5 USS技术概述（超声传感器）

在自动驾驶技术中，超声波雷达（Ultrasonic Sensor System，简称USS）是一种关键的短距离感知传感器，广泛应用于车辆的环境感知和辅助驾驶功能中。它通过发射超声波并接收反射信号来测量物体的距离，从而实现对周围环境的实时监测。

主要分为两类：LRU（Long Range Unit），检测距离通常在30-500cm，也有的能够超过700cm，检测角度较小，通常作为APA（Active Park Assist System）传感器安装在车身侧面；SRU（Short Range Unit），检测距离通常在15-250cm，通常作为UPA（Ultrasonic Park Assist System）传感器安装在前后保险杠。

布置位置可以是如下几种：

• 车身侧面：LRU

• 前后保险杠：SRU

5.1 基本原理

电压加载在压电晶体，引起共振发射高于20kHz的机械波（超声波）。如果没有施加电压时，压电晶体接收到外界特定振动将产生共振，会把机械能转化为电信号，内部电路计算后可获取时间。 工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高；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。

技术参考点：

• 工作频率

• 发射声压级

• 波束角度

• 接收灵敏度

• 感度

• 余振

• 测距盲区

• 工作温度

• 测量精度

• 温度敏感

5.2 技术特点

• UPA：Ultrasonic Parking Assistant，超声波驻车辅助传感器；探测距离一般在15~250cm 之间，感测距离较短，但是频率较高，为58kHz，精度高；

• APA：Automatic Parking Assistant，自动泊车辅助传感器；探测距离一般在30~500cm之间，感测距离较长，但是频率较低，为 40kHz，精度一般。

• 超声波的探测距离L一般为0.1m~2.5m（UPA）、0.3m~5m（APA）；

• 单个探头的扫描周期一般为50ms（自检、初始化10~20ms，5m探测距离需要30ms，5m*2/340m/s≈30ms）；

• 超声波雷达探头的水平探测角度一般为120°（UPA）、80°（APA）；

5.3 工程实践

• 温度补偿：探测环境温度，通过软件补偿因温度变化带来的超声波传播速度差异。

• 减小余振：余振时间通常为1.5ms~2ms，需要延时接收，但会形成探测盲区。选型余振时间小的探头。

• 减少地面反射：根据探头的垂直探测角度，改善安装位置，避免产生地面回波。加入软件滤波，如阶梯滤波，识别出地面回波，避免误报警。

• 分时测量+方向定位：为防止探头信号互相干扰，探头分时工作。探头单发多收，采用三角定位算法，计算出真实距离。

• 增益控制：设置的放大倍数需兼顾远近距离

• 抗同频干扰：硬件检波+软件滤波

5.4 AK2超声波雷达

• 探测更远（＞5m）、盲区更小（10cm以内）

• 回波更多：采用DSI3通信方式，信号传播速度快，最高速率可达444kbit/s，一个传感器检测周期内最多可支持230个回波

• 抗干扰

• 满足功能安全ASIL-B要求

• 波形编码

• 支持多模式切换（如豪恩汽电的AK2支持三种发波模式：定频模式，上扫频模式和下扫频模式）

• 具备诊断功能（如博世第六代超声波雷达具备硬件失聪检测功能）

 

AK2优势：

• 如果系统刷新较长，会有什么后果呢？单位时间的点云信息就少了，也就是密度少了，密度少了会有什么后果呢？障碍物包括车位的轮廓就没有那么好了，整体系统精度就会受到影响。

• 线性调频（Chirp模式）下发波强度可以做到最大，提高我们的最远探测距离。

• 新一代的ASIC提取数字信号的能力更强，带宽也更大（老一代超声波一般采用GPIO/LIN,新一代上DSI)，所以可以把更多更原始的特征信息提取出来给到上层信号处理中，信号处理中可以采取更多更有意思的算法去做更多的应用。当然，这个对于MCU也是很大的负载，所以各家可以考虑对整个域控架构进行些调整，适当超声算法可以放在SOC端。

5.5 后续超声波雷达的迭代方向

• AIP封装的近场雷达是否会代替？--由于毫米波雷达的优势，点云的丰富度，测高能力等，未来整车是否由毫米波替代超声波呢？让我们拭目以待

• 可以进行测高的超声波：由于目前超声波雷达只能输出物体的高低属性，无法准确测高，所以下一代超声波也需要把此痛点解决，方案当然由很多，在此不表

• 可以在中高速条件下进行探测的超声波：目前超声波主要运用于低速场景（25kph以下），中高速条件下的超声波稳定探测也是一个未来需要解决的点，很多高速场景也需要超声波进行一定的补盲，比如干线物流卡车侧方盲区