Początków LiDAR-u można doszukiwać się w latach 60. XX wieku. W 1960 roku, po wynalezieniu lasera rubinowego, technologia LiDAR zaczęła się stopniowo rozwijać. W 1962 roku Massachusetts Institute of Technology z sukcesem zmierzył odległość między Ziemią a Księżycem za pomocą LiDAR i od tego czasu naukowcy nieustannie odkrywają potencjalną wartość LiDAR-u. LiDAR został po raz pierwszy zastosowany w samochodach w wyzwaniu związanym z pojazdami bezzałogowymi i od tego czasu LiDAR montowany w pojazdach szybko się rozwija w dziedzinie inteligentnej jazdy.
Jak sama nazwa wskazuje, LiDAR jest radarem pracującym w paśmie częstotliwości optycznej. Jest to system radarowy, który wykrywa położenie, prędkość i inne charakterystyczne wielkości celu poprzez emisję wiązek laserowych. Jego działanie polega na wyemitowaniu w pierwszej kolejności sygnału detekcji fali elektromagnetycznej w paśmie częstotliwości optycznej w kierunku obiektu docelowego, a następnie porównaniu otrzymanego sygnału odbitego od celu, czyli tego samego sygnału falowego, z sygnałem nadawanym i dokonaniu odpowiedniego przetwarzania w celu uzyskania lokalizacji celu, stanu ruchu i innych charakterystycznych informacji, umożliwiając w ten sposób wykrycie i identyfikację celu. Maksymalna odległość wykrywania sięga 200 metrów. W porównaniu z radarem działającym na falach milimetrowych, LiDAR może uzyskać trójwymiarową charakterystykę kształtu przeszkód, a także lokalizację i prędkość przeszkód. Dzięki temu LiDAR może także wykonywać trójwymiarowe modelowanie otoczenia pojazdu oraz identyfikować różne przeszkody dynamiczne i statyczne.
Technologia LiDAR jest uznawana na całym świecie za podstawę inteligentnej technologii jazdy. W celu uzyskania lepszych wyników badań, gorącym punktem badawczym stał się układ optyczny LiDAR. LiDAR może zapewnić bogate informacje o środowisku, co również znacznie poprawia zdolność automatycznego unikania przeszkód w ramach inteligentnej jazdy. LiDAR to także zaawansowana metoda detekcji, która łączy technologię laserową z nowoczesną technologią detekcji fotoelektrycznej. Można go podzielić na system nadawczy, system odbiorczy, system skanujący i system przetwarzania informacji.
Lasery jako system nadawczy składają się zazwyczaj z laserów na dwutlenku węgla, laserów półprzewodnikowych, laserów na ciele stałym o przestrajalnych długościach fal i niektórych jednostek rozszerzających wiązkę optyczną; system odbiorczy zazwyczaj wykorzystuje teleskop i różne formy detektorów fotoelektrycznych, takie jak fotopowielacze, fotodiody półprzewodnikowe, fotodiody lawinowe, wieloelementowe urządzenia detekcyjne w podczerwieni i świetle widzialnym. LiDAR wykorzystuje dwa tryby pracy: impulsowy lub ciągły. Metodę detekcji można podzielić na rozpraszanie Mie, rozpraszanie Rayleigha, rozpraszanie Ramana, rozpraszanie Brillouina, fluorescencję, Doppler i inne radary laserowe zgodnie z różnymi zasadami detekcji.
W jaki sposób LiDAR dokonuje pomiaru odległości? Wiemy, że najważniejszą częścią pomiaru odległości LiDAR jest proces emisji i odbicia lasera. Następnie odległość do celu można obliczyć mierząc konkretny czas tego procesu, czyli czas lecącego lasera. Następnie, zgodnie z sygnałami emisji różnych laserów, można go podzielić na zakres lasera impulsowego i laser fazowy.
Dalmierz impulsowy oznacza po prostu, że LiDAR rejestruje odstęp czasu pomiędzy emisją wiązki lasera odbitej przez mierzony obiekt a otrzymaniem przez odbiornik. Na podstawie znanej prędkości światła można obliczyć zmierzoną odległość. Konkretna zależność obliczeniowa jest następująca:
D=CT/2 (1)
Gdzie: D to odległość detekcji; T to czas lotu; C to prędkość światła. Dalmierz laserowy fazowy wiąże się z problemem modulacji amplitudy sygnału laserowego. Amplituda modulowanego światła będzie zmieniać się okresowo w czasie. Dlatego możemy mierzyć zmiany fazy emisji i odbicia modulowanego lasera, aby uzyskać informacje o czasie i odległości. Radar laserowy obraca się ze stałą prędkością z określoną prędkością i w sposób ciągły emituje lasery podczerwone, odbierając jednocześnie sygnały laserowe z punktów odbicia, zawierające informacje takie jak odległość, czas i kąt poziomy punktu odbicia. Używamy wielu nadajników odpowiadających różnym kątom pionowym, a następnie wykorzystujemy te zmienne dane w celu uzyskania informacji o lokalizacji odpowiedniego punktu odbicia. Zbieramy współrzędne wszystkich punktów odbicia zebrane przez radar laserowy po obróceniu o 360 stopni w chmurę punktów, dzięki czemu możemy uzyskać kompleksowe informacje o środowisku.
Większość radarów laserowych dostępnych na rynku składa się obecnie z wielu komponentów i różnych opcji technicznych dla każdego komponentu, więc ich odpowiednie efekty i koszty są oczywiście różne. Ze względu na różną konstrukcję radary laserowe montowane na pojazdach można podzielić na mechaniczne obrotowe radary laserowe, hybrydowe radary laserowe półstałe i radary laserowe w pełni półprzewodnikowe. Technologia mechanicznego obrotowego radaru laserowego jest stosunkowo tradycyjna i dojrzała. Jego zaletą jest to, że może osiągnąć poziome pole widzenia 360 stopni, skanując otaczające środowisko, a jego zasięg jest stosunkowo długi. Jednak jego sprzęt jest duży, a jego montaż i debugowanie są stosunkowo skomplikowane. Koszt jest wysoki, a cykl produkcyjny długi. Żywotność elementów mechanicznych jest również trudna do spełnienia wymagań klasy samochodowej. Hybrydowe radary z laserem na ciele stałym to głównie radary laserowe MEMS (mikrowibracyjne zwierciadło), a radary z laserem na ciele stałym to głównie Flash (układ reflektorów) i OPA (optyczny układ fazowany). Wśród nich radary laserowe MEMS mają zalety małych rozmiarów, niskich kosztów i łatwej produkcji masowej, co czyni je najpowszechniej stosowanymi produktami technologicznymi w obecnych pojazdach autonomicznych.
W rzeczywistości poleganie na radarze laserowym w celu osiągnięcia inteligentnej jazdy to zdecydowanie za mało. Kiedy pojazdy bezzałogowe borykają się ze złożonymi warunkami drogowymi, potrzebna jest duża liczba czujników do gromadzenia i centralnego przetwarzania warunków drogowych w czasie rzeczywistym, aby pojazd mógł dokonać kompleksowej analizy i podjąć decyzję. Oczywiście pojedynczy czujnik tego samego typu nie jest w stanie zaspokoić potrzeb pojazdów bezzałogowych w zakresie analizy informacji o stanie dróg. Im bardziej złożone środowisko drogowe, tym więcej różnych typów czujników jest potrzebnych i ma swoje zalety.
Obecny sprzęt do jazdy autonomicznej na poziomie L2 opiera się głównie na konstrukcji składającej się z kamer, radarów fal milimetrowych i radarów ultradźwiękowych. Wśród nich zaletą komponentu kamery jest to, że może wyraźnie identyfikować przeszkody na drodze, ale w rzeczywistości na kamerę wpływa natężenie światła; Radar ultradźwiękowy to radar cofania, którego powszechnie używamy w życiu codziennym. Odległość pomiaru jest krótka i pogoda łatwo na nią wpływa; Radar działający na falach milimetrowych ma dużą zdolność przenikania dymu, dzięki czemu może dobrze rekompensować niedociągnięcia kamery i jest częściej stosowany w monitorowaniu martwego pola i wspomaganiu zmiany pasa ruchu. Chociaż może pracować w warunkach silnego oświetlenia i przystosować się do stosunkowo złych warunków pogodowych, jego dokładność oceny będzie gorsza.
Dlatego LiDAR może dokładniej wykryć konkretny zarys, odległość i inne informacje o przeszkodach i ogólnie rzecz biorąc, nie będzie błędnie oceniał ani nie pomijał przeszkód przed pojazdem. Efektywna odległość wykrywania LiDAR jest również większa niż w przypadku dwóch poprzednich. Teoretycznie wystarczająco duża odległość wykrywania może zapewnić dłuższy czas reakcji centrum przetwarzania informacji o pojeździe.
Nasz adres
B-1508 Ruiding Mansion, nr 200 Zhenhua Rd, dzielnica Xihu
Numer telefonu
0086 181 5840 0345
Poczta elektroniczna
info@brandnew-china.com
