自動駕駛系統(tǒng)是一個復(fù)雜且高度集成的體系，由感知層、傳輸層、決策層和執(zhí)行層四個關(guān)鍵層級構(gòu)成，它們相互協(xié)作，共同實現(xiàn)車輛的自動駕駛功能。
感知層作為自動駕駛系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負責(zé)收集車輛周圍環(huán)境的信息，相當(dāng)于人類的眼睛和耳朵。它通過各種傳感器來感知周圍的世界，為后續(xù)的決策和控制提供數(shù)據(jù)支持，如攝像頭、激光雷達、超聲波雷達、毫米波雷達等，都是常用的感知器件。
其中超聲波雷達在自動駕駛系統(tǒng)中主要用于近距離障礙物的探測，其有效探測距離通常在幾厘米到幾米之間。目前絕大部分自動駕駛車輛都少不了超聲波雷達的助力，且其在智能駕駛領(lǐng)域是用量最大的，如智界S9全系車型、問界M9、埃安RT、小鵬P7+等均裝備了12個超聲波雷達。
而在低速無人駕駛領(lǐng)域，特別是清潔環(huán)衛(wèi)、安防巡檢、末端配送等對人群、障礙物、目標檢測有極高要求的場景，超聲波雷達也發(fā)揮著重要的作用。目前重點為自動駕駛企業(yè)提供相關(guān)產(chǎn)品的如導(dǎo)向視覺、雷博泰克等。其中導(dǎo)向視覺經(jīng)過7次技術(shù)迭代升級，已形成成熟的產(chǎn)品線和服務(wù)生態(tài)。
導(dǎo)向超生生態(tài)
導(dǎo)向視覺專注機器視覺技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用，已為客戶持續(xù)提供高可靠性的超聲雷達產(chǎn)品15年，并持續(xù)高效迭代，在超聲技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)深耕，創(chuàng)新突破多項技術(shù)瓶頸。例如超聲復(fù)雜編碼抗干擾技術(shù)，超聲波束角分段靈活編輯技術(shù)，超聲“雙雨刮”自清潔技術(shù)，超聲3D點云識別與生成技術(shù)，超聲零盲區(qū)毫米級感知技術(shù)等。
導(dǎo)向超聲波雷達技術(shù)迭代情況（來源：導(dǎo)向視覺）
導(dǎo)向超聲已經(jīng)從單純的測距發(fā)展到材料識別與感知，3D立體識別。從超聲傳感器到信號處理，從數(shù)據(jù)智能轉(zhuǎn)化到客戶端數(shù)據(jù)封裝輸出，導(dǎo)向已經(jīng)逐漸在超聲傳感器領(lǐng)域形成超聲生態(tài)。生態(tài)涵蓋導(dǎo)向全系列超聲，以滿足不同場景及功能需要。
從超聲FOV角度來看，導(dǎo)向超聲已支持小FOV，大FOV，扁FOV，可自由編輯FOV等全系列FOV支持；精度上高低精度搭配，高精度型號支持1mm精度；盲區(qū)上，單雙探頭均可支持零盲區(qū)；體積上，最小可做到整機約1枚硬幣大小，零盲區(qū)且防水防塵。
導(dǎo)向視覺的超聲波雷達產(chǎn)品目前已經(jīng)迭代到第六代，以及逐漸成熟的第七代，不僅波束角可以整體編輯，還能根據(jù)客戶的超聲安裝高度及避障要求，對每一分段進行獨立編輯，可適應(yīng)各種安裝高度應(yīng)用場景的波束角在線調(diào)整，無需拆機，可以適應(yīng)多種機器人尺寸，小到割草機大到無人礦卡。
導(dǎo)向超聲還支持對障礙物進行位置鎖定及大小識別，單個探頭可以發(fā)現(xiàn)多個障礙物，可避開第一障礙物而去獲取第二障礙物，可多探頭同時探測，支持直接采用KS236-N探頭返回N*3組數(shù)據(jù)來模擬N*3路探頭的探測效果，不僅能彌補深度攝像頭及激光雷達對玻璃、灰塵及車體底部空間探測不足，還能實現(xiàn)更大成本優(yōu)勢。
12個KS236超聲波雷達形成多個防護區(qū)圖示（來源：導(dǎo)向視覺）
以KS236為例子，12探頭除了實現(xiàn)傳統(tǒng)的12個防區(qū)，還可以多探頭同時探測，形成36個防區(qū)。形成36個防區(qū)時，相當(dāng)于每個防區(qū)的批量成本僅十余元，具有巨大的成本優(yōu)勢。
KS206/KS216/KS236最小可以編輯到水平50°豎直16度，最大水平135°豎直60°，幾乎涵蓋所有場景的機器人。例如，高度僅20~30cm的割草機或AGV，可以將KS206的2~4探頭，波束角編輯為水平50°豎直16度。對于清潔機器人，采用KS216的6~8探頭，波束角可以編輯為水平80°豎直30°。
從左到右：KS206/KS216/KS236圖示（來源：導(dǎo)向視覺）
對于礦山車、物流車、港口車輛，可以采用KS236的10~12探頭，波束角編輯為水平100°豎直50°或更大。由于每個探頭均可獨立編輯波束角，對于機器人的不同部位的探測FOV要求適應(yīng)性好。KS236整機防水，對于一些越野、建筑、牧場、礦山、暴雨等泥濘揚塵場合均可可靠工作。
實現(xiàn)復(fù)雜超聲編碼，100%抗干擾
超聲波的工作原理是基于聲波的發(fā)送和接收，工作過程中可能會面臨電源、電機、噪音、機械振動等干擾，干擾可能影響超聲波信號，導(dǎo)致信號失真或弱化，以致傳感器誤報或失效。
為了保證超聲波雷達用于自動駕駛車輛的作業(yè)效果，行業(yè)一直在加大抗干擾相關(guān)技術(shù)的研究。如在自體聲波識別技術(shù)方面，導(dǎo)向公司采用了自研專利技術(shù)，通過對聲波進行振幅、頻率、周期、周期差的組合進行綜合隨機編碼，可以更加有效地避免干擾，這項技術(shù)還申請了多項中國及美國專利。
隨機編碼技術(shù)應(yīng)用于超聲波雷達自體聲波識別（來源：導(dǎo)向視覺）
隨機編碼技術(shù)工作原理（來源：導(dǎo)向視覺）
通過隨機編碼矩陣，在聲波的載體上，承載幅度信息及時間間隔等信息，以隨機編碼波形的方式進一步提高了超聲波雷達的抗干擾能力。導(dǎo)向超聲能夠在復(fù)雜的環(huán)境中準確識別目標，并有效濾除干擾信號，從而提高雷達感知系統(tǒng)的可靠性。
全面滿足市場需求，客戶訂單穩(wěn)步增長
超聲波雷達雖不如激光雷達、攝像頭等在自動駕駛行業(yè)的關(guān)注度高，但對于自動駕駛車輛全面準確地感知外部環(huán)境也至關(guān)重要。導(dǎo)向公司作為領(lǐng)先的超聲波雷達供應(yīng)商，其產(chǎn)品在低速無人駕駛領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，年均出貨超10萬臺套，特別是在無人環(huán)衛(wèi)、無人配送、無人巡檢幾大業(yè)務(wù)板塊覆蓋率高。
導(dǎo)向公司低速無人駕駛行業(yè)用超聲波雷達出貨情況（來源：導(dǎo)向視覺）
安防巡檢
電力行業(yè)是安防巡檢機器人應(yīng)用最廣泛的場景之一，重點應(yīng)用場景涵蓋變電站、輸電線路、配電房等。但在這些場所，電磁干擾是影響感知效果的重要因素之一。
而安防巡邏機器人需要在人流量大、流動性強、環(huán)境復(fù)雜的場景中運行，在人群密集的場所，機器人需要準確地識別出障礙物并精準避障，但由于人群的繁雜性和流動性，這一任務(wù)變得更加困難。種種感知難點都對傳感器的性能提出了更高要求。
導(dǎo)向公司的超聲波雷達產(chǎn)品KS114，自2019年上市以來，已經(jīng)廣泛用于巡檢機器人、電力機器人、軌道機器人、清潔機器人等多個領(lǐng)域。該產(chǎn)品經(jīng)受各種不同惡劣戶外環(huán)境的考驗，無論風(fēng)吹、日曬、雨淋，均保證了運行零故障率，產(chǎn)品復(fù)購率極高。
KS114還衍生出了多款針對特殊環(huán)境的高性能產(chǎn)品，如KS114N，在零下40℃的極寒低溫環(huán)境也可以正常工作；KS114NE，可以抗電磁干擾，其允許臨近電機布置而不被干擾，而其自體聲波識別技術(shù)則可以避開大部分同頻干擾。這些性能優(yōu)勢，有利于巡檢機器人在變電站、配電房等場所保持穩(wěn)定精準的環(huán)境感知。
清潔環(huán)衛(wèi)
在清潔機器人領(lǐng)域，導(dǎo)向公司已與國邦清潔機器人、卡赫清潔機器人、智行者、賽特智能、高仙機器人、盈峰環(huán)境等保持長期合作。其中，與高仙機器人的合作持續(xù)了超10年。
2024年，導(dǎo)向公司各大客戶在無人趨勢的市場推動下，加大了采購量，相較于2023年導(dǎo)向公司在清潔機器人領(lǐng)域的銷量增長了40%。同時也新增了許多優(yōu)秀合作商。例如浙江有鹿機器人，云潔、金皇冠、小黃蜂、科棒安等。
除了低速無人駕駛各大典型應(yīng)用場景，在人形機器人領(lǐng)域，導(dǎo)向公司也有深耕，并與銀河通用機器人、星塵智能等建立了深入的合作。部分客戶的人形機器人導(dǎo)向超聲雷達訂單量累積已超過6000臺。
立足材料本身，豐富導(dǎo)向超聲生態(tài)
導(dǎo)向的機器視覺，不依賴于激光或攝像頭的光子感知技術(shù)，而是依賴于空氣分子感知技術(shù)?？諝夥肿拥闹睆郊s0.3nm，對固體或液體擁有良好的感知效果。驅(qū)動空氣分子以特定的頻率振動，使其通過縱波的方式穿透水霧或灰塵，對物體表面進行轟擊并返回，接收返回的空氣分子縱波集群，可以對物體的形狀外觀尺寸進行識別。具有不受水霧影響的優(yōu)勢，積聚在傳感器表面的灰塵泥漿均不影響識別效果。
相比較激光雷達、攝像頭、毫米波雷達對近距離透明物體難以可靠識別，導(dǎo)向超聲可以敏感探測到透明物體例如水、玻璃、聚碳酸脂等高透明物體。通過不斷改進驅(qū)動空氣分子振動的振動基底的材料及工藝，可以實現(xiàn)超聲換能片的零盲區(qū)激發(fā)及變頻驅(qū)動，實現(xiàn)單頭零盲區(qū)探測及更高階抗干擾的效果。相關(guān)技術(shù)公司目前已提交100+項中美專利。其中大部分專利采用延遲公開之策略，以確保技術(shù)有效保護。
蝙蝠喉部示意圖（來源：University of Southern Denmark）
導(dǎo)向并不滿足于1mm精度，也不滿足于僅僅數(shù)百像素點識別及1元硬幣尺寸大小的尺寸極限，不滿足于聲波的感知速率。相較于蝙蝠所發(fā)的超聲波，導(dǎo)向所操控的超聲波與之仍存在巨大差距。上圖中蝙蝠喉部聲帶，其厚度可小至人類聲帶的1%，僅50μm，頻率20-160 kHz可變。依托于蝙蝠聲帶的回聲高速定位，蝙蝠可以通過變頻的超聲波實現(xiàn)對飛舞蚊蟲的高效定位，蚊蟲大小甚至種類，飛翔方向都可以準確識別。
依托蝙蝠仿生學(xué)，導(dǎo)向參考蝙蝠聲帶結(jié)構(gòu)開發(fā)了導(dǎo)向超敏壓電陶瓷片技術(shù)。其將超聲部激發(fā)結(jié)構(gòu)壓縮到數(shù)十μm厚度上，并在其上疊層了至少3層復(fù)合材料。這種結(jié)構(gòu)具有奇妙的特性，例如耐極寒低溫特性，零盲區(qū)特性，可變頻特性等。其可變頻率范圍目前已經(jīng)支持20kHz~120kHz范圍廣譜。
耐老化性能也非常優(yōu)秀，戶外直面風(fēng)吹日曬雨淋一年均無性能變化，老化10億次測試后的性能也明顯優(yōu)于常規(guī)壓電陶瓷片。常規(guī)壓電陶瓷片在2億次老化后，余振性能及靈敏度會增加20%以上。而導(dǎo)向超敏壓電陶瓷片在老化10億次之后，余振及靈敏度并無明顯變化，穩(wěn)定性更好。導(dǎo)向超敏壓電陶瓷片技術(shù)目前已經(jīng)裝備于部分第六代超聲和第七代超聲上，實現(xiàn)零盲區(qū)及廣譜變頻抗干擾等常規(guī)超聲不能實現(xiàn)的功能。
?“持續(xù)為客戶提供高可靠性的產(chǎn)品，真誠的服務(wù)，再難也要堅持。”秉承這一核心企業(yè)文化，公司目前已經(jīng)推出了成熟的第六代超聲產(chǎn)品，今年推出的100%抗干擾的第七代超聲產(chǎn)品是對超聲應(yīng)用范圍的進一步提升（迭代詳細情況見前文附表）。
為確保技術(shù)的高效迭代并滿足客戶需求，導(dǎo)向計劃今年同時推出超聲成像級108像素點云KS308及324像素點云超聲(KS338FOV:120H*40V)。此類3D高像素點云超聲將支持客戶用于迭代或彌補三維激光雷達或深度攝像頭所不能勝任的場景，滿足更高要求作業(yè)需要。
