微訪談錄： Metawave聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Bernard Casse博士

據(jù)麥姆斯咨詢報道，下一代高分辨率智能雷達傳感器對于實現(xiàn)L4級和L5級的自動駕駛至關(guān)重要。當然，攝像頭和激光雷達（LiDAR）在汽車傳感器系統(tǒng)中占有重要的地位。在遠距離探測、惡劣天氣或其它傳感器失靈的情況下，雷達是特別有用的！

智能雷達的創(chuàng)新正在開始。當前自動駕駛領(lǐng)域要求打造一款全新的成像雷達系統(tǒng)，它既能夠像激光雷達一樣重建周圍環(huán)境，又可以像人一樣解讀周圍的世界，并且在全天候運行和探測距離方面完勝激光雷達和攝像頭。采用能夠形成波束并控制波束的工程超材料結(jié)構(gòu)，可以打造一種全新的雷達架構(gòu)，并在人工智能（AI）引擎驅(qū)動下，實現(xiàn)對物體的發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤和分類。上述新一代雷達已經(jīng)接近交付使用。這種超越數(shù)字發(fā)射波，使用超材料和人工智能的智能雷達，是實現(xiàn)自動駕駛的關(guān)鍵要素。這種新型雷達平臺的創(chuàng)新方案，尚存在的一些障礙，市場還有不少需要培育的地方，以及在下一代自動駕駛中使用智能雷達的前景，就這些問題，我們與麥得威國際（Metawave）的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Bernard Casse博士進行了討論。以下為相關(guān)的討論內(nèi)容：

問：為什么說現(xiàn)在是雷達時代？Bernard Casse（以下簡稱BC）：利益相關(guān)者意識到自動駕駛發(fā)展時間軸取決于決策算法的成熟度和傳感器的性能。迄今為止，在改善激光雷達和攝像頭方面，特別是在自動駕駛方面，已經(jīng)作出了巨大的努力，但我們在探測范圍和運行速度方面都遇到了性能門檻。然而，其它傳感器如雷達，則相對投入較少。因為與攝像頭或激光雷達相比，雷達一直處于劣勢，它缺乏解析世界的分辨率。但是，汽車制造商現(xiàn)在認識到，雷達是唯一能夠在長距離（200米以上）和全天候條件下工作的傳感器，它只是缺乏一定的“視覺和智力”。利用先進的技術(shù)，我們可以令雷達“恢復(fù)”視覺并嵌入智能。這就是智能雷達時代。大約有十幾家初創(chuàng)企業(yè)重新審視了汽車雷達的各個方面。我們預(yù)計會有更多的初創(chuàng)企業(yè)和公司來解決這個問題。

問：作為一家頂級汽車公司的首席執(zhí)行官，關(guān)于雷達您覺得用戶需要了解什么？BC：Elon Musk把大量的重心放在雷達上是正確的。它仍然是汽車中最穩(wěn)定可靠的傳感器。許多人，包括一些汽車制造商，對傳統(tǒng)的老式雷達很熟悉。當他們想到雷達時，會認為它是一種“視力”低下的傳感器，只能模糊“看到”整塊的金屬（打個比方，這里有一大塊金屬，那里有一小塊金屬）。對傳統(tǒng)雷達而言，情況的確是這樣，但下一代智能雷達就完全不同了。點云成像（類似于激光雷達）可以通過光束掃描光柵和按照一定算法，實現(xiàn)對物體的圖像描繪，比如辨別路標、車輛類型、人、燈柱和更多物體。隨著視覺增強和速度的提高，我們可以在雷達中嵌入智能。也就是說，讓現(xiàn)在的雷達擁有一個增強的“數(shù)字眼”，它可以學(xué)習識別物體的特定特征，并將它們與相應(yīng)的類別相關(guān)聯(lián)。

問：請您多談?wù)勅斯ぶ悄艿闹匾裕緽C：人工智能（AI）很關(guān)鍵，因為它是我們?nèi)祟惙稚⑹街悄鼙澈蟮尿?qū)動力。我們是分散式智能的支持者。我們認為，雷達傳感器和任何其它傳感器都應(yīng)該有自己的大腦。車輛中的決策算法應(yīng)該依賴于傳感器融合（中央智能）和單個傳感器（分散式智能）。這給汽車增加了另一層安全性。如果你的汽車使用攝像頭和/或激光雷達“看”到一座橋，現(xiàn)在你的雷達也可以說：“當然，我也能看到一座橋。”分散式智能的概念對雷達來說更為重要，因為它是目前唯一能看到前方300米的傳感器，以便成為最早提供預(yù)警的系統(tǒng)。當自動駕駛車輛有來自不同傳感器的多組數(shù)據(jù)，使汽車能夠接收信息并感知周圍環(huán)境，自動駕駛會更加安全。問：當前雷達的發(fā)展狀況是怎樣的？特別是在自動駕駛方面。BC：當今最先進的雷達是100%數(shù)字波束形成（DBF）。盡管在性能方面模擬雷達仍然表現(xiàn)卓越，但因為它的高成本、高功耗架構(gòu)和復(fù)雜性，汽車工業(yè)拋棄了模擬雷達（如相控陣天線）。汽車工業(yè)對成本一直非常敏感，而且信號處理的成本最終會不斷下降，就像其它微芯片上的計算（摩爾定律）一樣，DBF仍然是一個誘人的選擇。但DBF的分辨率和速度仍然有限。軍方更注重性能，對彈道導(dǎo)彈的探測和跟蹤仍然使用模擬雷達。對自動駕駛而言，成本不是也不應(yīng)該是頭等大事，性能和安全性才是最重要的！

問：數(shù)字雷達的局限性是什么？BC：DBF有三個主要缺點，它們有點相互關(guān)聯(lián)：1、它很慢。DBF用于掃描場景的時間需要毫秒級的等待。在數(shù)字域中的信號處理是非常重要的。要達到可接受的信噪比（SINR），需要有毫秒級的積分時間。處理一系列復(fù)雜的模擬數(shù)字電路和為運行DBF而進行的數(shù)字權(quán)重的分配，都會造成更高的運算工作量，導(dǎo)致運行遲緩。2、DBF缺乏分辨率——它看不到狹窄的物體或行人。它不是一個“真正”的波束形成架構(gòu)，而且完全的波束成形是不切實際的。因為它需要大量的天線來實現(xiàn)高分辨率。首先，實現(xiàn)許多天線是非常昂貴的，需要在雷達芯片組上安裝多個端口（非傳統(tǒng)）。此外，這將需要更多的快拍數(shù)量以獲得一個可接受的SINR（因為全方位的噪音將讓系統(tǒng)超負荷）。憑借傳統(tǒng)的三個發(fā)送端口和四個接收端口，分辨率不夠清晰，無法看到行人。它適用于汽車（可在分辨率、SINR和范圍之間良好權(quán)衡），但不適合非金屬物體。3、產(chǎn)生重影。DBF對高相關(guān)信號敏感，即DBF會增強來自多條路徑信號產(chǎn)生的噪聲，產(chǎn)生重影。問：雷達現(xiàn)在有哪些創(chuàng)新，特別是在汽車領(lǐng)域？BC：首先，這是一種通常的漸進式工程：第一和第二級供應(yīng)商側(cè)重于挖掘MMIC（單片微波集成電路）技術(shù)的極限。真正的突破性創(chuàng)新都來自初創(chuàng)企業(yè)：我們已經(jīng)看到了新奇的技術(shù)如倫伯透鏡天線（Luneburg lens antennas），抑制DBF干擾的新算法，3D印刷陣列等。隨著我們進入智能雷達時代，我們預(yù)計更多的雷達公司將在2018年涌現(xiàn)，并創(chuàng)造更多的創(chuàng)新。不過，我們預(yù)計有些會曇花一現(xiàn)，而有些技術(shù)會幸存下來。

問：應(yīng)用一種新型雷達所面臨的障礙有哪些？BC：從76GHz到81GHz的頻率窗口是第一大障礙，因為它都屬于毫米波范疇。元件和材料都不容易獲得，現(xiàn)成的元件還沒有經(jīng)過表征。還有很多有爭議的地方需要解決。不過，我們擅長解決這一挑戰(zhàn)以及其他挑戰(zhàn)，我們已經(jīng)在很短的時間內(nèi)取得了重大進展。在高頻率運行的障礙對我們而言不是一個攪局者，而且，事實上，它實際上是一個福音；它讓競爭對手的追趕并非易事，使我們保持領(lǐng)先優(yōu)勢。還有一些障礙，由于不能透露太多關(guān)于這個平臺的信息，我們還不能在這個早期階段談?wù)摚羞@些障礙都是可以解決的。到目前為止，還沒有什么是不可克服的。我們剛剛開始這項令人興奮的研發(fā)旅程，雖然在今年年初才開始啟航，但我們正在展示的和很快準備出貨的雷達產(chǎn)品，都非常令人興奮地預(yù)見：在短短幾年之后將在道路上實現(xiàn)L4級和L5級的自動駕駛。問：您認為什么時候我們能看到這些智能雷達安裝于自動駕駛汽車？BC：所有頂級汽車制造商都預(yù)測，我們將最早在2025年實現(xiàn)最高級L5級的自動駕駛。在這個群雄爭鳴令人興奮的產(chǎn)業(yè)，我們是一家節(jié)湊很快的創(chuàng)業(yè)公司。明年我們將推出一款雷達產(chǎn)品，我們正在與所有頂級汽車制造商和自動駕駛領(lǐng)域內(nèi)的戰(zhàn)略合作伙伴進行洽談。我堅信，為了L5級自動駕駛汽車達到要求的安全水平，都必須裝配下一代的智能雷達，包括硬件和軟件。

問：麥得威國際（Metawave）建立這種新的雷達平臺的方法是什么？BC：麥得威國際獨特的方法在于使用了自適應(yīng)超材料和人工智能（AI）。總體目標是打造具有視覺、速度和智能的高級雷達。在我們的方案中，我們使用全電子可調(diào)超材料平臺來取代昂貴和高功耗的移相器。

麥得威國際（Metawave）超材料天線技術(shù)從硬件的角度來看，這個方案是在保證與當前軍用模擬移相器同等性能的前提下，去除了那些成本高、復(fù)雜性強和重量大的元件。從軟件的角度來看，我們正在開發(fā)強大的硬件控制、信號處理和決策算法，尤其針對硬件進行了優(yōu)化。麥得威國際的新一代雷達產(chǎn)品名稱為WARLORD（縮寫自 W-Band Advanced Radar for Long-Range Object Recognition and Detection），其頻段在76~81GHz。WARLORD 采用了超材料天線，能發(fā)射可操控的高度定向的電磁波束，精準探測目標物的位置、速度，且不懼怕惡劣天氣以及環(huán)境。

WARLORD雷達能發(fā)射可操控的高度定向的電磁波束并且這款毫米波雷達內(nèi)置了麥得威國際自研的人工智能引擎：像人類一樣思考的WARLORD雷達AI（WARLORD Radar AI Thinking like Humans，WRATH），其中嵌入了各類物體識別和分類算法，可以分辨出道路參與者的屬性（行人、自行車、摩托或者巴士等），能夠提供如人眼一般的感知能力，被稱為“Digital Eye”。這是因為這樣的特性，WARLORD 還能采集3D雷達圖像。