除了TI公司开发的级联雷达系统方案，以色列Arbe公司开发出了目前最大的48发48收级联雷达系统方案，其虚拟通道数可以达到惊人的2304，大大的提升了毫米波雷达系统的角度分辨率，与此同时随着虚拟通道数的增加，传统的处理器无法解决毫米波雷达系统信号处理和数据处理，Arbe公司也推出了自己的专用毫米波雷达处理器芯片，使得毫米波雷达系统的集成度更高，数据处理更加高效。图2中为Arbe公司成像雷达系统实物图，从图中可以看出该成像雷达系统采用口字型阵列来设计MIMO雷达，可同时在水平维度和俯仰维度探测目标。图3中为Arbe公司雷达专用处理器框图，从其展现的框图中可以看出，在该专用处理器中增加了其独有的雷达信号处理硬件加速模块，以更好的解决成像雷达系统中数据高吞吐量的问题。
从Arbe的技术方案中可以看出，超大规模的MIMO阵列将可能是一种技术趋势，而在使用超大规模MIMO阵列后需要考虑产生的海量数据如何有效处理的问题，因此专用的成像雷达系统硬件加速模块是需要的，关于这点国内还比较空白。
3、Uhnder公司---PMCW雷达的领跑者
不同于传统FMCW信号波形，Uhnder公司采用的PMCW波形通过多天线同时发射正交相位编码信号的方式来探测目标的距离和速度，该方案不仅可以探测更远距离，同时在有效探测目标的同时可以有效的抗除雷达与雷达之间的相互干扰。在19年的ISSCC论文[1]中Uhnder公司已经发表了其相关研究成果，在单科芯片中集成12发16收的雷达阵列。
4D毫米波成像雷达系统中的难点
总结以上公司的技术演进路线，我们可以发现在4D毫米波成像雷达系统存在以下亟需解决的技术难题：
1)、成像雷达系统的阵列设计问题
在4D毫米波雷达系统中，通过MIMO使得系统虚拟通道数得到了极大提升，因此如何设计阵列以达到高精度的角度分辨率成为其中的一个难题。在已有的学术研究[2]中将12个3发4收的MIMO芯片进行级联，构成36发48收MIMO雷达系统，可达到1728个虚拟通道。而文中通过遗传算法来设计稀疏阵列，使得雷达孔径更大，水平角分辨率可达到0.78°，俯仰角分辨率可达到3.6°。可以发现随着天线数的增多，在未来的成像雷达系统中，其阵列排布和角度分辨率将会得到更一步的优化和提升。
2)、成像雷达波形设计问题
与传统相控阵雷达相比，MIMO雷达的最大特点在于采用波形分集技术。波形相关系数是表示波形分集的重要参数，MIMO雷达的各天线发射正交信号，波形间的相关系数为0，在空间形成低增益宽波束，接收端通过DBF合成多个接收波束，实现覆盖大空域的探测。对于MIMO正交波形设计，使用者希望设计的波形尽可能地具备高分辨率、低旁瓣、良好的正交性，目前常用的四种方法为时分复用（TDMA）、频分复用（FDMA）、多普勒分集复用（DDMA）、码分复用（CDMA）等。表1中对各类正交波形做了总结，现有的雷达芯片中已经可以支持交替发射TDMA、CDMA和DDMA波形，因此如何复用波形以提升阵列使用效率成为设计者应该思考的问题。
3)、成像雷达抗干扰问题
随着车辆使用毫米波雷达系统的增多，雷达与雷达之间的干扰日益严重，如图6中所示雷达B1和雷达B2在相同的中心频率内使用线性调频信号，很容易产生相互之间的干扰，为此如何消除系统干扰成为待解决的难题。
为此，不同的公司开发出不同的方案来解决该问题。
4)、毫米波雷达专用处理器问题
随着毫米波雷达系统通道数的增多，传统的处理器无法满足毫米波雷达系统大吞吐量数据的需求，因此迫切需要设计符合大阵列大吞吐量的雷达专用处理器芯片，近年来除了arbe公司提出了自己的专用处理器方案外，也有像NXP这样的老牌玩家在设计相关的雷达专用处理器模块。
毫米波雷达与激光雷达----路在何方？
总体而言目前毫米波雷达系统仍处于百家争鸣的战国时代，尽管每家公司的雷达系统方案并不相同，然而都面临着算法和硬件系统的困境，亟需从算法、芯片和系统层面解决以上问题。
笔者认为随着毫米波雷达系统的发展，其角度分辨率会逐渐逼近0.1°，而达到一些低端激光雷达的效果。不同于激光雷达系统直接对点云数据处理的固定方式，4D毫米波雷达系统自由的阵列和波形设计提高了系统的使用门槛，但也给了用户更多的发挥空间。而毫米波雷达系统相比于激光雷达，其波长更长，具有较为适宜的大气窗口，在全天候方面更具优势。FMCW在毫米波雷达上的成功经验已经被借鉴到激光雷达领域，1550nm FMCW激光雷达技术增加了速度维信息，抗干扰能力强，但离成熟商用还有一段时间的路要走。
作者简介：王鹏程，复旦大学微电子系博士，复睿微算法专家，研究方向：毫米波雷达智能感知、成像雷达系统信号处理、深度学习在成像雷达系统中的应用。
