LiDAR laserandurite klassifikatsioon ja skaneerimismeetodid

LiDARLaser Sensor kiirgab aktiivselt laservalgust ning saab suure täpsusega ja suure eraldusvõimega hankida teavet, näiteks sissetungiva sihtmärgi kauguse, orientatsiooni, kiiruse ja kontuuri kohta. Seda on laialdaselt kasutatud sellistes valdkondades nagu linnaturvalisus ja tööstusjulgeolek. See artikkel tutvustab lühidalt peamisi kodumaiseid ja välismaiseid turvalidari tootjaid ja nende toodete tehnilisi näitajaid. Kombineerides erinevate turvarakenduste vajadusi, käsitletakse lidari põhimõtteid, omadusi ja hetkeolukorda erinevate tehniliste süsteemide all kolmest aspektist: vahemiku skeem, skaneerimismeetod ja valgusallika valik. Lõpuks võetakse kokku ja vaadatakse turvalidari rakendussuundumused ja arendusväljavaated. Tarbijate turvarakenduste vajaduste rahuldamiseks areneb turvalidar edasi madalate kuludega, suure jõudlusega, serialiseerimise, miniaturiseerimise, tahkisoleku, kiibistamise ja mitme allikaga integreerimise suunas.

Sõltuvalt sellest, kas süsteemi sees on liikuvaid komponente, võib lidari jagada mehaaniliseks lidariks ja tahkislidariks. Nende hulgas on tahkislidari rakendusmeetodite hulgas mikroelektromehaanilised süsteemid (Micro-ElectroMechanical System, MEMS), Flash-tehnoloogia ja OPA-tehnoloogia.

Vastavalt skaneerimisrežiimi kiire juhtimise omadustele saab lidari jagada skaneerivaks lidariks ja mitteskaneerivaks lidariks. Nende hulgas saavutab mitteskaneeriv lidar sihipärase pildistamise, kattes stseeni valgusega, näiteks välgupiirkonna massiivi lidar. Sobivad skannimismeetodid võimaldavad turvalidaril saada suurema vaatevälja ja eraldusvõime, muutes samal ajal kogu struktuuri stabiilsemaks. Seetõttu mõjutab skaneerimistehnoloogia valik suuresti lidari elutsüklit, mis omakorda määrab, kas selle süsteemi raames saab turvalidarit massiliselt toota. Nende hulgas on turvalidari võtmenäitajad pikk tuvastusulatus ja suur vaateväli, mis määravad ka turvalidari kasutusvõimalused tulevikus.

1. Mehaaniline LiDAR lasersensor
Mehaaniline lidar viitab mehaanilise pöörlemise kasutamisele laserskaneerimise saavutamiseks. Mootor käivitab ühe- või mitmepunktilise kauguse määramise mooduli pöörlemiseks, et saavutada täielik 360-kraadine või muu suure nurga all skaneerimine. Mehaanilise lidari tööpõhimõte on näidatud joonisel 1. Selle eelisteks on lihtne põhimõte, lihtne juhtimine ja suur skaneerimise vaateväli. See oli esimene, mida laialdaselt kasutati ja sellest sai turul olevate tavapäraste turvalidartoodete skannimislahendus. Võttes arvesse selliseid tegureid nagu läätsed, mehaanilised struktuurid ja trükkplaadid, ei saa paljusid punktivahemikke mooduleid tavaliselt suuruse ja kaalu osas optimeerida. Seega, kui mootor ajab moodulit pikka aega pöörlema, kuluvad laagrid kergesti. Seetõttu kritiseeritakse traditsioonilist mehaanilist skaneerimist eluea ja töökindluse osas ning kulumisest tingitud kulud kasvavad. See on ka väga tõsine probleem. Seetõttu kasutati varajasel turvaturul enamasti mõõtmete vähendamise ja odavaid lahendusi, st lähitule joonlaserradari kasutamist koos teiste anduritega. Sellel on kompaktne välimus ja suur skaneerimise vaateväli ning see sobib selliste stsenaariumide jaoks nagu hoonekaitse ja piirkondlik perimeetri kaitse.

Joonis 1 Traditsioonilise mehaanilise LiDAR-i tööpõhimõte

Praegu on LiDAR-i disaini suurimaks väljakutseks jõudluse ja vastupidavuse saavutamine, saavutades samal ajal masstootmise mõistlike kuludega. Siiski ei saa mehhaanilist lidarit turbevaldkonnas laialdaselt propageerida selle üleliigsete elektroonikakomponentide tõttu, mis muudab selle suuruse ja kulude vähendamise keeruliseks. Sel eesmärgil on lidari põhikomponendid integreeritud rakendusspetsiifilistesse integraallülituste (ASIC) kiipidesse, et vähendada lidari signaalitöötlusahela suurust ning vähendada energiatarbimist ja kulusid. Selle eesmärk on realiseerida mitmerealise lidari masstootmine. oluline trend.

2.MEMS LiDAR lasersensor
MEMS-laserradar asendab traditsioonilise mehaanilise pöörleva seadme MEMS-i mikropeegliga, mis on integreeritud ränipõhisele kiibile. Mikropeegel peegeldab laserit, moodustades laiema skaneerimisnurga ja suurema skaneerimisulatuse. Selle tööpõhimõte on näidatud joonisel 2. MEMS-i mikropeeglid on traditsioonilise mehaanilise lidari uuendajad ning aitavad kaasa lidari miniaturiseerimisele ja kulude vähendamisele. Galvanomeetri skaneerimismeetod väldib mõõtmisstruktuuri otsest pöörlemist, võimaldab lidari pooljuhtskaneerimist ja muudab lidari kompaktseks.

Joonis 2 MEMS-i skeem.（a）MEMS LiDARi tööpõhimõte;（b）MEMS-i skaneerimispeegel

Toetudes MEMS-i mikropeeglite eelistele, peab tööstus MEMS lidarit kõige kiiremini rakendatavaks tehnoloogiaks. Praegu on Leishen Intelligent LS20/LS21 seeria MEMS-i tahkislidarit kasutatud sellistes valdkondades nagu intelligentne turvalisus ja katastroofide jälgimine. MEMS-i mikropeegli puuduseks on aga see, et selle skaneerimisnurk on väike ning suure vaatevälja skaneerimise saavutamiseks on vaja lisanurka. Lisaks on laservalguse projitseerimise hulk piiratud, mistõttu on raske saavutada "kaugtuvastust". Üldiselt ei ole MEMS lidari tehnoloogialahendused piisavalt küpsed ja vajavad edasist täiustamist. Arvatakse, et MEMS-i mikropeeglite väljatöötamisega on MEMS lidari rakendusväljavaated laiemad.

3.Flash LiDAR lasersensor
Flash lidar on mitteskaneeriv radar. See kiirgab sihtmärgile ala massiivi valgust, kasutab ala massiivi detektorit, et tuvastada sihtmärgi poolt langeva valguse hajumine, ja väljastab pildi koos sügavuse teabega. Selle tööpõhimõte on näidatud joonisel 3. Kuigi Flash lidar on odav ja hea stabiilsusega, on selle tuvastamisvahemik suhteliselt lühike, mistõttu on selle rakendusstsenaariumid piiratud. Turvalisuse valdkonnas on laialdaselt kasutatud Flash laserradarit. Kasutades 3D Flash lidarit sihtmärkide tuvastamiseks, segmenteerimiseks ja jälgimiseks, näitavad tulemused, et Flash lidar sobib perimeetri jälgimiseks ja kohapealsete turvaväljade jaoks. Kuid sellistes valdkondades nagu keskkonnaseire, objektide vaatlemine ja ohtude ennetamine piiravad objektide või inimeste reaalajas tuvastamist skaneerimise omadused, mille tulemuseks on andmete moonutamine. Kasutades 3D Flash lidariga ehitatud andurisüsteemi, saab väga varieeruvaid liikuvaid objekte jälgida reaalajas ja suure täpsusega keskmise kuni pika vahemaa tagant. Katseprotsess ja tulemused on näidatud joonisel 4. Lisaks väheneb väikeste komponentide väljatöötamisega pindala massiividetektorite maksumus ning Flash lidari on lihtne miniatuurseks muuta ning selle rakendusi turvavaldkonnas on rohkem.

Joonis 3 Flash LiDARi tööpõhimõte

Joonis 4 Flash LiDARi tööstsenaarium ja katsetulemused. （a) Eksperimentaalne seadistus koos reaalajas jälgimisega arvutis ja Flash LiDAR-iga kallutatava peaga; (b) stsenaariumi punktipilv; (c) stsenaariumi intensiivsuse vaade, kus inimene on märgitud keskele; (d) stsenaariumi ulatus koos inimesega märgitud keskus

4.OPA LiDAR lasersensor
Uut tüüpi kiire suunamise juhtimistehnoloogiana on OPA skaneerimistehnoloogiast saanud viimastel aastatel uurimistöö leviala. Selle eeliseks on inertsiseadmete puudumine, stabiilne täpsus ja juhitav suund. Selle tööpõhimõte on näidatud joonisel 5. Mitmed saateüksused moodustavad saatemassiivi. Laserkiire väljumisnurka muudetakse saatemassiivi iga edastusüksuse faasierinevuse reguleerimisega, saavutades seeläbi vastastikku tugevdavad häired seatud suunas, valmistades sellega ette suure intensiivsusega osutuskiire. S3, "maailma esimene tahkis-lidari andur". S3 kasutab OPA skaneerimismeetodit ja on ainult peopesa suurune. Toode ja selle põhimõte on näidatud joonisel 6. S3 seeria tooteid on kasutatud sellistes valdkondades nagu sissetungimise jälgimine ja juurdepääsu kontroll.

Joonis 5 OPA tööpõhimõte

Joonis 6 Quanergy S3 LiDARi tööpõhimõte

Suure integratsiooniga optilise faasmassiivi tehnoloogia suudab rahuldada tahkis- ja turvalidari miniaturiseerimise arendusvajadusi. Siiski on praegu kaks peamist tegurit, mis piiravad OPA turvalidari masstootmist: esiteks moodustuvad tegeliku skaneerimise käigus kergesti külgmised labad, mis mõjutavad kiire ulatust ja nurkeraldusvõimet; teiseks on töötlemise raskused suured. Seetõttu on OPA turvalidari tehnoloogia veel ebaküps ja selles etapis on raske tootestamist saavutada.

Kontaktinfo:

Kui teil on ideid, võtke meiega ühendust. Pole tähtis, kus meie kliendid on ja millised on meie nõudmised, järgime oma eesmärki pakkuda oma klientidele kõrget kvaliteeti, madalaid hindu ja parimat teenust.