Sigurnosno lasersko senzorsko radarsko rješenje za određivanje udaljenosti

LiDARLaserski senzor aktivno emitira lasersko svjetlo i može dobiti informacije kao što su udaljenost, orijentacija, brzina i kontura cilja koji upada s visokom preciznošću i visokom rezolucijom. Naširoko se koristi u područjima kao što su urbana sigurnost i industrijska sigurnost. Ovaj članak ukratko predstavlja glavne domaće i strane proizvođače sigurnosnih lidara i tehničke specifikacije njihovih proizvoda. Kombinirajući potrebe različitih sigurnosnih aplikacija, načela, karakteristike i trenutna situacija lidara u različitim tehničkim sustavima razmatraju se s tri aspekta: shema dometa, metoda skeniranja i odabir izvora svjetlosti. Na kraju su sažeti i prospektirani trendovi primjene i izgledi razvoja sigurnosnog lidara. Kako bi zadovoljio potrebe potrošačkih sigurnosnih aplikacija, sigurnosni lidar će se dalje razvijati u smjeru niske cijene, visokih performansi, serijalizacije, minijaturizacije, čvrstog stanja, čipizacije i integracije s više izvora.

Kako bi otkrio informacije o meti, sigurnosni lidar može ne samo izravno mjeriti vrijeme leta laserskih impulsa, već i modulirati amplitudu, frekvenciju i fazu emitiranog laserskog signala, čime neizravno otkriva udaljenost mete. Prema metodi detekcije, sigurnosna lidarska rješenja za mjerenje udaljenosti mogu se podijeliti na pulsno vrijeme leta (TOF), amplitudno modulirani kontinuirani val (AMCW) i frekvencijski modulirani kontinuirani val (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) Tri vrste.

Pulsna TOF detekcija koristi pulsirajuće svjetlosne signale kao signale detekcije i dobiva informacije o udaljenosti cilja točnim mjerenjem vremena leta reflektiranih svjetlosnih impulsa. Princip je prikazan na slici 1. Rješenje TOF može se primijeniti na sigurnost na različitim udaljenostima, kao što je perimetarska sigurnost i industrijska sigurnost. Njegov tehnički princip je jednostavan, a zrelost visoka. Istodobno, postoje odgovarajuće zrele komponente modula i namjenski procesorski čipovi za pulsno lasersko emitiranje, prijem i obradu. Osim toga, već postoji velik broj zrelih TOF rješenja i komponenti koje kombiniraju metode skeniranja, a koje lako mogu zadovoljiti zahtjeve tržišta. Većina Lidara koristi ovaj tehnički mehanizam. Međutim, još uvijek postoje mnogi problemi koje treba hitno riješiti: prvi je loša zaštita od smetnji, a metoda dobivanja signala jeke izravnom detekcijom osjetljiva je na smetnje ambijentalnog svjetla, što predstavlja sigurnosni rizik; drugi je niska osjetljivost detekcije i velika snaga pulsa. Predstavlja veće zahtjeve za performanse uređaja i sigurnost ljudskog oka; treći je problem rada u svim vremenskim uvjetima. Na ovu metodu lako utječe loše vrijeme kao što su kiša, magla i snijeg. Različiti proizvođači sigurnosnih lidara predložili su odgovarajuća rješenja. Među njima, Beixing Photon TF03 sigurnosni lidar koristi multi-echo tehnologiju i kombinira algoritme kompenzacije za vanjsku jaku svjetlost i okruženja s kišom, snijegom i maglom kako bi se osigurala pouzdana detekcija u surovim vanjskim okruženjima.

Slika 1. Shema pulsirajućeg TOF LiDAR-a

AMCW otkrivanje razlikuje se od izravnog otkrivanja pulsa. Emitira kontinuirani laserski signal i modulira amplitudu signala laserske emisije. Udaljenost se mjeri otkrivanjem fazne razlike između signala odjeka i signala emisije. Princip je prikazan na slici 2. prikazano. AMCW je općenito prikladan za kratke do srednje udaljenosti, kao što su udaljenosti detekcije od desetaka do stotina metara. Njegova jedinstvena metoda detekcije pogoduje realizaciji blic skeniranja poluprovodničkih površinskih nizova. U isto vrijeme, točnost određivanja raspona na temelju faze je visoka, općenito dosežući milimetarsku razinu.

Slika 2. Shema AMCW LiDAR-a

FMCW detekcija koristi signale linearne frekvencijske modulacije za modulaciju lasera i dobiva informacije o udaljenosti cilja i trenutnoj brzini usporedbom trenutne razlike frekvencije između reflektiranog svjetlosnog signala i svjetlosnog signala lokalnog oscilatora. Princip je prikazan na slici 3. U usporedbi s prva dva, njegova izvanredna prednost je što može mjeriti ciljnu udaljenost i Doppler radijalnu relativnu brzinu u isto vrijeme, može pružiti 4D informacije, pomoći u klasifikaciji cilja i ima šire područje primjene; također ima jaku otpornost na smetnje i veću osjetljivost. Osim toga, ova je metoda detekcije prikladna za jeftinu masovnu proizvodnju pomoću silicijske fotonike i tehnologije faznih nizova, ali trenutna zrelost tehnologije je niska, a uređaji relativno skupi.

Slika 3. Shema FMCW LiDAR-a

Svako od tri rješenja rangiranja ima svoje karakteristike i vrijednost primjene. U usporedbi s pulsnom TOF detekcijom i AMCW rješenjima za detekciju, FMCW tehnologija ima značajne prednosti i ogroman potencijal u pogledu zrelosti tehnologije i isplativosti. Međutim, do sada još uvijek postoje problemi u primjeni FMCW tehničkih rješenja na sigurnosnom tržištu. Potrebne komponente visokih performansi su skupe i ne mogu se proizvesti u velikim količinama. S razvojem tehnologije poluvodiča, korištenje tehnologije fotonske integracije za izgradnju integriranog lidara na čipu važan je trend u budućem razvoju.

Kontakt podaci:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.