汽车智驾ADAS系统解析(04)：超声波雷达
智能网联汽车通过各种传感器“感受” 外界环境，探测道路、车辆、行人、障碍物甚至是自身，从而获得大量的数据，如车道线的位置、前方车辆或行人的位置和速度等，这些为实现自动驾驶奠定了基础。
高性能的传感器能探测出精度非常高的感知数据，但是往往成本也非常高昂，如 128 线的激光雷达。通常，我们会将许多种低成本传感器进行组合，经过融合后最终同样也能得到精度较高的感知数据。
目前主流的高级别智能网联汽车传感器配置方案包括以下。
激光雷达：360° 扫描环境，实时构建 3D 全景图像，测量距离
摄像头系统：有效覆盖范围：1 - 100m
夜视红外：黑夜、雨雪恶劣天气可保持清晰，视野有效覆盖范围：0 - 200m
毫米波雷达：近程雷达：0.2 - 30m；中远程雷达：1 - 200m
惯性导航系统：检测汽车运动状态
高精度地图：与卫星导航系统配合可实现精确定位和路径规划
除此之外，每种传感器也都存在自己的短板，只依赖一种传感器的感知数据很难适应不同的使用环境。例如，激光雷达虽然感知精度很高，但是却无法在恶劣天气条件下正常工作，而毫米波雷达虽然感知精度没有激光雷达那么高，却能适应各种雨雪天气。
1 超声波雷达
超声波雷达是一种利用超声波来测量与障碍物之间距离的雷达传感器，是目前汽车上较常见的传感器之一，在短距离的测量中具有非常大的优势。超声波雷达防水、防尘，即使有少量的泥沙遮挡也不影响它正常工作，它的探测范围为0.1～5m，并且探测精度也较高。
超声波传播速率跟声波一样，在空气中都是340m/s 左右，频率一般高于 20kHz，在空气中波长一般短于 2cm，因为频率超出了人耳的听觉范围，所以被称为超声。
超声波用于测距和定位的原理，类似于蝙蝠在夜间飞行所具备的技能。蝙蝠以脉冲形式发射超声波，通过接收反射的回波进行回声定位。这种回波定位的基本原理，不管是激光、毫米波、超声波都适用，一般都统称为雷达。
目前，超声波雷达主要作为倒车雷达使用，一般被安装在汽车的前后保险杠上，或隐藏在保险杠的某个位置。在倒车入库的过程中，随着汽车的慢慢挪动，驾驶员在驾驶室内能听到“嘀嘀嘀” 的声音，汽车距离障碍物越近时，声音越急促，这些声音就是根据超声波雷达检测的距离反馈给驾驶员的信息。
超声波雷达除了被用作倒车雷达，还可以用于自动泊车时感知空余车位，由此可以将超声波雷达分为超声波驻车辅助传感器（Ultrasonic Parking Assistant，UPA）和自动泊车辅助传感器（Automatic Parking Assistant，APA）两种类型。
UPA，探测距离较短，一般为 15～250cm，但是频率较高，可以达到 58kHz，精度也较高，通常被安装在汽车前后保险杠上，用于测量汽车与前后障碍物之间的距离。
APA，探测距离较长，一般为 30～500cm，但是频率较低，大约为 40kHz，精度略低，通常被安装在汽车侧面，用于测量侧方障碍物与汽车之间的距离。
一套倒车雷达系统往往需要在汽车后保险杠处配备4 个 UPA 超声波雷达，而自动泊车系统需要在倒车雷达系统的基础上，增加 4 个 UPA 超声波雷达和 4 个 APA 超声波雷达，构成前 4（UPA）、侧 4（APA）、后 4（UPA）的布置格局。
车位边缘判断的基本原则是：如果当前时刻的距离值大于前一时刻的距离值，且差值的绝对值大于设定的上边缘检测阈值，则判断上边缘检测成功，并记录下车辆所在的位置，车辆继续前进。如果当前时刻的距离值小于前一时刻的距离值，且差值的绝对值大于设定的下边缘检测阈值，则判断下边缘检测成功，并记录下车辆所在的位置。
完成车位边缘检测后，利用超声波雷达探测到的跳变值和位置，就可以计算出车位的宽度和深度，并将其与约束条件进行对比，满足约束条件则认为检测到车位。