Lidar samochodowy i jak to działa

Co to jest Lidar (LiDAR)? Lidar łączy możliwości radaru do określania odległości z rozdzielczością kątową kamery, aby zapewnić dokładne wykrywanie głębokości w celu uzupełnienia obrazu (rysunek 1).

Rysunek 1: Kamery, radar i lidar to trzy technologie wybierane do autonomicznej jazdy. (Źródło zdjęcia: ADI)

Część wizualna reprezentuje widoczność z kamery lub kierowcy, klasyfikację obiektów i rozdzielczość boczną. Ciemność i warunki pogodowe, takie jak śnieg, kurz lub deszcz, mogą osłabić te zdolności. Część radarowa reprezentuje powrót sygnału RF. Sygnał ten jest odporny na warunki pogodowe i ciemność, jednocześnie mierząc odległość. Część lidarowa może uzupełnić obraz wykrywający, zapewniając dalszą klasyfikację obiektów, rozdzielczość boczną, zasięg i penetrację ciemności.

Jak działa lidar?
Podstawowe elementy systemu lidarowego obejmują system nadajnika fali prostokątnej, środowisko docelowe oraz system odbiornika optycznego służący do interpretacji odległości do elementów zewnętrznych w środowisku. Metoda wykrywania lidarowego wykorzystuje światło w postaci pulsującego lasera do pomiaru zasięgu poprzez analizę czasu przelotu (ToF) zwracanego sygnału (rysunek 2).

Rysunek 2: Każda jednostka nadawcza lidar ma trójkątne „pole widzenia”. (Źródło zdjęcia: Bonnie Baker)

Rysowanie odległości zależy od optycznego sygnału cyfrowego.

Sygnały w domenie cyfrowej
Rozwiązanie obwodu lidara polega na rozwiązaniu problemu odbioru sygnału przez samochodowy wzmacniacz transimpedancji. Stopień wejściowy służy do przyjmowania ujemnych impulsów prądu wejściowego z fotodetektora (Rysunek 3).

Rysunek 3: Elektroniczna część lidaru składa się z nadajnika diody laserowej i dwóch odbiorników fotodiod. (Źródło zdjęcia: Bonnie Baker)

Diody laserowe przesyłają impulsy cyfrowe przez kawałek szkła. Sygnał ten odbija się również na fotodiodzie D2. Przetwarzanie tego sygnału zapewnia czas tranzytu i opóźnienie elektroniczne wbudowane w system.
Impulsy cyfrowego sygnału świetlnego uderzają w obiekt i odbijają się z powrotem do układu optycznego. Powracający impuls jest odbijany lustrzanie na drugiej fotodiodzie D1. Część elektroniczna ścieżki sygnału D1 jest taka sama jak ścieżka sygnału D2. Czas lotu można obliczyć po dotarciu dwóch sygnałów do mikrokontrolera (MCU).

Migawka z rynku
Samochodowe systemy lidarowe wykorzystują pulsacyjne światło laserowe do pomiaru odległości między dwoma pojazdami. Systemy motoryzacyjne wykorzystują lidar do kontrolowania prędkości pojazdu i układów hamulcowych w odpowiedzi na nagłe zmiany warunków ruchu. Lidar odgrywa ważną rolę w pół- lub w pełni automatycznych funkcjach wspomagania samochodu, takich jak systemy ostrzegania i unikania kolizji, asystent utrzymania pasa ruchu, ostrzeganie o opuszczeniu pasa ruchu, monitory martwego pola i adaptacyjny tempomat. Lidar samochodowy zastępuje systemy radarowe we wcześniejszych systemach automatyki pojazdów. Systemy Lidar mogą mieć zasięg od kilku metrów do ponad 1000 metrów.

Rysunek 4: Rynek lidarów motoryzacyjnych jest podzielony na półautonomiczne iw pełni autonomiczne zastosowania pojazdów. (Źródło obrazu: Allied Market Research)

Samojezdne samochody są już w powszechnym użyciu, a systemy obrazowania lidar jeszcze bardziej poprawią sytuację. Radar, kamery i lidar to wciąż technologie wybierane do półautonomicznej i w pełni autonomicznej jazdy, a cena lidaru spada, a rynek przyspiesza tę zmianę.