Автомобильный лидар и как он работает

Что такое Лидар (LiDAR)? Лидар сочетает в себе возможности радиолокационной дальности с угловым разрешением камеры, чтобы обеспечить точное определение глубины для завершения изображения (рис. 1).

Рис. 1. Камеры, радар и лидар — три предпочтительные технологии для автономного вождения. (Изображение предоставлено АДИ)

Визуальная часть представляет видимость камеры или водителя, классификацию объектов и поперечное разрешение. Темнота и погодные условия, такие как снег, пыль или дождь, могут ухудшить эти возможности. Радиолокационная часть представляет собой возврат радиочастотного сигнала. Этот сигнал невосприимчив к погодным условиям и темноте, а также измеряет расстояние. Лидарная часть может дополнить картину обнаружения, обеспечивая дополнительную классификацию объектов, боковое разрешение, дальность и проникновение в темноту.

Как работает лидар?
Основные элементы лидарной системы включают систему передатчика прямоугольных волн, целевую среду и систему оптического приемника, используемую для интерпретации расстояний до внешних элементов в окружающей среде. Метод лидарного зондирования использует свет в форме импульсного лазера для измерения дальности путем анализа времени пролета (ToF) отраженного сигнала (рис. 2).

Рисунок 2: Каждый передающий блок лидара имеет треугольное «поле зрения». (Изображение предоставлено Бонни Бейкер)

Рисунок расстояния зависит от оптического цифрового сигнала.

Сигналы в цифровой области
Схемное решение лидара заключается в решении проблемы приема сигнала через автомобильный трансимпедансный усилитель. Входной каскад используется для приема отрицательных импульсов входного тока от фотоприемника (рис. 3).

Рисунок 3: Электронная часть лидара состоит из лазерного диода-передатчика и двух фотодиодных приемников. (Изображение предоставлено Бонни Бейкер)

Лазерные диоды передают цифровые импульсы через кусок стекла. Этот сигнал также отражается на фотодиоде D2. Обработка этого сигнала обеспечивает время прохождения и электронную задержку, встроенную в систему.
Импульсы цифрового светового сигнала попадают на объект и отражаются обратно в оптическую систему. Возвращающийся импульс зеркально отражается на втором фотодиоде D1. Электронная часть пути сигнала D1 такая же, как и путь сигнала D2. Время полета можно рассчитать после того, как два сигнала достигнут микроконтроллера (MCU).

Снимок рынка
Автомобильные лидарные системы используют импульсный лазерный свет для измерения расстояния между двумя транспортными средствами. Автомобильные системы используют лидар для контроля скорости автомобиля и тормозных систем в ответ на внезапные изменения условий движения. Лидар играет важную роль в полуавтоматических или полностью автоматических функциях помощи автомобилям, таких как системы предупреждения и предотвращения столкновений, помощь в удержании полосы движения, предупреждение о выходе из полосы движения, мониторинг слепых зон и адаптивный круиз-контроль. Автомобильный лидар заменяет радарные системы в более ранних системах автоматизации транспортных средств. Лидарные системы могут работать на расстоянии от нескольких метров до более 1000 метров.

Рисунок 4. Рынок автомобильных лидаров разделен на полуавтономные и полностью автономные транспортные средства. (Источник изображения: Allied Market Research)

Беспилотные автомобили уже широко используются, и лидарные системы визуализации еще больше улучшат ситуацию. Радар, камеры и лидарное оборудование по-прежнему являются предпочтительными технологиями для полуавтономного и полностью автономного вождения, и цена лидара падает, а рынок ускоряет эти изменения.