Прототип твердого тела

Команда из Университета Лазурного берега решила некоторые проблемы автомобильного лидара, используя акустооптический модулятор, метаповерхностный дефлектор и, для улучшения дальности и соотношения сигнал/шум, технику, заимствованную из телекоммуникаций.

Лидар транспортного средства посылает импульсы и измеряет время прохождения возвращенных импульсов для определения дальности. Эти импульсы посылаются по одному и сканируются по сцене путем отклонения источника импульса по вертикали и горизонтали.

Лидару переднего обзора необходимо сканировать достаточно далеко вперед, с достаточным угловым разрешением, по достаточно широкому конусу, чтобы обнаружить быстродвижущиеся объекты и дать транспортному средству время среагировать.

Это требует большого количества импульсов для генерации достаточного количества точек данных, но частота импульсов ограничена необходимостью ждать возвращения одного импульса перед отправкой следующего (чтобы избежать неоднозначности расстояния - расстояние туда и обратно на протяжении более 200 м занимает 1,3 мкс), а импульсы не может быть отправлено, пока сканер не перенацелится.

В прототипе французской группы используется красно-оранжевый (633 нм) лазерный диод, который можно модулировать по амплитуде на частоте 250 МГц, а они пространственно модулируют поток импульсов с помощью акустооптического дефлектора, который может сканировать на частоте до 5 МГц — последний из которых решает любую проблему. -указание на проблемы со временем.

Но хоть он и быстрый, выход углового модулятора довольно узкий – всего 2°, поэтому в университете этому способствует метаповерхность (левый), что расширяет диапазон углов до 150°.

Оптический приемник чувствителен и быстр: это кластер однофотонных лавинных фотодиодов (SPAD), которые образуют «многопиксельный счетчик фотонов», выходной сигнал которого оцифровывается АЦП с частотой 6,4 Гвыб./с.

Достигнув широкой полосы пропускания и высокой чувствительности, системе все еще мешает физика полета импульса, чтобы избежать неопределенности расстояния, и именно здесь на помощь приходит телекоммуникационная техника.

Используя преимущества широкой полосы лазерной модуляции, исходящие оптические импульсы кодируются в формате CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов), при этом каждый импульс получает отдельный код.

Это означает, что одновременно может передаваться несколько импульсов, полученных одним и тем же детектором.

В каком бы порядке они ни возвращались, даже если они накладываются друг на друга, импульсы в обратном сигнале могут быть разделены в цифровом виде и отдельно синхронизированы в соответствии с кодом, которым они помечены.

«Результаты экспериментов показали, что блочный метод CDMA расширяет диапазон неоднозначности лидара до 35 раз – до километровых расстояний – по сравнению с традиционным одноимпульсным лидаром», — сообщает общество фотоники SPIE, опубликовавшее работу. «Это также улучшает соотношение сигнал/шум лидарных изображений, обеспечивая лучшую производительность в шумной обстановке или на больших расстояниях».

Прототип «почти соответствует требованиям, предъявляемым к автомобильному лидару. Он компактен и может быть уменьшен до размеров чипа», — сказал SPIE. У него есть «возможности для автономных транспортных средств и робототехнической промышленности».

«Преодоление ограничений 3D-сенсоров с помощью сканирующего лидара с расширенным полем зрения и метаповерхностью» опубликовано в журнале SPIE Advanced Photonics. Полная версия статьи доступна бесплатно и включает краткий, но полезный обзор существующих методов лидара транспортных средств.

Изображения предоставлены SPIE

левыйСтив Буш