Původ LiDAR lze vysledovat až do 60. let minulého století. V roce 1960, po vynálezu rubínového laseru, se technologie LiDAR začala postupně rozvíjet. V roce 1962 Massachusetts Institute of Technology úspěšně změřil vzdálenost mezi Zemí a Měsícem pomocí LiDAR a od té doby vědci neustále objevují potenciální hodnotu LiDAR. LiDAR byl poprvé použit v automobilech jako výzva pro bezpilotní vozidla a od té doby se LiDAR namontovaný na vozidle rychle rozvinul v oblasti inteligentního řízení.
Jak název napovídá, LiDAR je radar, který pracuje v optickém frekvenčním pásmu. Jde o radarový systém, který vyzařováním laserových paprsků zjišťuje polohu, rychlost a další charakteristické veličiny cíle. Jeho pracovní proces spočívá v tom, že nejprve vyšle signál detekce elektromagnetických vln v optickém frekvenčním pásmu směrem k cílovému objektu a poté porovná přijatý signál odražený od cíle, tj. stejný vlnový signál, s přenášeným signálem a provede příslušné zpracování. k získání polohy cíle, stavu pohybu a dalších charakteristických informací, čímž se realizuje detekce a identifikace cíle. Jeho maximální detekční vzdálenost dosahuje 200 metrů. Ve srovnání s radarem s milimetrovými vlnami dokáže LiDAR získat kromě umístění a rychlosti překážek také trojrozměrné tvarové charakteristiky překážek. LiDAR tedy dokáže provádět i trojrozměrné modelování prostředí vozidla a identifikovat různé dynamické a statické překážky.
Technologie LiDAR je mezinárodně uznávána jako základ inteligentní technologie řízení. Za účelem získání lepších výsledků testů se optický systém LiDAR stal výzkumným hotspotem. LiDAR může poskytovat bohaté informace o životním prostředí, což také výrazně zlepšuje schopnost automatického vyhýbání se překážkám při inteligentním řízení. LiDAR je také pokročilá detekční metoda, která kombinuje laserovou technologii s moderní technologií fotoelektrické detekce. Lze jej rozdělit na vysílací systém, přijímací systém, skenovací systém a zpracování informací.
Lasery jako jeho vysílací systém se obecně skládají z laserů na oxid uhličitý, polovodičových laserů, pevných laserů s laditelnými vlnovými délkami a některých expanzních jednotek optického paprsku; přijímací systém obecně používá dalekohled a různé formy fotoelektrických detektorů, jako jsou fotonásobiče, polovodičové fotodiody, lavinové fotodiody, infračervené a viditelné světlo víceprvková detekční zařízení. LiDAR využívá dva pracovní režimy: pulzní nebo spojitá vlna. Metoda detekce může být rozdělena na Mieův rozptyl, Rayleighův rozptyl, Ramanův rozptyl, Brillouinův rozptyl, fluorescenční, Dopplerovy a další laserové radary podle různých principů detekce.
Jak tedy LiDAR dosahuje měření vzdálenosti? Víme, že nejdůležitější částí měření vzdálenosti LiDAR je proces laserové emise a odrazu. Poté lze vypočítat vzdálenost cíle měřením specifického času tohoto procesu, tedy doby letícího laseru. Podle emisních signálů různých laserů je pak možné rozdělit na pulsní laserový rozsah a fázový laserový rozsah.
Pulzní laserový rozsah jednoduše znamená, že LiDAR zaznamenává časový interval mezi emisí laserového paprsku odraženého měřeným objektem a přijatým přijímačem. Podle známé rychlosti světla lze vypočítat naměřenou vzdálenost. Konkrétní výpočetní vztah je následující:
D=CT/2 (1)
Kde: D je detekční vzdálenost; T je doba letu; C je rychlost světla. Fázový laserový rozsah zahrnuje problém amplitudové modulace laserového signálu. Amplituda modulovaného světla se bude v průběhu času periodicky měnit. Můžeme tedy měřit fázové změny emise a odrazu modulovaného laseru, abychom získali informace o čase a vzdálenosti. Laserový radar se otáčí konstantní rychlostí určitou rychlostí a nepřetržitě vysílá infračervené lasery, přičemž přijímá laserové signály z bodů odrazu, včetně informací, jako je vzdálenost, čas a horizontální úhel bodu odrazu. Používáme více vysílačů, abychom odpovídali různým vertikálním úhlům, a pak tato proměnná data používáme k získání informací o poloze odpovídajícího bodu odrazu. Shromažďujeme souřadnice všech bodů odrazu shromážděných laserovým radarem po otočení o 360 stupňů do mračna bodů a poté můžeme získat všestranné informace o prostředí.
Běžné laserové radary na trhu mají nyní mnoho komponent a různé technické možnosti pro každou komponentu, takže jejich odpovídající účinky a náklady jsou přirozeně odlišné. Podle jejich různých struktur lze laserové radary namontované ve vozidlech rozdělit na mechanické rotační laserové radary, hybridní polotuhé laserové radary a plně pevnolátkové laserové radary. Technologie mechanického rotačního laserového radaru je poměrně tradiční a vyspělá. Jeho výhodou je, že dokáže dosáhnout 360° horizontálního skenování okolního prostředí a jeho dosah je poměrně dlouhý. Jeho zařízení je však rozměrově velké a jeho montáž a odladění je poměrně složité. Náklady jsou vysoké a výrobní cyklus je dlouhý. Životnost mechanických součástí je také obtížné splnit požadavky automobilové třídy. Hybridní pevnolátkové laserové radary jsou hlavně MEMS (mikrovibrační zrcadlové) laserové radary a pevnolátkové laserové radary jsou hlavně Flash (floodlight array) a OPA (optical phased array). Mezi nimi mají laserové radary MEMS výhody malých rozměrů, nízkých nákladů a snadné hromadné výroby, což z nich dělá nejrozšířenější technologické produkty pro současná autonomní vozidla.
Ve skutečnosti ani zdaleka nestačí spoléhat se na laserový radar k dosažení inteligentního řízení. Když bezpilotní vozidla čelí složitým podmínkám vozovky, je zapotřebí velký počet senzorů pro sběr a centrální zpracování stavu vozovky v reálném čase, aby vozidlo mohlo provést komplexní analýzu a učinit rozhodnutí. Jediný, stejný typ senzoru samozřejmě nemůže uspokojit potřeby bezpilotních vozidel pro analýzu informací o stavu vozovky. Čím složitější je prostředí vozovky, tím více různých typů senzorů s vlastními výhodami je potřeba.
Současný hardware pro autonomní řízení na úrovni L2 většinou využívá design skládající se z kamer, radarů s milimetrovými vlnami a ultrazvukových radarů. Mezi nimi je výhodou komponentu kamery, že dokáže jasně identifikovat překážky na silnici, ale kamera je ve skutečnosti ovlivněna intenzitou světla; ultrazvukový radar je couvací radar, který široce používáme v každodenním životě. Jeho měřicí vzdálenost je krátká a je snadno ovlivněna počasím; milimetrový radar má silnou schopnost pronikat kouřem, takže dokáže dobře vynahradit nedostatky kamery a více se používá při sledování mrtvého úhlu a asistenci při změně jízdního pruhu. Přestože může pracovat v prostředí se silným světlem a dokáže se přizpůsobit relativně špatným povětrnostním podmínkám, přesnost jeho úsudku bude horší.
LiDAR proto dokáže přesněji detekovat konkrétní obrys, vzdálenost a další informace o překážkách a obecně nebude špatně odhadovat nebo minout překážky před vozidlem. Efektivní detekční vzdálenost LiDAR je také větší než u předchozích dvou. Teoreticky může dostatečně dlouhá detekční vzdálenost poskytnout více reakčního času pro centrum zpracování informací o vozidle.
Naše adresa
B-1508 Ruiding Mansion, č. 200 Zhenhua Rd, okres Xihu
Telefonní číslo
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
