De oorsprong van LiDAR gaat terug tot de jaren zestig. In 1960, na de uitvinding van de robijnlaser, begon de LiDAR-technologie zich geleidelijk te ontwikkelen. In 1962 heeft het Massachusetts Institute of Technology met succes de afstand tussen de aarde en de maan gemeten met behulp van LiDAR, en sindsdien is de potentiële waarde van LiDAR voortdurend ontdekt door wetenschappers. LiDAR werd voor het eerst gebruikt in auto's in een uitdaging voor onbemande voertuigen, en sindsdien heeft op voertuigen gemonteerde LiDAR zich snel ontwikkeld op het gebied van intelligent rijden.
Zoals de naam al aangeeft, is LiDAR een radar die werkt in de optische frequentieband. Het is een radarsysteem dat de locatie, snelheid en andere karakteristieke grootheden van het doel detecteert door laserstralen uit te zenden. Het werkproces is om eerst een elektromagnetisch golfdetectiesignaal in de optische frequentieband naar het doelobject uit te zenden en vervolgens het ontvangen signaal dat door het doel wordt gereflecteerd, dat wil zeggen hetzelfde golfsignaal, te vergelijken met het verzonden signaal, en de juiste verwerking uit te voeren om de locatie, bewegingsstatus en andere karakteristieke informatie van het doel te verkrijgen, waardoor de detectie en identificatie van het doel wordt gerealiseerd. De maximale detectieafstand bedraagt 200 meter. Vergeleken met millimetergolfradar kan LiDAR naast de locatie en snelheid van obstakels ook de driedimensionale vormkenmerken van obstakels verkrijgen. Daarom kan LiDAR ook driedimensionale modellering van de omgeving van het voertuig uitvoeren en verschillende dynamische en statische obstakels identificeren.
LiDAR-technologie wordt internationaal erkend als de basis van intelligente rijtechnologie. Om betere testresultaten te verkrijgen is het optische systeem van LiDAR een onderzoekshotspot geworden. LiDAR kan rijke omgevingsinformatie bieden, wat ook het automatische obstakelvermijdingsvermogen van intelligent rijden aanzienlijk verbetert. LiDAR is tevens een geavanceerde detectiemethode die lasertechnologie combineert met moderne foto-elektrische detectietechnologie. Het kan worden onderverdeeld in zendsysteem, ontvangstsysteem, scansysteem en informatieverwerking.
Lasers als zendsysteem zijn over het algemeen samengesteld uit koolstofdioxidelasers, halfgeleiderlasers, vaste lasers met afstembare golflengten en enkele optische straalexpansie-eenheden; het ontvangstsysteem maakt doorgaans gebruik van een telescoop en verschillende vormen van foto-elektrische detectoren, zoals fotovermenigvuldigingsbuizen, halfgeleiderfotodiodes, lawinefotodiodes, detectie-apparaten met meerdere elementen voor infrarood en zichtbaar licht. LiDAR gebruikt twee werkmodi: puls of continue golf. De detectiemethode kan worden onderverdeeld in Mie-verstrooiing, Rayleigh-verstrooiing, Raman-verstrooiing, Brillouin-verstrooiing, fluorescentie, Doppler en andere laserradars volgens de verschillende detectieprincipes.
Dus hoe bereikt LiDAR afstandsmeting? We weten dat het belangrijkste onderdeel van LiDAR-afstandsmeting het proces van laseremissie en reflectie is. Vervolgens kan de afstand tot het doel worden berekend door de specifieke tijd van dit proces te meten, dat wil zeggen de tijd van de vliegende laser. Vervolgens kan het, afhankelijk van de emissiesignalen van verschillende lasers, worden onderverdeeld in pulslaserbereik en faselaserbereik.
Pulslaserbereik betekent eenvoudigweg dat LiDAR het tijdsinterval registreert tussen de emissie van een laserstraal die wordt gereflecteerd door het gemeten object en wordt ontvangen door de ontvanger. Volgens de bekende lichtsnelheid kan de gemeten afstand worden berekend. De specifieke rekenrelatie is als volgt:
D=CT/2 (1)
Waarbij: D de detectieafstand is; T is de vliegtijd; C is de snelheid van het licht. Faselaserbereik brengt het probleem met zich mee van amplitudemodulatie van het lasersignaal. De amplitude van het gemoduleerde licht zal in de loop van de tijd periodiek veranderen. Daarom kunnen we de emissie- en reflectiefaseveranderingen van de gemoduleerde laser meten om informatie over tijd en afstand te verkrijgen. De laserradar draait met een constante snelheid en een bepaalde snelheid en zendt continu infraroodlasers uit, terwijl hij lasersignalen ontvangt van reflectiepunten, inclusief informatie zoals de afstand, tijd en horizontale hoek van het reflectiepunt. We gebruiken meerdere zenders om te corresponderen met verschillende verticale hoeken, en gebruiken deze variabele gegevens vervolgens om de locatie-informatie van het overeenkomstige reflectiepunt te verkrijgen. We verzamelen de coördinaten van alle reflectiepunten die door de laserradar zijn verzameld nadat we 360 graden in een puntenwolk zijn gedraaid, en dan kunnen we algemene omgevingsinformatie verkrijgen.
De reguliere laserradars op de markt hebben nu veel componenten en verschillende technische keuzes voor elk onderdeel, dus de bijbehorende effecten en kosten zijn uiteraard verschillend. Volgens hun verschillende structuren kunnen op voertuigen gemonteerde laserradars worden onderverdeeld in mechanische roterende laserradars, hybride halfvaste laserradars en volledig solid-state laserradars. Mechanische roterende laserradartechnologie is relatief traditioneel en volwassen. De voordelen zijn dat het een horizontaal gezichtsveld van 360 graden kan scannen van de omgeving en dat het bereik relatief lang is. De uitrusting is echter groot en de montage en het opsporen van fouten zijn relatief ingewikkeld. De kosten zijn hoog en de productiecyclus is lang. Ook de levensduur van mechanische componenten is moeilijk te voldoen aan de eisen van automobielkwaliteit. Hybride solid-state laserradars zijn voornamelijk MEMS-laserradars (microvibratiespiegel), en solid-state laserradars zijn voornamelijk Flash (schijnwerperarray) en OPA (optical phased array). Onder hen hebben MEMS-laserradars de voordelen van kleine afmetingen, lage kosten en gemakkelijke massaproductie, waardoor ze de meest gebruikte technologieproducten zijn voor de huidige autonome voertuigen.
In feite is het bij lange na niet voldoende om op laserradar te vertrouwen om intelligent rijgedrag mogelijk te maken. Wanneer onbemande voertuigen te maken krijgen met complexe wegomstandigheden, is een groot aantal sensoren nodig om de realtime wegomstandigheden te verzamelen en centraal te verwerken, zodat het voertuig een uitgebreide analyse kan maken om een beslissing te nemen. Uiteraard kan één enkel type sensor niet voldoen aan de behoeften van onbemande voertuigen voor de analyse van informatie over de toestand van de weg. Hoe complexer de wegomgeving, hoe meer verschillende soorten sensoren met hun eigen voordelen nodig zijn.
De huidige autonome rijhardware op L2-niveau heeft meestal een ontwerp dat bestaat uit camera's, millimetergolfradars en ultrasone radars. Het voordeel van de cameracomponent is onder meer dat deze obstakels op de weg duidelijk kan identificeren, maar dat de camera feitelijk wordt beïnvloed door de lichtintensiteit; ultrasone radar is de achteruitrijradar die we in het dagelijks leven veel gebruiken. De meetafstand is kort en wordt gemakkelijk beïnvloed door het weer; millimetergolfradar heeft een sterk vermogen om door rook heen te dringen, waardoor hij de tekortkomingen van de camera goed kan compenseren, en wordt meer gebruikt bij dodehoekbewaking en hulp bij het wisselen van rijstrook. Hoewel het kan werken in omgevingen met veel licht en zich kan aanpassen aan relatief slechte weersomstandigheden, zal de beoordelingsnauwkeurigheid slechter zijn.
Daarom kan LiDAR de specifieke omtrek, afstand en andere informatie van obstakels nauwkeuriger detecteren en zal het obstakels voor het voertuig over het algemeen niet verkeerd inschatten of missen. De effectieve detectieafstand van LiDAR is ook groter dan de vorige twee. In theorie kan een voldoende lange detectieafstand zorgen voor meer reactietijd voor het voertuiginformatieverwerkingscentrum.
Ons adres
B-1508 Ruiding Mansion, Zhenhua Rd nr. 200, Xihu-district
Telefoonnummer
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
