Automotive lidar και πώς λειτουργεί

Τι είναι το Lidar (LiDAR); Το Lidar συνδυάζει τις δυνατότητες εμβέλειας ραντάρ με τη γωνιακή ανάλυση της κάμερας για να παρέχει ακριβή ανίχνευση βάθους για την ολοκλήρωση της εικόνας (Εικόνα 1).

Εικόνα 1: Κάμερες, ραντάρ και lidar είναι οι τρεις τεχνολογίες επιλογής για αυτόνομη οδήγηση. (Πίστωση εικόνας: ADI)

Το οπτικό μέρος αντιπροσωπεύει την ορατότητα της κάμερας ή του οδηγού, την ταξινόμηση αντικειμένων και την πλευρική ανάλυση. Το σκοτάδι και οι καιρικές συνθήκες όπως το χιόνι, η σκόνη ή η βροχή μπορούν να επηρεάσουν αυτές τις ικανότητες. Το τμήμα ραντάρ αντιπροσωπεύει την επιστροφή του σήματος RF. Αυτό το σήμα είναι απρόσβλητο στις καιρικές συνθήκες και στο σκοτάδι, ενώ μετράει και την απόσταση. Το τμήμα lidar μπορεί να ολοκληρώσει την εικόνα αίσθησης παρέχοντας περαιτέρω ταξινόμηση αντικειμένων, πλευρική ανάλυση, εμβέλεια και διείσδυση στο σκοτάδι.

Πώς λειτουργεί το lidar;
Τα βασικά στοιχεία ενός συστήματος lidar περιλαμβάνουν ένα σύστημα πομπού τετραγωνικών κυμάτων, το περιβάλλον στόχο και ένα σύστημα οπτικού δέκτη που χρησιμοποιείται για την ερμηνεία των αποστάσεων από τα εξωτερικά στοιχεία του περιβάλλοντος. Η μέθοδος ανίχνευσης lidar χρησιμοποιεί φως με τη μορφή παλμικού λέιζερ για τη μέτρηση της εμβέλειας αναλύοντας το χρόνο πτήσης (ToF) του επιστρεφόμενου σήματος (Εικόνα 2).

Εικόνα 2: Κάθε μονάδα μετάδοσης lidar έχει ένα τριγωνικό «πεδίο θέασης». (Εικόνα: Bonnie Baker)

Η σχεδίαση της απόστασης εξαρτάται από το οπτικό ψηφιακό σήμα.

Σήματα στον ψηφιακό τομέα
Η λύση κυκλώματος του lidar είναι να λύσει το πρόβλημα της λήψης σήματος μέσω ενισχυτή transimpedance αυτοκινήτου. Το στάδιο εισόδου χρησιμοποιείται για την αποδοχή αρνητικών παλμών ρεύματος εισόδου από τον φωτοανιχνευτή (Εικόνα 3).

Εικόνα 3: Το ηλεκτρονικό μέρος ενός lidar αποτελείται από έναν πομπό διόδου λέιζερ και δύο δέκτες φωτοδιόδου. (Εικόνα: Bonnie Baker)

Οι δίοδοι λέιζερ μεταδίδουν ψηφιακούς παλμούς μέσα από ένα κομμάτι γυαλιού. Αυτό το σήμα αντανακλάται επίσης στη φωτοδίοδο D2. Η επεξεργασία αυτού του σήματος παρέχει το χρόνο μετάβασης και την ηλεκτρονική καθυστέρηση που είναι ενσωματωμένη στο σύστημα.
Οι παλμοί ψηφιακού φωτεινού σήματος χτυπούν το αντικείμενο και αντανακλώνται πίσω στο οπτικό σύστημα. Ο παλμός επιστροφής αντικατοπτρίζεται στη δεύτερη φωτοδίοδο D1. Το ηλεκτρονικό τμήμα της διαδρομής σήματος D1 είναι το ίδιο με τη διαδρομή σήματος D2. Ο χρόνος πτήσης μπορεί να υπολογιστεί αφού τα δύο σήματα φτάσουν στον μικροελεγκτή (MCU).

Στιγμιότυπο αγοράς
Τα συστήματα lidar αυτοκινήτων χρησιμοποιούν παλμικό φως λέιζερ για να μετρήσουν την απόσταση μεταξύ δύο οχημάτων. Τα συστήματα αυτοκινήτων χρησιμοποιούν το lidar για τον έλεγχο της ταχύτητας του οχήματος και τα συστήματα πέδησης σε απόκριση σε ξαφνικές αλλαγές στις συνθήκες κυκλοφορίας. Το Lidar διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε ημιαυτόματες ή πλήρως αυτόματες λειτουργίες υποβοήθησης αυτοκινήτου, όπως συστήματα προειδοποίησης και αποφυγής σύγκρουσης, υποβοήθηση διατήρησης λωρίδας, προειδοποίηση αναχώρησης λωρίδας, οθόνες τυφλού σημείου και προσαρμοστικό cruise control. Το Automotive lidar αντικαθιστά τα συστήματα ραντάρ σε προηγούμενα συστήματα αυτοματισμού οχημάτων. Τα συστήματα Lidar μπορούν να κυμαίνονται από λίγα μέτρα έως και πάνω από 1.000 μέτρα.

Σχήμα 4: Η αγορά αυτοκινήτων lidar χωρίζεται σε ημιαυτόνομες και πλήρως αυτόνομες εφαρμογές οχημάτων. (Πηγή εικόνας: Allied Market Research)

Τα αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα είναι ήδη σε ευρεία χρήση και τα συστήματα απεικόνισης lidar θα βελτιώσουν περαιτέρω την κατάσταση. Το ραντάρ, οι κάμερες και ο εξοπλισμός lidar εξακολουθούν να είναι οι τεχνολογίες επιλογής για ημιαυτόνομη και πλήρως αυτόνομη οδήγηση, και η τιμή του lidar πέφτει και η αγορά επιταχύνει αυτήν την αλλαγή.