Automobilový lidar a jak to funguje

Co je Lidar (LiDAR)? Lidar kombinuje možnosti radarového určování vzdálenosti s úhlovým rozlišením kamery, aby poskytoval přesné snímání s ohledem na hloubku pro dokončení obrazu (obrázek 1).

Obrázek 1: Kamery, radar a lidar jsou tři technologie volby pro autonomní řízení. (Obrazový kredit: ADI)

Vizuální část představuje viditelnost kamery nebo řidiče, klasifikaci objektů a boční rozlišení. Tma a povětrnostní podmínky, jako je sníh, prach nebo déšť, mohou tyto schopnosti narušit. Radarová část představuje návrat RF signálu. Tento signál je odolný vůči povětrnostním podmínkám a tmě a zároveň měří vzdálenost. Lidarová část může doplnit snímaný obraz poskytnutím další klasifikace objektu, bočního rozlišení, rozsahu a pronikání temnoty.

Jak lidar funguje?
Mezi základní prvky lidarového systému patří vysílací systém obdélníkových vln, cílové prostředí a systém optického přijímače používaný k interpretaci vzdáleností k vnějším prvkům v prostředí. Metoda lidarového snímání využívá světlo ve formě pulzního laseru k měření vzdálenosti pomocí analýzy doby letu (ToF) vráceného signálu (obrázek 2).

Obrázek 2: Každá vysílací jednotka lidaru má trojúhelníkové „zorné pole“. (Obrazový kredit: Bonnie Baker)

Kreslení vzdálenosti závisí na optickém digitálním signálu.

Signály v digitální doméně
Obvodové řešení lidaru spočívá v řešení problému příjmu signálu přes automobilový transimpedanční zesilovač. Vstupní stupeň se používá k přijímání záporných vstupních proudových impulsů z fotodetektoru (obrázek 3).

Obrázek 3: Elektronická část lidaru se skládá z laserového diodového vysílače a dvou fotodiodových přijímačů. (Obrazový kredit: Bonnie Baker)

Laserové diody přenášejí digitální impulsy přes kus skla. Tento signál se odráží i na fotodiodě D2. Zpracování tohoto signálu poskytuje dobu přenosu a elektronické zpoždění zabudované do systému.
Impulzy digitálního světelného signálu dopadají na objekt a odrážejí se zpět do optického systému. Vracející se impuls je zrcadlen na druhou fotodiodu D1. Elektronická část signálové cesty D1 je stejná jako signálová cesta D2. Dobu letu lze vypočítat poté, co dva signály dosáhnou mikrokontroléru (MCU).

Snímek trhu
Automobilové lidarové systémy využívají pulzní laserové světlo k měření vzdálenosti mezi dvěma vozidly. Automobilové systémy používají lidar k řízení rychlosti vozidla a brzdových systémů v reakci na náhlé změny dopravních podmínek. Lidar hraje důležitou roli v poloautomatických nebo plně automatických asistenčních funkcích automobilů, jako jsou systémy varování před kolizí a vyhýbání se kolizi, asistent pro udržování v jízdním pruhu, varování před opuštěním jízdního pruhu, hlídání mrtvých úhlů a adaptivní tempomat. Automobilový lidar nahrazuje radarové systémy dřívějších systémů automatizace vozidel. Systémy Lidar se mohou pohybovat od několika metrů do více než 1000 metrů.

Obrázek 4: Trh automobilových lidarů je rozdělen na semi-autonomní a plně autonomní aplikace vozidel. (Zdroj obrázku: Allied Market Research)

Samořídící auta jsou již široce používána a zobrazovací systémy lidar situaci ještě zlepší. Radar, kamery a zařízení lidar jsou stále technologiemi volby pro poloautonomní a plně autonomní řízení a cena lidaru klesá a trh tuto změnu zrychluje.