自动驾驶（四十七）———超声波雷达简介「建议收藏」

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       超声波雷达听着很陌生，但其实一直被广泛使用在倒车上，与毫米波雷达不同的是：超声波能被任何材质的障碍物反射，毫米波只能被金属物体反射，超声波雷达的探测距离又很近，到底工作原理是什么，下面我带大家一起来来看看。

1. 工作原理

      超声波雷达的工作原理是通过超声波发射装置向外发出超声波，到通过接收器接收到发送过来超声波时的时间差来测算距离。常用探头的工作频率有 40kHz, 48kHz 和 58kHz 三种。一般来说，频率越高，灵敏度越高，但水平与垂直方向的探测角度就越小，故一般采用 40kHz 的探头。超声波雷达防水、防尘，即使有少量的泥沙遮挡也不影响。探测范围在 0.1-3 米之间，而且精度较高，因此非常适合应用于泊车。

        超声波雷达的测距原理和之前介绍的激光雷达、毫米波雷达类似，距离=传播速度*传播时间/2。不同的是激光雷达和毫米波雷达的波速都为光速，而超声波雷达的波速跟温度有关。近似关系如下：

              C = C0 + 0.607 ∗ T，C0为零度时的声波速度332m/s，T为温度(单位：℃)。

        例如，温度在0℃时，超声波的传播速度为332m/s；温度在30℃时，超声波的传播速度为350m/s。相同相对位置的障碍物，在不同温度的情况下，测量的距离不同。对传感器精度要求极高的自动驾驶系统来说，要么选择将超声波雷达的测距进行保守计算；要么将温度信息引入自动驾驶系统，提升测量精度。

        超声波雷达在工作时会返回一个探测距离的值，如图所示。处于A处和处于B处的障碍物都会返回相同的探测距离d。所以在仅知道探测距离d的情况下，通过单个雷达的信息是无法确定障碍物是在A处还是在B处的。

2. 类型

      常见的超声波雷达有两种。第一种是安装在汽车前后保险杠上的，也就是用于测量汽车前后障碍物的倒车雷达，这种雷达业内称为UPA；第二种是安装在汽车侧面的，用于测量侧方障碍物距离的超声波雷达，业内称为APA。UPA和APA的探测范围和探测区域都太相同。 

      UPA超声波雷达的探测距离一般在15~250cm之间，主要用于测量汽车前后方的障碍物。APA超声波雷达的探测距离一般在30~500cm之间。APA的探测范围更远，因此相比于UPA成本更高，功率也更大。如图为单个APA的探测范围示意图。APA的探测距离优势让它不仅能够检测左右侧的障碍物，而且还能根据超声波雷达返回的数据判断停车库位是否存在。

3. 优势与劣势

•      优势：超声波的能量消耗较缓慢，在介质中传播的距离比较远，穿透性强，测距的方法简单，成本低。
•      劣势：超声波雷达在速度很高情况下测量距离有一定的局限性，这是因为超声波的传输速度很容易受天气情况的影响，在不同的天气情况下，超声波的传输速度不同，而且传播速度较慢，当汽车高速行驶时，使用超声波测距无法跟上汽车的车距实时变化，误差较大。另一方面，超声波散射角大，方向性较差，在测量较远距离的目标时，其回波信号会比较弱，影响测量精度。但是，在短距离测量中，超声波测距传感器具有非常大的优势。

4. 相关企业

1.       博世公司；博世公司有超声波雷达、倒车雷达、半自动泊车、全自动泊车，超声波雷达增加整个探测范围，提高刷新时间，每一个超声波雷达有一个代码，避免超声波雷达有噪音，可以更加精准。第六代超声波雷达可以很好的识别第五代产品无法识别的低矮物体。博世车用超声波传感器的检测范围为20~450厘米。
2.       法雷奥；法雷奥的超声波雷达已经有十年的量产经验，短距超声波雷达覆盖范围为（2-4m）。其最新一代的自动泊车系统Park4U，就是基于超声波雷达，有平行与转角的两种泊车模式。车身前后只需留出40厘米的空间，该系统就能够自动完成泊车过程。其客户有路虎、起亚、大众途安等众多OEM厂商。
3.       同致电子；同致电子主要生产有汽车倒车雷达、遥控中控、后视摄像头、智能车内后视镜等产品，是国内各大汽车厂（如上海通用、上海大众、东风日产、上海汽车、神龙汽车、奇瑞汽车、吉利汽车、福特汽车等）的供应商，也是目前亚洲倒车雷达OEM市场第一供应商。