Drošības lāzera sensora radara attāluma noteikšanas risinājums

LiDARLāzera sensors aktīvi izstaro lāzera gaismu un ar augstu precizitāti un augstu izšķirtspēju var iegūt tādu informāciju kā ielaušanās mērķa attālums, orientācija, ātrums un kontūra. Tas ir plaši izmantots tādās jomās kā pilsētu drošība un rūpnieciskā drošība. Šajā rakstā ir īsi iepazīstināti ar galvenajiem vietējiem un ārvalstu drošības lidaru ražotājiem un to produktu tehniskajām specifikācijām. Apvienojot dažādu drošības lietojumprogrammu vajadzības, lidar principi, raksturlielumi un pašreizējā situācija dažādās tehniskajās sistēmās tiek apspriesti no trim aspektiem: diapazona shēma, skenēšanas metode un gaismas avota izvēle. Visbeidzot, tiek apkopotas un perspektīvas drošības lidar lietojumprogrammu tendences un attīstības perspektīvas. Lai apmierinātu patērētāju drošības lietojumprogrammu vajadzības, drošības lidars turpinās attīstīties zemu izmaksu, augstas veiktspējas, serializācijas, miniaturizācijas, cietvielu, mikroshēmu un vairāku avotu integrācijas virzienos.

Lai noteiktu mērķa informāciju, drošības lidars var ne tikai tieši izmērīt lāzera impulsu lidojuma laiku, bet arī modulēt izstarotā lāzera signāla amplitūdu, frekvenci un fāzi, tādējādi netieši nosakot mērķa attālumu. Saskaņā ar noteikšanas metodi drošības lidara diapazona noteikšanas risinājumus var iedalīt impulsa lidojuma laikā (TOF), amplitūdas modulētajā nepārtrauktajā vilnī (AMCW) un frekvences modulētajā nepārtrauktajā vilnī (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW). Trīs veidi.

Impulsa TOF noteikšana izmanto impulsa gaismas signālus kā noteikšanas signālus un iegūst informāciju par mērķa attālumu, precīzi mērot atstarotās gaismas impulsu lidojuma laiku. Princips parādīts 1. attēlā. TOF risinājumu var pielietot apsardzei dažādos attālumos, piemēram, perimetra apsardzei un rūpnieciskajai drošībai. Tā tehniskais princips ir vienkāršs, un tā briedums ir augsts. Tajā pašā laikā ir atbilstoši nobrieduši moduļa komponenti un īpašas apstrādes mikroshēmas impulsu lāzera emisijai, uztveršanai un apstrādei. Turklāt jau ir liels skaits nobriedušu TOF risinājumu un komponentu, kas apvieno skenēšanas metodes, kas var viegli apmierināt tirgus pieprasījumu. Lielākā daļa Lidaru izmanto šo tehnisko mehānismu. Tomēr joprojām ir daudz problēmu, kas steidzami jāatrisina: pirmā ir slikta prettraucējumu novēršana, un atbalss signālu iegūšanas metode ar tiešu noteikšanu ir jutīga pret apkārtējās gaismas traucējumiem, kas rada drošības riskus; otrā ir zema noteikšanas jutība un liela impulsa jauda. Tas izvirza augstākas prasības ierīces veiktspējai un cilvēka acu drošībai; trešais ir darbības jebkuros laikapstākļos problēma. Šo metodi viegli ietekmē slikti laikapstākļi, piemēram, lietus, migla un sniegs. Dažādi drošības lidar ražotāji ir piedāvājuši atbilstošus risinājumus. Tostarp Beixing Photon TF03 drošības lidars izmanto multi-echo tehnoloģiju un apvieno kompensācijas algoritmus āra spēcīgai gaismai un lietus, sniega un miglas videi, lai nodrošinātu uzticamu noteikšanu skarbā āra vidē.

1. att. impulsa TOF LiDAR shēma

AMCW noteikšana atšķiras no tiešās impulsa noteikšanas. Tas izstaro nepārtrauktu lāzera signālu un modulē lāzera emisijas signāla amplitūdu. Attālumu mēra, nosakot fāzes atšķirību starp atbalss signālu un emisijas signālu. Princips parādīts 2. attēlā. AMCW parasti ir piemērots nelieliem un vidējiem attālumiem, piemēram, noteikšanas attālumiem no desmitiem metru līdz simtiem metru. Tā unikālā noteikšanas metode palīdz realizēt cietvielu apgabalu masīvu zibspuldzes skenēšanu. Tajā pašā laikā uz fāzēm balstītā diapazona precizitāte ir augsta, parasti sasniedzot milimetru līmeni.

2. att. AMCW LiDAR shēma

FMCW noteikšana izmanto lineāros frekvences modulācijas signālus, lai modulētu lāzeru, un iegūst informāciju par mērķa attālumu un momentāno ātrumu, salīdzinot momentānās frekvences starpību starp atstarotās gaismas signālu un vietējā oscilatora gaismas signālu. Princips ir parādīts 3. attēlā. Salīdzinot ar pirmajiem diviem, tā izcilā priekšrocība ir tā, ka tā var izmērīt mērķa attālumu un Doplera radiālo relatīvo ātrumu vienlaicīgi, var nodrošināt 4D informāciju, palīdzēt klasificēt mērķus un tam ir plašāks pielietojuma lauks; tai ir arī spēcīga izturība pret traucējumiem un augstāka jutība. Turklāt šī noteikšanas metode ir piemērota zemu izmaksu masveida ražošanai, izmantojot silīcija fotoniku un fāzu masīvu tehnoloģiju, taču pašreizējās tehnoloģijas briedums ir zems un ierīces ir salīdzinoši dārgas.

3. att. FMCW LiDAR shēma

Katram no trim diapazona risinājumiem ir savas īpašības un pielietojuma vērtība. Salīdzinot ar impulsa TOF noteikšanas un AMCW noteikšanas risinājumiem, FMCW tehnoloģijai ir ievērojamas priekšrocības un milzīgs potenciāls tehnoloģiju brieduma un izmaksu veiktspējas ziņā. Tomēr līdz šim joprojām pastāv problēmas FMCW tehnisko risinājumu pielietošanā drošības tirgū. Nepieciešamās augstas veiktspējas sastāvdaļas ir dārgas, un tās nevar ražot lielos daudzumos. Attīstoties pusvadītāju tehnoloģijai, svarīga tendence turpmākajā attīstībā ir fotoniskās integrācijas tehnoloģijas izmantošana, lai izveidotu mikroshēmā integrētu lidaru.

Kontaktinformācija:

Ja jums ir kādas idejas, droši sazinieties ar mums. Neatkarīgi no tā, kur atrodas mūsu klienti un kādas ir mūsu prasības, mēs ievērosim savu mērķi nodrošināt saviem klientiem augstu kvalitāti, zemas cenas un vislabāko servisu.