Радіолокаційне рішення з лазерним датчиком безпеки

ЛіДАРЛазерний датчик активно випромінює лазерне світло та може отримувати таку інформацію, як відстань, орієнтація, швидкість і контур цілі, що вторгається, з високою точністю та високою роздільною здатністю. Він широко використовується в таких сферах, як міська безпека та промислова безпека. У цій статті коротко представлено основних вітчизняних та зарубіжних виробників лідарів безпеки та їх технічні характеристики. Поєднуючи потреби різних застосувань безпеки, принципи, характеристики та поточний стан лідара в різних технічних системах обговорюються з трьох аспектів: схема визначення дальності, метод сканування та вибір джерела світла. Нарешті, узагальнено та перспективно тенденції застосування та перспективи розвитку охоронного лідара. Щоб задовольнити потреби додатків безпеки споживачів, лідар безпеки буде розвиватися в напрямках низької вартості, високої продуктивності, серіалізації, мініатюризації, твердотільного стану, чіпізації та інтеграції з кількома джерелами.

Щоб виявити інформацію про ціль, охоронний лідар може не тільки безпосередньо вимірювати час польоту лазерних імпульсів, але й модулювати амплітуду, частоту та фазу випромінюваного лазерного сигналу, таким чином опосередковано виявляючи відстань до цілі. Відповідно до методу виявлення рішення для вимірювання дальності лідара безпеки можна розділити на три типи: імпульсно-часовий проліт (TOF), амплітудно-модульована безперервна хвиля (AMCW) і частотно-модульована безперервна хвиля (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW).

Імпульсне виявлення TOF використовує імпульсні світлові сигнали як сигнали виявлення та отримує інформацію про відстань до цілі шляхом точного вимірювання часу польоту відбитих світлових імпульсів. Принцип показаний на малюнку 1. Рішення TOF можна застосовувати для забезпечення безпеки на різних відстанях, наприклад для безпеки периметра та промислової безпеки. Його технічний принцип простий, а зрілість висока. У той же час існують відповідні зрілі компоненти модуля та спеціальні чіпи обробки для імпульсного лазерного випромінювання, прийому та обробки. Крім того, вже існує велика кількість зрілих TOF-рішень і компонентів, які поєднують методи сканування, які можуть легко задовольнити ринковий попит. Більшість Лідарів використовують цей технічний механізм. Однак існує ще багато проблем, які необхідно терміново вирішити: перша — поганий захист від перешкод, а метод отримання луна-сигналів шляхом прямого виявлення чутливий до перешкод навколишнього світла, що створює ризики для безпеки; друга — низька чутливість виявлення та висока потужність імпульсу. Він висуває підвищені вимоги до продуктивності пристрою та безпеки очей людини; третя - проблема всепогодної роботи. Цей метод легко піддається впливу поганої погоди, наприклад дощу, туману та снігу. Різні виробники охоронних лідарів запропонували відповідні рішення. Серед них охоронний лідар Beixing Photon TF03 використовує технологію мультивідлуння та поєднує алгоритми компенсації для зовнішнього сильного освітлення та дощу, снігу та туману, щоб забезпечити надійне виявлення в суворих зовнішніх умовах.

Рис. 1. Схема імпульсного TOF LiDAR

Виявлення AMCW відрізняється від прямого виявлення імпульсу. Він випромінює безперервний лазерний сигнал і модулює амплітуду сигналу лазерного випромінювання. Відстань вимірюється шляхом визначення різниці фаз між сигналом відлуння та сигналом випромінювання. Принцип показаний на малюнку 2. AMCW, як правило, підходить для коротких і середніх відстаней, таких як відстані виявлення від десятків метрів до сотень метрів. Його унікальний метод виявлення сприяє реалізації флеш-сканування масивів твердотільних площ. У той же час точність визначення дальності за фазою є високою, зазвичай досягаючи міліметрового рівня.

Рис. 2. Схема AMCW LiDAR

Виявлення FMCW використовує сигнали лінійної частотної модуляції для модуляції лазера та отримує інформацію про відстань до цілі та миттєву швидкість шляхом порівняння миттєвої різниці частот між сигналом відбитого світла та світловим сигналом гетеродина. Принцип показаний на малюнку 3. Порівняно з першими двома, його видатна перевага полягає в тому, що він може одночасно вимірювати відстань до цілі та доплерівську радіальну відносну швидкість, може надавати 4D-інформацію, допомагати класифікувати цілі та має ширшу область застосування; він також має сильну стійкість до перешкод і вищу чутливість. Крім того, цей метод виявлення підходить для недорогого масового виробництва з використанням кремнієвої фотоніки та технології фазованих решіток, але поточна зрілість технології низька, а пристрої відносно дорогі.

Рис. 3. Схема FMCW LiDAR

Кожне з трьох рішень має свої характеристики та значення для застосування. У порівнянні з імпульсним виявленням TOF і рішеннями для виявлення AMCW, технологія FMCW має значні переваги та величезний потенціал з точки зору зрілості технології та економічності. Проте поки що існують проблеми із застосуванням технічних рішень FMCW на ринку безпеки. Потрібні високопродуктивні компоненти є дорогими і не можуть бути виготовлені у великих кількостях. З розвитком напівпровідникових технологій використання технології фотонної інтеграції для створення інтегрованого лідара на кристалі є важливою тенденцією майбутнього розвитку.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.