Automobilový lidar a ako to funguje

Čo je Lidar (LiDAR)? Lidar kombinuje možnosti radarového určovania vzdialenosti s uhlovým rozlíšením kamery, aby poskytoval presné snímanie s vedomím hĺbky na dokončenie obrazu (obrázok 1).

Obrázok 1: Kamery, radar a lidar sú tri technológie voľby pre autonómne riadenie. (Obrazový kredit: ADI)

Vizuálna časť predstavuje viditeľnosť kamery alebo vodiča, klasifikáciu objektov a bočné rozlíšenie. Tma a poveternostné podmienky ako sneh, prach alebo dážď môžu tieto schopnosti narušiť. Radarová časť predstavuje návrat RF signálu. Tento signál je odolný voči poveternostným podmienkam a tme a zároveň meria vzdialenosť. Lidarová časť môže doplniť snímaný obraz poskytnutím ďalšej klasifikácie objektu, bočného rozlíšenia, rozsahu a prenikania do tmy.

Ako funguje lidar?
Medzi základné prvky systému lidar patrí systém vysielača so štvorcovými vlnami, cieľové prostredie a systém optického prijímača používaný na interpretáciu vzdialeností k vonkajším prvkom v prostredí. Metóda snímania lidar využíva svetlo vo forme pulzného lasera na meranie dosahu analýzou doby letu (ToF) vráteného signálu (obrázok 2).

Obrázok 2: Každá vysielacia jednotka lidaru má trojuholníkové „zorné pole“. (Obrazový kredit: Bonnie Baker)

Kreslenie vzdialenosti závisí od optického digitálneho signálu.

Signály v digitálnej oblasti
Obvodovým riešením lidaru je vyriešiť problém príjmu signálu cez automobilový transimpedančný zosilňovač. Vstupný stupeň sa používa na prijímanie záporných vstupných prúdových impulzov z fotodetektora (obrázok 3).

Obrázok 3: Elektronická časť lidaru pozostáva z laserového diódového vysielača a dvoch fotodiódových prijímačov. (Obrazový kredit: Bonnie Baker)

Laserové diódy prenášajú digitálne impulzy cez kus skla. Tento signál sa odráža aj na fotodióde D2. Spracovanie tohto signálu poskytuje čas prechodu a elektronické oneskorenie zabudované do systému.
Impulzy digitálneho svetelného signálu zasiahnu objekt a odrážajú sa späť do optického systému. Vratný impulz sa zrkadlí na druhú fotodiódu D1. Elektronická časť signálovej cesty D1 je rovnaká ako signálová cesta D2. Čas letu možno vypočítať potom, čo dva signály dosiahnu mikrokontrolér (MCU).

Snímka trhu
Automobilové systémy lidar využívajú pulzné laserové svetlo na meranie vzdialenosti medzi dvoma vozidlami. Automobilové systémy používajú lidar na riadenie rýchlosti vozidla a brzdových systémov v reakcii na náhle zmeny dopravných podmienok. Lidar hrá dôležitú úlohu v poloautomatických alebo plne automatických asistenčných funkciách, ako sú systémy varovania pred kolíziou a predchádzanie kolíziám, asistent udržiavania v jazdnom pruhu, varovanie pred vybočením z jazdného pruhu, monitory mŕtveho uhla a adaptívny tempomat. Automobilový lidar nahrádza radarové systémy v skorších systémoch automatizácie vozidiel. Systémy Lidar sa môžu pohybovať od niekoľkých metrov do viac ako 1000 metrov.

Obrázok 4: Trh automobilových lidarov je rozdelený na aplikácie pre poloautonómne a plne autonómne vozidlá. (Zdroj obrázka: Allied Market Research)

Samoriadiace autá sú už rozšírené a zobrazovacie systémy lidar situáciu ešte zlepšia. Radar, kamery a vybavenie lidar sú stále technológie voľby pre poloautonómnu a plne autonómnu jazdu a cena lidaru klesá a trh túto zmenu zrýchľuje.