LiDARin alkuperä voidaan jäljittää 1960-luvulle. Vuonna 1960, rubiinilaserin keksimisen jälkeen, LiDAR-tekniikka alkoi vähitellen kehittyä. Vuonna 1962 Massachusetts Institute of Technology mittasi onnistuneesti maan ja kuun välisen etäisyyden LiDAR-tekniikalla, ja siitä lähtien tutkijat ovat jatkuvasti löytäneet LiDAR:n potentiaalisen arvon. LiDARia käytettiin ensin autoissa miehittämättömässä ajoneuvohaasteessa, ja siitä lähtien ajoneuvoon asennettu LiDAR on kehittynyt nopeasti älykkään ajamisen alalla.
Kuten nimestä voi päätellä, LiDAR on tutka, joka toimii optisella taajuuskaistalla. Se on tutkajärjestelmä, joka havaitsee kohteen sijainnin, nopeuden ja muut tunnusomaiset suureet lähettämällä lasersäteitä. Sen työprosessina on ensin lähettää sähkömagneettisen aallon ilmaisusignaali optisella taajuuskaistalla kohti kohdeobjektia ja sitten verrata kohteesta heijastuvaa vastaanotettua signaalia, eli samaa aaltosignaalia, lähetettyyn signaaliin ja suorittaa asianmukainen käsittely. saada kohteen sijainti, liiketila ja muut tunnusomaiset tiedot ja siten toteuttaa kohteen havaitseminen ja tunnistaminen. Sen suurin tunnistusetäisyys on 200 metriä. Verrattuna millimetriaaltotutkaan LiDAR voi saada esteiden sijainnin ja nopeuden lisäksi esteiden kolmiulotteiset muotoominaisuudet. Siksi LiDAR voi myös suorittaa kolmiulotteisen mallinnuksen ajoneuvon ympäristöstä ja tunnistaa erilaisia dynaamisia ja staattisia esteitä.
LiDAR-teknologia on kansainvälisesti tunnustettu älykkään ajotekniikan perustaksi. Parempien testitulosten saamiseksi LiDAR:n optisesta järjestelmästä on tullut tutkimuksen hotspot. LiDAR voi tarjota runsaasti ympäristötietoa, mikä myös parantaa huomattavasti älykkään ajon automaattista esteen välttämiskykyä. LiDAR on myös edistyksellinen tunnistusmenetelmä, jossa yhdistyvät laserteknologia ja moderni valosähköinen tunnistustekniikka. Se voidaan jakaa lähetysjärjestelmään, vastaanottojärjestelmään, skannausjärjestelmään ja tietojenkäsittelyyn.
Laserit sen lähetysjärjestelmänä koostuvat yleensä hiilidioksidilasereista, puolijohdelasereista, kiinteistä lasereista, joissa on säädettävä aallonpituus, ja joistakin optisista säteen laajennusyksiköistä; Vastaanottava järjestelmä käyttää yleensä teleskooppia ja erilaisia valosähköisiä ilmaisimia, kuten valomonistinputkia, puolijohdevalodiodeja, lumivyöryvalodiodeja, infrapuna- ja näkyvän valon monielementtitunnistuslaitteita. LiDAR käyttää kahta toimintatilaa: pulssi- tai jatkuvaa aaltoa. Havaintomenetelmä voidaan jakaa Mie-sirontaan, Rayleigh-sirontaan, Raman-sirontaan, Brillouin-sirontaan, fluoresenssi-, Doppler- ja muihin lasertutkoihin eri tunnistusperiaatteiden mukaan.
Joten miten LiDAR saavuttaa etäisyyden mittauksen? Tiedämme, että tärkein osa LiDAR-etäisyysmittausta on laseremissio- ja -heijastusprosessi. Sitten kohteen etäisyys voidaan laskea mittaamalla tämän prosessin spesifinen aika, eli lentävän laserin aika. Sitten eri lasereiden emissiosignaalien mukaan se voidaan jakaa pulssilaserin etäisyyteen ja vaihelasermittaukseen.
Pulssilasermittaus tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että LiDAR tallentaa aikavälin mitatun kohteen heijastaman lasersäteen lähettämisen ja vastaanottimen vastaanottaman välillä. Tunnetun valonnopeuden mukaan mitattu etäisyys voidaan laskea. Erityinen laskentasuhde on seuraava:
D=CT/2 (1)
jossa: D on tunnistusetäisyys; T on lentoaika; C on valon nopeus. Laservaiheen mittaukseen liittyy lasersignaalin amplitudimodulaation ongelma. Moduloidun valon amplitudi muuttuu ajoittain ajan myötä. Siksi voimme mitata moduloidun laserin emissio- ja heijastusvaiheen muutoksia saadaksemme tietoa ajasta ja etäisyydestä. Lasertutka pyörii vakionopeudella tietyllä nopeudella ja lähettää jatkuvasti infrapunalasereita samalla kun se vastaanottaa lasersignaaleja heijastuspisteistä, mukaan lukien tiedot, kuten etäisyys, aika ja heijastuspisteen vaakakulma. Käytämme useita lähettimiä vastaamaan eri pystysuuntaisia kulmia ja käytämme sitten näitä muuttuvia tietoja vastaavan heijastuspisteen sijaintitietojen saamiseksi. Keräämme kaikkien lasertutkan keräämien heijastuspisteiden koordinaatit 360 asteen kiertymisen jälkeen pistepilveen, ja sitten saamme kattavaa ympäristötietoa.
Markkinoilla olevissa valtavirran lasertutkissa on nyt useita komponentteja ja jokaiselle komponentille erilaiset tekniset valinnat, joten niiden vastaavat vaikutukset ja kustannukset ovat luonnollisesti erilaisia. Ajoneuvoon asennetut lasertutkat voidaan jakaa rakenteidensa mukaan mekaanisiin pyöriviin lasertutkoihin, puolikiinteisiin hybridilasertutkoihin ja täysin puolijohdelasertutkoihin. Mekaaninen pyörivä lasertutkatekniikka on suhteellisen perinteistä ja kypsää. Sen etuna on, että se pystyy skannaamaan 360 asteen vaakasuuntaisen ympäristön ja sen etäisyyskyky on suhteellisen pitkä. Sen laitteet ovat kuitenkin kooltaan suuria, ja sen kokoonpano ja virheenkorjaus ovat suhteellisen monimutkaisia. Kustannukset ovat korkeat ja tuotantosykli pitkä. Myös mekaanisten komponenttien käyttöikä on vaikea täyttää autojen laatuvaatimuksia. Hybridiset solid-state-lasertutkat ovat pääasiassa MEMS- (mikrovärähtelypeili) -lasertutkat, ja puolijohdelasertutkat ovat pääasiassa Flash (floodlight array) ja OPA (optical phased array). Niistä MEMS-lasertutkilla on pieni koko, alhaiset kustannukset ja helppo massatuotanto, mikä tekee niistä laajimmin käytetyt teknologiatuotteet nykyisissä autonomisissa ajoneuvoissa.
Itse asiassa ei riitä, että luotamme lasertutkaan älykkään ajon saavuttamiseksi. Kun miehittämättömät ajoneuvot kohtaavat monimutkaisia tieolosuhteita, tarvitaan suuri määrä antureita keräämään ja käsittelemään keskitetysti reaaliaikaisia tieolosuhteita, jotta ajoneuvo voi tehdä kattavan analyysin päätöksen tekemiseksi. Yksittäinen samantyyppinen anturi ei tietenkään voi vastata miehittämättömien ajoneuvojen tien kuntotietojen analysointiin liittyviä tarpeita. Mitä monimutkaisempi tieympäristö on, sitä enemmän tarvitaan erilaisia antureita, joilla on omat edut.
Nykyinen L2-tason autonominen ajolaitteisto omaksuu enimmäkseen kameroista, millimetriaaltotutkista ja ultraäänitutkista koostuvan suunnittelun. Niistä kamerakomponentin etuna on, että se tunnistaa selvästi tieesteet, mutta kameraan vaikuttaa itse asiassa valon voimakkuus; ultraäänitutka on peruutustutka, jota käytämme laajalti jokapäiväisessä elämässä. Sen mittausetäisyys on lyhyt ja sää vaikuttaa siihen helposti; millimetriaaltotutkalla on vahva kyky läpäistä savua, joten se korjaa kameran puutteet hyvin, ja sitä käytetään enemmän kuolleen kulman valvonnassa ja kaistanvaihtoavustuksessa. Vaikka se voi toimia voimakkaassa valaistuksessa ja sopeutua suhteellisen huonoihin sääolosuhteisiin, sen arviointitarkkuus on huonompi.
Siksi LiDAR voi havaita esteiden ääriviivat, etäisyyden ja muut tiedot tarkemmin, eikä yleensä arvioi väärin tai ohita esteitä ajoneuvon edessä. LiDAR:n tehokas tunnistusetäisyys on myös kauempana kuin kaksi edellistä. Teoriassa riittävän pitkä tunnistusetäisyys voi tarjota enemmän reaktioaikaa ajoneuvon tietojenkäsittelykeskukselle.
Osoitteemme
B-1508 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Puhelinnumero
0086 181 5840 0345
Sähköposti
info@brandnew-china.com
