，用來實現(xiàn)障礙物檢測、道路邊緣檢測、車道保持輔助等智能駕駛功能。

要支持自動駕駛的自主決策，首要條件是能夠區(qū)分即時駕駛環(huán)境中的可駕駛和不可駕駛區(qū)域。而自由空間映射恰恰是將4D成像感知雷達檢測到的目標(biāo)信息繪制在三維空間中的過程，其實現(xiàn)的對車輛環(huán)境的可靠估計是導(dǎo)航、路徑規(guī)劃和避障的基礎(chǔ)。

自由空間映射給車輛帶來了什么？

自由空間映射是成像雷達的核心能力之一，它可以通過多目標(biāo)檢測和追蹤、三維環(huán)境感知以及精確目標(biāo)識別等實現(xiàn)對環(huán)境中物體準(zhǔn)確、全面的感知，為自動駕駛、智能交通和其他應(yīng)用領(lǐng)域提供重要的支撐。

當(dāng)前自由空間映射的局限性

自由空間映射是一個為駕駛環(huán)境提供鳥瞰圖的2D地圖，也是一張距離方位圖。地圖上的每個像素代表著可以行駛的相應(yīng)的距離和方位角。事實上，區(qū)分與駕駛無關(guān)的障礙物（如突起路標(biāo)）和應(yīng)該避讓的障礙物（如路上的輪胎）取決于仰角分辨率，這也使成像雷達對自由空間的測繪變得至關(guān)重要。

盡管光學(xué)傳感器提供了足夠的方位角和仰角映射，也是自由空間映射的常用傳感器，但它缺乏可靠的遠距離分辨率和足夠的深度感知，無法準(zhǔn)確測量路徑規(guī)劃所必需的目標(biāo)距離。光學(xué)傳感器還會受極端天氣和光線條件的影響。因此，為了保證車輛安全，需要由能夠在所有天氣和照明條件下正常運行的雷達來提供高度準(zhǔn)確的目標(biāo)距離映射，這使成像雷達成為光學(xué)傳感器的理想（也是唯一必要的）補充。

自由空間映射是自動駕駛的關(guān)鍵功能之一。為了保證極高的準(zhǔn)確性，自由空間映射不能只由光學(xué)傳感器來實現(xiàn)，還需要具備冗余性。將雷達傳感器和攝像頭傳感器進行融合創(chuàng)建自由空間映射，不僅可實現(xiàn)冗余，提供故障安全機制，還可以利用不同傳感器的優(yōu)勢覆蓋更大的范圍。

傳統(tǒng)汽車雷達以距離、方位角和多普勒三個維度測量物體，在實現(xiàn)自由空間映射方面往往力不從心。在分辨率方面，5度（或以下）的雷達無法為駕駛場景提供足夠詳細的占位柵格（occupancy grid），它所看到的物體似乎比實際大得多，不能感知其邊界和確切位置。傳統(tǒng)雷達除了方位角分辨率較低，還缺少仰角分辨率，會將所有靜止物體都視為障礙物，僅限于緊急制動和自適應(yīng)巡航控制等移動車輛的檢測。盡管基于雷達的后處理算法可提高檢測閾值，卻使靈敏度降低，誤報率很高，有可能導(dǎo)致危險情況甚至事故。

另外，大多數(shù)雷達系統(tǒng)都無法提供所需的冗余級別。特別是在L2+級和NCAP安全性方面，現(xiàn)有的雷達也有潛在風(fēng)險，例如角度分辨率非常有限，會導(dǎo)致錯過行人和騎行者等弱勢道路使用者。此外，現(xiàn)有雷達依賴多普勒分辨率檢測物體，可能導(dǎo)致無法檢測靜態(tài)物體。如果缺少高仰角分辨率就無法測量高度，也無法確定物體的位置，更無法實現(xiàn)路徑規(guī)劃。低仰角分辨率無法支持感知算法，也無法實現(xiàn)自由空間映射。此外，傳統(tǒng)雷達的計算能力和內(nèi)存大小也限制了同時跟蹤多個目標(biāo)的能力。

激光雷達（LiDAR）可以為中程感知提供令人滿意的自由空間解決方案。它不直接測量多普勒，而是依靠跟蹤來確定哪些物體是靜止的。一些激光雷達具有0.1°的超高分辨率，比雷達的1°高很多；但是，這對自由空間映射并沒有太大意義，因為駕駛決策需要寬安全裕度，且不能在0.1°分隔率上執(zhí)行?？紤]到激光雷達的成本和惡劣天氣條件下的有限功能，它更適合作為成像雷達和攝像頭傳感器套件的備用傳感器。

不言而喻，自由空間映射的關(guān)鍵傳感器是成像雷達。Arbe的成像雷達是第一個解決了上述問題并為車輛自由空間映射和增強安全性帶來高價值的成像雷達。它具有高靈敏度、高分辨率、全空間傳感（包括仰角）和全天候全可視性能，是解決基于對比度的自由空間映射的光學(xué)傳感器的完美補充。

Arbe的成像雷達給車輛帶來了什么？

Arbe的4D成像感知雷達首次在汽車雷達中實現(xiàn)了基于雷達的實時自由空間映射，通過對道路上的物體進行分類，再結(jié)合時間信息以四維（三維空間+速度）點云形式展示在環(huán)境地圖中，實現(xiàn)精確的環(huán)境感知和動態(tài)目標(biāo)跟蹤，有助于智能駕駛做出正確的決策。

在檢測靜止物體、確定道路形狀和曲率方面，Arbe的4D成像感知雷達也非常有效，能夠繪制出需要避開的護欄、混凝土墻、停在車道內(nèi)的車輛等物體。其較多的通道數(shù)可改善成像中的空間分離，先進的后處理功能可減少虛警，消除虛警情況，誤報接近于零，從而生成車輛可以依賴的自由空間映射。

Arbe成像雷達的技術(shù)優(yōu)勢

實現(xiàn)自由空間映射需要高精度雷達，這就需要使用大量天線通道陣列的助力。這看起來并不復(fù)雜，但實現(xiàn)起來并不容易。傳統(tǒng)雷達由接收和發(fā)射通道有限的小通道陣列組成，市面上的雷達多由12個虛擬通道升級至192個虛擬通道。而Arbe的高分辨率成像雷達有2304個虛擬通道，由48個接收通道和48個發(fā)射通道以及雷達芯片組中包含的處理器芯片組成。通道數(shù)量的增加無疑會提高感知能力，但處理能力是一個很大的挑戰(zhàn)。通常處理192個通道需要使用FPGA，Arbe則使用了專用處理器來加載多達2304個通道的數(shù)據(jù)。

此外，傳統(tǒng)雷達難以檢測水平運動。Arbe 4D成像感知雷達能夠在遠距離和寬視野下檢測多普勒（移動物體的方向和速度），在高分辨率、全面感知和誤報方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)雷達，這是因為角度分辨率的提高大大擴展了汽車自由行駛區(qū)域的映射范圍。

Arbe 4D成像感知雷達還能夠提供高分辨率的仰角成像，其物理分辨率達到1°方位角和2°仰角，視野寬度達到100°方位角和30°仰角，可在350米范圍內(nèi)以每秒30幀（接近實時）的速度同時跟蹤數(shù)百個目標(biāo)。它能夠區(qū)分行駛環(huán)境中的不同目標(biāo)，判斷是否需要避讓。在任何天氣和光照條件下，Arbe 4D成像感知雷達都可以識別關(guān)鍵目標(biāo)或障礙物（如坑洞或橋梁），引導(dǎo)汽車安全行駛。

值得一提的是，Arbe先進的后處理算法結(jié)合了時域、頻域和空域處理方法，完全基于成像雷達，而不需要其他傳感器來測量速度、角度和其他參數(shù)。其后處理算法可以準(zhǔn)確識別和提取出目標(biāo)的位置、速度和形狀等特征信息。這些信息包括：實時計算自車行駛數(shù)據(jù)；追蹤和區(qū)分目標(biāo)，全面了解汽車周圍環(huán)境，感知車輛周圍環(huán)境中的無障礙空間；對動靜態(tài)目標(biāo)進行映射；以所有維度分析超高分辨率數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)可行駛區(qū)域。

合作開發(fā)新一代成像雷達系統(tǒng)

一年來，Arbe與國內(nèi)外廠商的合作可謂緊鑼密鼓。2022年Arbe與全球15家頭部整車廠中的12家展開了合作，與此同時，Arbe深耕中國市場，拓展在華業(yè)務(wù)，得到了中國合作伙伴的高度認可。

2022年10月，Arbe攜手維寧爾(已被麥格納收購)為車規(guī)級安全和高級駕駛輔助系統(tǒng)開發(fā)下一代雷達。Arbe提供的芯片解決方案包括48×48信道的高分辨率遠程雷達及24×12信道的360°環(huán)繞式雷達。

2022年年底，Arbe獲得經(jīng)緯恒潤首個商業(yè)訂單，為后者提供34萬個雷達芯片組，供2023年和2024年參與整車廠和自動駕駛項目應(yīng)用，基于Arbe感知雷達芯片組開發(fā)的雷達解決方案將在2023年實現(xiàn)量產(chǎn)。

今年上海車展期間，Arbe又與威孚高科和滴滴自動駕駛貨運公司KargoBot達成戰(zhàn)略合作。三方將共同挖掘具有戰(zhàn)略意義的新產(chǎn)品、新技術(shù)，在中國建立品牌推廣、產(chǎn)品營銷、技術(shù)提升、人才培養(yǎng)合作平臺，推進4D成像雷達在自動駕駛領(lǐng)域的研發(fā)及商業(yè)化應(yīng)用。

今年7月份，Arbe宣布獲得中國汽車市場知名一級供應(yīng)商威孚高科千萬美元訂單。Arbe與威孚高科自2019年以來就展開合作，為汽車行業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻?；贏rbe的雷達芯片組，威孚高科專注于開發(fā)雷達系統(tǒng)，為整車廠、卡車、商用車以及交通運營等提供定制化感知雷達系統(tǒng)。

總結(jié)

Arbe的成像雷達具有真實且準(zhǔn)確的環(huán)境感知能力，對于自動駕駛系統(tǒng)的安全性和性能至關(guān)重要。它完美解決了傳統(tǒng)雷達的痛點，此外，性能意味著大量的通道，Arbe雷達芯片組也解決了這一挑戰(zhàn)。

Arbe的成像雷達可滿足自由空間映射的關(guān)鍵要求，無論照明或天氣條件如何，在遠距離探測中都具有較高的可靠性，而且在所有維度都具有高空間分辨率。此外，其互補的高多普勒分辨率能夠有效區(qū)分靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測。這些功能使成像雷達成為了實現(xiàn)實時自由空間映射必備的傳感器套件，也將為自動駕駛感知和自主決策賦能。