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如果把激光雷达和数码相机比作一个人的眼睛，超声波传感器就是人的耳朵。超声传感器可谓雷达的近亲——像雷达一样，发射波形信号，检测回波——不过超声波传感器发射的是超声波，不同于雷达的电磁波。
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超声波传感器根据物体反射回来的时间、频率、声波形状来监测位置和速度。超声波传感器一般分为两个部分：发送器和接收感应器。发送器产生振动频率高于20kHz的机械波，高于人耳能听到的频率范围；接收感应器感应到声波的回声并对其进行处理。
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超声波传感器有着许多与激光雷达、普通雷达相似的优缺点。就优点而言，它与雷达传感器一样都能穿透浓雾、尘土，能在刺眼的阳光下看清物体。声波的传输速度比电磁波慢上许多，这决定了它能以高分辨率来看清细小物体。同时由于声波的能量随着风和距离快速衰减，它只能近距离监测物体。因此，超声波常作为雷达实际应用中的补充，比如停车等近距离的精确检测。
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全球定位系统（GPS）
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虽然数字地图和各式雷达传感器在无人驾驶方面扮演着极其重要的角色，可是除了这两者意外，还有一项更为关键的技术——GPS全球定位系统。这个系统负责统筹和整合信息，并在高清数字地图上为汽车提供最终的精确定位。
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GPS是一项已经面世长达数十年的技术，最初用于军事领域；发展遵循摩尔定律，后来发展成为稳定可靠的、低成本的消费应用品。几十年前，GPS的接收器像冰箱一样庞大，而今天已经变成了小小一块芯片，嵌入手机、相机、平板电脑和汽车里。
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GPS接收器能接受太空卫星发回的信号，堪称尖端科技发展创下的奇迹。车内或手机里的GPS接收器通过聆听太空卫星发出的蜂鸣信号声，确定你所处地点的经纬度。每一个卫星遵行预先设定的轨道，能持续发出稳定的电脉冲流，精确到以秒为单位。
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太空中总共有24颗卫星为GPS系统提供信号，但GPS接收器只需要接收到4颗卫星就能计算出地球上的具体定位，而其余卫星的信号则更能帮助设备进一步做测量。每颗卫星发射自己专属的信号，GPS接收器把这些信号汇集后形成一股特有的信号，发给原有的卫星。工作中，卫星信号流源源不断地输入，GPS接收器必须仔细分辨聆听。通过计算信号响应之间的时间间隔，GPS接收器应用“三角定位”的数学方法计算出准确的位置。如果两颗卫星的信号同时到达，GPS接收器把这种情况判断为位置恰好处于距离中点的平分面上。
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在常见的驾驶环境中，GPS接收器能计算距离为4米，约13英尺。如果接收器提供的定位信息精确无误且持续更新，研发无人驾驶汽车的难度就可以大大降低。遗憾的是，由于大气环境中的云、雨等造成干扰，卫星信号可能遭遇屏蔽或延迟，导致计算结果产生偏差。
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都市驾驶的另一个严重问题是超声波的反射脉冲。如果你曾经在纽约的曼哈顿使用GPS设备，你一定感受过卫星脉冲信号遇上高层建筑产生反弹的情况——GPS系统出现混乱失控，节奏凌乱，每隔几分钟就产生新的定位。事实上是，从卫星上发出的部分脉冲信号，遇上了摩天大楼产生反弹，给接收器造成假象，误认为它们的抵达时间略有不同。就连最好的GPS系统也能被城市峡谷效应（Urban Canyon Effect）误导。
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内置的耳朵（IMU惯性测量单元）
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GPS的失误会造成灾难性的后果。卫星感知的缺失这个潜在的致命难题的解决方案是另一种军事技术的产物——惯性测量单元。这种装置有两种重要功能：它能弥补GPS的不准确计算；它还是无人驾驶汽车的“内置耳朵”，能够感应，也就是决定该走哪条路。
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惯性测量单元是一种多用途多功能的设备，它配有加速感应和定位感应，能记录汽车行驶的轨迹，从而也能看出诸如左右轮胎高度是否一致等问题。现代的惯性测量单元是一系列复杂设备的集合，包括里程计、加速计、陀螺仪和指南针。所产生的结果是各个设备数据经由复杂的预估算法解析后综合得出的。
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惯性测量单元是个独特的传感器，其传感范围局限于汽车主体之内。人类本身拥有一整套类似的感应系统，称为本体感觉（Proprioceptive Senses）。本体感觉，不同于我们外在的视觉和听觉，是对我们体内进行观察。平衡感就是一种本体感应。当你闭上眼睛坐在一辆驶离车站的列车上，你能感觉到加速，不用亲眼看见也正在向前行驶。这是另一种本体感觉。
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惯性测量单元使用了一种老式的导航技术——推测航行法，在GPS数据和修正其不准确率之间保持准确的汽车定位。几个世纪之前，水手在无边无际的大海中航行是依靠参照星星的位置判断方向。然而，当暴风雨来临时，星星被乌云遮蔽，问题就棘手了。推测航行法是通过水手上一次看到星星的时候来推算船走了多远，从而推出船目前的方位。通过测量相对地理位置，而不是绝对位置，水手能确保船只大多数情况下不偏离航线，直到天空放晴，星星再一次出现来指引他们。
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推测航行法还能运用在以下情形中：多云天气来临时，当船照常向前航行，水手会往船后扔下一捆绳索，上面间隔地系着常见的绳结。他们飞快地数算绳结浸入海面的数目，这样就能算出船速。甚至在今天，人们依然使用绳结法来计算船前进的速度。一旦水手得知船前进的速度，用指南针测出航行方向，他们也能算出从上一个已知的航行地点（我们常说的定点）到现在航行了有多远。在无人驾驶领域，当车子驶入隧道或是穿过紧凑布局的“城市峡谷”，接受不到卫星信号时，惯性测量单元也会使用类似的方案来解决。
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今天我们不用计算绳结往车后飞去的速率，汽车上的里程计在计算从上一个地方至今的里程，是通过统计车轮旋转的圈数。尽管车轮圈数是相对精确的机械数据，车程的累计仍然有些不确定因素。轮胎气压变化或汽车变换车道时，轮胎可能打滑。经过高速公路的环形路段时，里程计最后可能会统计出不同的车轮圈数，这取决于汽车行驶在内车道还是外车道，由于两车道的距离差异，统计的里程数可相差数十米。
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由于简易的里程计的读数并非完全准确，惯性测量单元通过启用加速感应器来解决该问题。当汽车匀速行驶，加速度记录数为零，这与我们的直觉相悖。只有当汽车增速，减速或突然转向，加速度才有变化。若GPS失灵，惯性测量单元则结合加速计与里程计的数据进行计算。然而加速计本身不提供汽车行驶的方向。这时指南针开始发挥作用。惯性测量单元加上GPS系统和指南针构成一个强大、万无一失的组合。而且，惯性测量单元的功能不仅仅是充当GPS失灵的替代品，还能为无人驾驶汽车提供平衡感。
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机器人专家把机器人的空间方位感称为“位姿（Pose）”，一辆汽车的“位姿”是车前端指向的方向和车身倾斜的角度。要测量“位资”，我们需要在惯性测量单元的组合中再增加一个感应器：陀螺仪。陀螺仪（分为机械陀螺仪和光学陀螺仪两种）是个高速回转体，用于测量位姿。惯性测量单元需要获取三种信息才能测量和记录汽车的物理空间方位：车辆前进的方向、车前端的俯仰角度和倾斜侧角度。此时，古老的航海技术再一次在现代惯性测量单元身上留下了烙印。古代造船工匠和现代的航天工程师不约而同地将这三种测量车或船的维度称作：偏航角（车辆左/右转的角度）、仰俯角（船只或车辆发出的噪声高低）、翻滚角（从一边到另一边的倾斜度）。
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即使GPS系统运行良好，确定车辆的“位姿”仍是一项重要的安全机制。假设汽车在冰封的路面上开始打滑，它的偏航角从零度猛增至360度（原地打圈）；当它走下坡路时两个车轮打滑的程度不同，则仰俯角就会开始前移；如果这种状况持续发生，那么当两个车轮脱离地面，车子开始滚动。
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惯性测量单元实时测量汽车的偏航角、仰俯角和翻滚角，并把数据输入软件，好让驾驶系统及时调整：打滑时踩下刹车，可能翻车时发出危险警报。今天大多数的普通汽车都安装了用于记录车辆行踪的内置惯性测量设备，使车轮上的减震器更加平稳。无人驾驶汽车，同样离不开惯性测量单元。
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现代惯性测量单元是摩尔定律的又一例证。这个设备始于二战期间，比硅晶片出现得还要早，是一种结构复杂的机械设备，最初被用于计算火箭发射的最佳弹道。
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最初一款高档、制作精良的设备，只能被应用于商业船只和潜水艇，其造价高达100万美元。但服从于摩尔定律，其成本在不断下降。20世纪80年代，惯性测量技术受到软件和微传感器问世的影响而转型。以微传感器为代表的微机电系统（micro electro-mechanical systems）大大改变了惯性测量技术，使它从昂贵、专用于太空飞行和军事领域的设备转变为相对小型和平价的导航系统单元。如今，每部手机里都能嵌入简单的惯性测量单元。大多数智能手机能够通过指南针来分辨方位。如果你在长途飞行中，可能会看到有的乘客在玩游戏时，不时轻轻晃动或左右摇摆手中的iPad，这就是惯性测量设备的具体应用。
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除了高价以外，惯性测量技术最大弱点就是不能脱离GPS长时间工作，否则会产生偏移。各个微传感器所产生的微小偏差累积起来就成了大问题。缺乏准确的卫星数据指导，就像古时候的船只在航行中遭遇好几周的多云天气，即使再精确的惯性测量设备也不能准确测定航线。
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