学习笔记3–车载传感器之毫米波雷达和超声波雷达

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

本系列博客包括6个专栏，分别为：《自动驾驶技术概览》、《自动驾驶汽车平台技术基础》、《自动驾驶汽车定位技术》、《自动驾驶汽车环境感知》、《自动驾驶汽车决策与控制》、《自动驾驶系统设计及应用》，笔者不是自动驾驶领域的专家，只是一个在探索自动驾驶路上的小白，此系列丛书尚未阅读完，也是边阅读边总结边思考，欢迎各位小伙伴，各位大牛们在评论区给出建议，帮笔者这个小白挑出错误，谢谢！
此专栏是关于《自动驾驶汽车环境感知》书籍的笔记。

2.2 超声波雷达

概述：

1. 超声波雷达是通过发射并接收40kHz的超声波，根据时间差算出障碍物距离，测距精度大约1～3cm；
2. 构造一般分为：等方性传感器和异方性传感器；
   1. 等方性传感器为水平角度与垂直角度相同，等方性传感器垂直照射角度过大，容易探测到地，无法侦测较远的距离；
   2. 异方性传感器水平角度与垂直角度不相同，异方性超声波探头产生的超声波波形强弱较不稳定，容易产生误报警的情况；
3. 常见的超声波雷达：
   1. 安装在汽车前后保险杠上，用于测量汽车前后障碍物的倒车雷达，称为超声波驻车辅助传感器(Ultrasonic Parking Assistant，UPA);
   2. 安装在汽车侧面，用于测量侧方障碍物距离的超声波雷达，称为自动泊车辅助传感器(Automatic Parking Assistant，APA);

工作原理：

1. 超声波发射器向外面某一个方向发射出超声波信号，在发射超声波的同时开始计时，超声波通过空气进行传播，传播途中遇到障碍物立刻反射回来，超声波接收器在接收到反射波时立即停止计时；
2. 计时器通过记录时间，测算从发射点到障碍物间的距离；
3. 在空气中超声波的传播速度为340m/s，计时器记录的时间为t，发射点到障碍物间的距离长度为s，满足：s=340t/2；

1. α \alpha α为超声波雷达的探测角，一般UPA探测角为120°左右，APA探测角为80°左右；
2. β \beta β为超声波雷达检测的宽度范围影响元素之一，一般UPA的 β \beta β为20°左右，APA的 β \beta β为0°；
3. R是超声波雷达检测宽度范围影响元素之一，UPA和APA的R值一般0.6m左右；
4. D是超声波雷达最大量程，UPA最大量程为2.5m，APA最大量程至少是5m；

超声波优缺点：

1. 超声波能量消耗缓慢，防水、防尘性能好，传播距离较远，穿透性强，测距方法简单，成本低，不受光线条件的影响；
2. 但超声波对温度敏感，超声波雷达的波速受温度影响，近似关系： C = C 0 + 0.607 × T C=C_0+0.607\times{T} C=C0​+0.607×T
   其 中 ， C 0 为 零 度 时 的 波 速 ， 为 332 m / s ； T 为 温 度 ， 单 位 ： ℃ 其中，C_0为零度时的波速，为332m/s；T为温度，单位：℃ 其中，C0​为零度时的波速，为332m/s；T为温度，单位：℃
3. 超声波散射角大，方向性较差，无法精确描述障碍物位置；

超声波雷达在自动驾驶汽车上的应用：

1. 倒车辅助；
2. 泊车库位检测；
3. 高速横向辅助。

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