Arbe如何重新定义高帧率雷达

自动驾驶行业已形成广泛共识:高帧率运行并非一种奢侈功能,而是不可或缺的基本要求。全球汽车行业的汽车制造商一致认为,对于任何应用于自动驾驶场景的雷达系统而言,具备20帧/秒的性能是“必备”能力。这一市场需求清晰地反映出行业已深刻认识到,自动驾驶安全绝不能因传感器的性能限制而有所妥协。当人的生命依赖于瞬间的决策时,每减少一毫秒的延迟都显得尤为关键。

Arbe成功实现了20帧/秒的性能指标,能够每50毫秒进行一次完整的环境扫描,从而有效减少感知间隙。此外,Arbe还攻克了高帧率所带来的双重挑战,即数据处理瓶颈与热管理问题。如此一来,我们成功打造出一款能够满足并超越自动驾驶需求的雷达系统。

高帧率对自动驾驶安全的重要性

雷达系统的帧率,指的是雷达每秒内完成射频信号发射、接收以及处理的次数。帧率与安全之间存在着紧密直接的关联。每秒增加一帧,便能够缩短环境更新的间隔时长,从而更迅速地检测到环境变化,更及时地应对新出现的潜在威胁。这种时间分辨率(可将其类比为“更新频率”)具有至关重要的意义,因为物体可能在短短几分之一秒内出现、消失或者改变其运动轨迹。

20帧/秒的性能优势,并非仅仅体现在拥有更多的数据点上。每一帧数据都在提升系统性能、优化数据质量以及降低延迟等方面发挥着积极作用。在多帧数据协同作用的情况下,高级驾驶辅助系统或自动驾驶系统在环境感知层面能够构建起更高的置信度,无论是在检测移动物体,还是计算检测概率时皆是如此。与在较低帧率下运行的雷达系统相比,每秒20帧的帧率能够丰富环境感知的内容,并显著增强对周围环境理解的可信度。

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高速公路行驶

当自动驾驶汽车以高速公路的行驶速度行进时,在雷达的更新间隔时段内,车辆将会驶过相当长的一段距离。具体而言,若车辆以130公里/小时的速度持续行驶,其每秒行进的距离约为36米。传统雷达系统通常以10-12帧/秒的速率运行,在此类雷达的扫描间隔期间,周边环境极有可能出现关键性的变化,诸如其他车辆变道,或是前方突然出现障碍物等情况。这些变化会在自动驾驶汽车的感知系统中形成具有潜在危险性的盲点。

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城市复杂环境行驶

同样,于城市环境之中,各类物体极有可能在短短几毫秒内出现又瞬间消失。诸如儿童踏上人行横道、骑行者从停着的汽车后方现身,或是车门意外开启等状况,均要求系统能够即刻检测并迅速做出响应。

在这两种场景下,雷达系统更新环境模型的频率越高,其对物体进行检测与跟踪时所具备的置信度也就越高。尽管帧率低于20帧/秒的系统依旧能够达成变道等基础功能,然而其运行效率将会降低,所面临的挑战也会增多。在高速公路或者复杂城市环境等高速行驶场景当中,这种效率上的妥协极有可能成为安全运行与未能及时感知危险间隙之间的关键分水岭。

技术挑战:快速处理

更高的帧率可实现更为频繁的环境信息更新,雷达正是借助信号的发射、接收以及处理流程来达成目标。然而,其中最大的挑战在于对更强处理能力的需求,这引发了一系列显著的技术难题。Arbe通过在硬件层面进行创新,攻克了处理20帧/秒帧率所面临的架构挑战。

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数据量

实现高帧率所面临的主要阻碍,并非在于提升雷达信号的发射速度,而在于如何处理由此产生的大规模数据。每帧雷达信号均有可能生成数GB的原始数据,而这些数据必须在短短几毫秒内完成处理、筛选,并转化为具备可操作性的信息。

尽管传统雷达系统在技术层面能够达到20帧/秒的帧率,但其设计初衷主要是为了实现诸如自动巡航控制、自动紧急制动等更为基础的功能。因此,这些系统往往不具备处理完全自动驾驶所需的海量数据及其复杂性的计算能力。倘若缺乏足够的处理能力,即便传输速度再快,对于复杂的自动驾驶任务而言,也不过是徒劳无功。

Arbe的重大突破在于其独有的处理器架构。我们自主研发的定制芯片组,作为核心知识产权,从底层架构开始打造,具备每秒处理相当于30GB原始射频数据的强大能力,并能高效地将这些数据压缩为1GB的点云输出。

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热管理与功率限制问题

当雷达系统以高帧率运行时,功耗增加与热量产生将不可避免。更加频繁的射频信号发射需要消耗更多电能,而密集的实时数据处理过程亦会额外产生大量热量。在此情况下,传感器与车辆中央处理器均需有效应对此类增加的功率与热负荷需求,同时确保系统可靠性不受影响。

Arbe工程团队通过开发创新性散热解决方案与节能型处理架构,攻克了热管理与功率限制方面的技术难题。其成果表现为,该雷达系统能够在无需配备复杂冷却基础设施或影响车辆集成设计的前提下,稳定维持20帧/秒的持续运行能力。

借助传感器融合增强感知能力

Arbe雷达系统凭借20帧/秒的高帧率运行特性,在传感器融合应用中展现出显著优势,能够高效整合其他传感器的数据资源。传统雷达系统受限于较低的帧率,其采集的数据与摄像头等高帧率传感器在时间维度上难以实现精准同步。相较之下,采用相近帧率实现雷达与摄像头数据的融合处理,可有效降低感知延迟,显著增强系统对运动目标的实时追踪与分类能力。

此外,高帧率特性为雷达系统提供了更精细的运动轨迹解析能力与动态场景理解深度。这些技术优势共同提升了多传感器融合系统的可靠性指标,尤其在应对复杂多变的驾驶场景时,其性能表现更为突出。

竞争格局:树立新标准

为深入探究Arbe雷达系统20帧/秒运行模式的核心优势,有必要将本解决方案与现有雷达系统,以及具备不同帧率特性、应用场景与功能定位的互补性传感器技术展开系统性对比分析。

每秒20帧的优势

通过攻克高速数据处理与热管理领域一系列复杂的工程难题,Arbe成功为高级驾驶辅助系统及自动驾驶技术提供了具备关键意义的帧率性能支撑。

其技术价值远超单纯的技术参数范畴。无论车辆行驶于高速公路场景,还是穿梭于复杂的城市路况之中,Arbe的雷达系统均能实现快速的环境信息更新。这种能力对于在自动驾驶系统所需的极短时间内检测潜在威胁并做出及时响应而言,具有至关重要的意义。

随着汽车行业向更高级别的自动驾驶阶段稳步迈进,Arbe所具备的高帧率技术能力,正展现出真正推动安全自动驾驶技术落地实现的先进性能特质。

来源:Arbe

作者 li, meiyong