voiture automatique driverless comment conduire? Derrière cette technologie est un lidar clé, à savoir le capteur radar laser, communément appelé lidar, qui est également connu sous les yeux de véhicules aériens sans pilote.

Lidar, les Anglais appelé Light Detection And Ranging, appelée LiDAR, à savoir, détection de la lumière et de mesure, est un ensemble de laser, un système de positionnement global (GPS) et trois techniques IMU (unité de mesure inertielle, unité de mesure inertielle) dans un système pour obtenir des données précises et de génération de DEM (modèle numérique d'élévation). Ces trois technologies peuvent être un positionnement très précis des faisceaux laser à un endroit sur l'objet, allant jusqu'à une précision centimétrique, lidar plus grand avantage est la « précision » et « rapide, un fonctionnement efficace. » Il est un capteur à trois dimensions pour obtenir une information de position précise, et son rôle dans la machine correspond à l'oeil humain, permet de déterminer la position de l'objet, la taille, la morphologie externe même matériau.

différence LiDAR, la différence de phase est déterminée en mesurant le temps à partir du signal laser, et d'établir un système de coordonnées polaires en deux dimensions en fonction de la rotation des deux données de balayage horizontal ou d'un angle progressivement balayage mesuré, puis obtenir une troisième dimension en prenant un signal d'angle de tangage différent information sur la hauteur.

La fréquence du laser peut obtenir un grand nombre (de l'ordre de 106 à 107) d'information de point de localisation (appelé un nuage de points) en une seconde, et la modélisation en trois dimensions sur la base de ces informations. En plus d'obtenir les informations de localisation, mais il peut aussi être du laser par réflexion du signal initial pour distinguer entre les différents matériaux.

La technologie clé est le pilote automatique radar laser

Lidar aéroporté et au sol grossièrement divisés en deux grandes catégories d'applications, ce qui est un radar à laser aéroporté installé dans la détection de laser dans l'air et un système allant de l'aéronef, le sol peut être mesurée des coordonnées tridimensionnelles de l'objet. Retour dans les années soixante-dix, mis au point par la NASA, la technologie de cartographie LIDAR technologie de numérisation laser sans charge a commencé à se développer, et rapide, sur le point de commencer la commercialisation en 1995.

En plus des applications militaires sur le terrain, le radar laser est également en pleine expansion sur le marché civil. Parmi eux, sans doute sans pilote l'une des applications les plus populaires.

Le LiDAR pilote automatique, retourner aux États-Unis DARPA (US DARPA), qui accueillera les voitures driverless Défi annuel de l'année 2007 DARPA Défi, sept équipes de six les entreprises de Velodyne ont adopté la conception de Lidar, résultant des deux premières sur ces six équipes. Cela a conduit au développement de véhicules sans pilote prêt à l'attention de Google, après que Google a formé une équipe, soi-disant, le personnel d'origine est venu de ces membres de l'équipe. Le projet de voiture de Google lancé en 2009, son utilisation dans un prototype de véhicule sans pilote est Lida Velodyne.

radar laser sur le marché automobile sans pilote

Ces dernières années, le développement du marché de l'automobile chaud sans pilote après Google, Baidu, Uber et d'autres équipes de recherche et de développement de voiture driverless grand public utilisent un radar laser comme l'un des capteurs, en utilisant la technologie de reconnaissance d'image avec la voiture sur la route pour atteindre le jugement.

les constructeurs automobiles traditionnels ont commencé à développer des véhicules sans pilote, y compris Volkswagen, Nissan, Toyota et d'autres entreprises se développent et tester les technologies de véhicules sans pilote, ils utilisent aussi le radar laser.

Caractéristiques radar laser

mesures du système lidar l'espace 3D et la direction de chaque pixel à la distance entre l'émetteur par le capteur pour créer un modèle 3D complet du monde réel. La méthode de base de fonctionnement d'un système lidar émet un faisceau laser, et le signal de mesure réfléchi par la surface de l'objet et retour à. Module lidar reçoit le temps nécessaire pour que le signal réfléchi fournit un moyen pour mesurer directement la distance entre l'objet et le système Lidar. Des informations supplémentaires sur les caractéristiques de signal d'un objet, tels que la vitesse ou la composition du matériau peut être mesurée par le réfléchi et déterminé, ces caractéristiques comprennent le décalage Doppler induit (décalage Doppler provoqué). Enfin, en manipulant la lumière émise peut être mesurée dans l'environnement de nombreux points différents, pour créer un modèle complet 3D.

radar laser (le LiDAR) similaire à radar (radar), mais la résolution est plus élevée, étant donné que la longueur d'onde de la lumière est d'environ 10 fois plus petite que la longueur d'onde de la radio. On peut établir une distinction entre un piéton et un vrai posters de caractères mobiles, sur le modèle dans l'espace à trois dimensions, la détection statique des objets, la mesure précise de la distance.

Lidar en émettant un faisceau laser pour détecter la position de la quantité de caractéristique cible et la vitesse du système de radar, avec une grande précision, une bonne directivité, etc., de la manière suivante:

1, avec une haute résolution

radar laser fonctionnant à la fréquence de micro-ondes de bande optique plus élevé que 2 à 3 ordres de grandeur ou plus, par rapport au radar à micro-ondes, un radar à laser avec une résolution de haute gamme, la résolution angulaire et de la résolution de vitesse;

2, la capacité anti-interférences

Brève laser de longueur d'onde, l'angle de divergence d'émission peut être très faible (de l'ordre de [mu] rad) du faisceau laser, un petit effets de trajets multiples (transmission directionnelle est pas formée, et micro-ondes ou de génération d'ondes millimétriques à trajets multiples), peut détecter des cibles à faible / altitude;

3, la quantité d'information acquis riche

Peut être obtenu directement à partir de la cible, l'angle d'intensité de réflexion, des informations de vitesse, une image cible multi-dimensionnelle;

4, le travail toute la journée

laser de détection active, les caractéristiques de rayonnement ne dépendent pas des conditions d'éclairage ambiant ou la cible elle-même. Son propre faisceau laser émis seulement pour obtenir les informations de transmission de signal d'écho de la cible en détectant un faisceau laser.

Mais le plus gros inconvénient de lidar - sensible aux conditions atmosphériques et l'impact de l'environnement de travail de la poussière, pour atteindre l'environnement de travail en tout temps est très difficile.

Les principes et la structure du radar laser

Le principe est similaire au radar, la technologie radar laser utilisé est le temps de vol (TOF, temps de vol). En particulier, l'exhumation est basée sur le temps après obstacle au laser, calculer la cible avec leur distance relative. Le faisceau laser peut mesurer avec précision la distance relative entre le bord du champ de vision du profil de l'objet et le dispositif, comprenant des informations de contour que l'on appelle et tracer la carte de l'environnement du nuage de points 3D, la précision centimétrique peut être obtenue, ce qui améliore la précision de mesure.

Imaginons, démarrer le chronomètre lorsque l'impulsion de lumière est émise, et lorsque les impulsions optiques (réfléchie par le premier objet rencontré représenté) et arrête les rendements de la minuterie. En mesurant « temps de vol » du laser et connaît la vitesse d'impulsion de Voyage, vous pouvez calculer la distance. Light 30 millions de mètres par seconde à une vitesse de propagation, un équipement de très haute précision est nécessaire pour générer des données sur la distance.

Afin de produire un point de trouble complet, le capteur doit pouvoir échantillonner très rapidement tout l'environnement. Lidar On peut le faire est à l'aide d'un seul émetteur / récepteur taux d'échantillonnage très élevés. Chaque émetteur émet cent mille dizaines d'impulsions laser ou le deuxième nombre. Cela signifie que jusqu'à 100000 pour terminer l'impulsion laser aller-retour à partir de l'unité d'émission de laser sur l'objet à mesurer en 1 seconde et retourne vers le récepteur situé dans le voisinage de l'unité d'émission de lidar.

Toutefois, la fixation des lignes pour cartographier tout l'environnement ne suffit pas - il donne juste une très claire résolution dans une zone très concentrée. En conséquence, de nombreux ensemble pour le balayage de fil 360 degrés miroir systèmes utilisent la rotation ou la rotation du radar laser autour de l'environnement. Une stratégie commune comprend un seul émetteur et le récepteur de déviation du champ de vision au laser haut ou le bas pour couvrir une gamme plus large. Par exemple, Velodyne système lidar 64 ayant un angle de visualisation vertical de 26,8 degrés (en le faisant tourner l'angle de vision horizontal de 360 degrés a). Le lidar peut être vu sur une distance de l'objet à 50 mètres de 12 mètres.

Le chiffre que nous pouvons voir, la distance différente du radar laser, le degré de densité du point de trouble est pas le même, ce qui est la fidélité de données due diminue avec la distance. Bien qu'il ne soit pas parfait, mais une résolution plus élevée peut être utilisée pour fermer un objet plus grand, parce que le capteur de distance est augmentée, l'angle entre l'émetteur (par exemple 2 degrés) provoque l'espacement entre ces points avec .

Dans les systèmes ADAS, l'émetteur de radar à laser à travers la lentille, et le moyen de réception de laser, l'obtention de la position de l'objet cible sur la base du principe du temps de TOF de vol, dans lequel la vitesse de déplacement des données et de les transférer à un processeur de données, en même temps, la vitesse du véhicule, l'accélération, la direction, etc. des données caractéristiques au processeur de données seront également transmises par le bus CAN, l'information de traitement de données sur l'objet cible et le véhicule traitement intégré des données elle-même et émettre un passif correspondant instruction d'avertissement ou de contrôle actif en fonction du résultat de traitement d'une instruction, dans le but de réaliser la fonction d'assistance à la conduite.

La figure suivante montre un radar laser de la société Google Waymo utilisé dans la mise en page de la voiture:

classification lidar

Lidar classés en fonction de si un organe mécanique rotatif, comprenant un radar à laser mécanique à l'état solide et un radar à laser. Lidar avec rotation organe mécanique commandant l'angle de l'émission laser, et de compter sur l'électronique de radar à laser à semi-conducteurs pour commander l'angle de l'émission laser, sans un élément rotatif mécanique.

radar laser mécanique émis par la photodiode, les miroirs MEMS, et d'autres composants du moyen de réception de laser, dans lequel le moyen mécanique est élément rotatif peut être de 360 ° MEMS angle d'émission figure du miroir de commande d'émission laser.

radar laser à l'état solide et radar différente mécanique, par lequel le réseau de phase optique (OpticalPhasedArray), un circuit intégré photonique (PhotonicIC) et diagramme de rayonnement en champ lointain (FarFieldRadiationPattern) et d'autres composants électroniques à la place de l'élément mécanique rotatif pour réaliser le réglage de l'angle de l'émission laser.

Le système optique et micro-ondes PROGRESSIVE un principe de réseau phasé, l'utilisation de la lumière d'interférence cohérente, une affiche de différence de phase, le pic d'interférence est également apparue. Alors, comment faire la lumière de l'appareil généré par la différence de phase est l'objet de l'étude, qui ont besoin de trouver le bon matériel et la méthode d'excitation. Maintenant, un procédé d'excitation électro-optique est à analyser, à savoir le matériau est produit par addition d'une différence de phase électrique. Comparaison de deux chaud maintenant, un réseau de guides d'ondes optiques, est un dispositif MEMS, un dispositif MEMS qui offre une vitesse de balayage élevée, mais le sentiment est pas nécessaire, parce que le goulot d'étranglement ou l'angle de balayage ici, maintenant le principe des MEMS produits commerciaux sont également Je n'ai pas vu.

réseau guide d'onde est obtenue en ajoutant faisceau balayage électriquement, l'effet électro-optique guide d'ondes optique, la tension chargée sur la couche de coeur de guide d'onde, chacun ayant différentes noyau de guide d'ondes supplémentaire d'indice de réfraction, le capteur délivre en sortie un faisceau à un champ de lumière ayant une section transversale de guide d'onde différente distribution de retard de phase supplémentaire selon certaines règles peut provoquer une déviation de sortie de lumière. sortie de distribution par la différence de phase en fonction de certaines règles, de manière à réaliser un balayage de faisceau.

radar laser à semi-conducteurs Avantages: réponse rapide, faible tension de commande, angle de balayage, des prix bas.

Étant donné que la structure interne de certaines différences, le volume de deux tailles ne sont pas les mêmes lidar. lidar mécanique plus grande, la précision coûteuse, la mesure est relativement élevé, généralement placé à l'extérieur de la voiture. radar laser à semi-conducteurs de petite taille, le coût élevé, relativement faible précision de mesure, mais il peut être caché dans la carrosserie du véhicule automobile, ne sera pas endommager l'apparence.

Selon le nombre de harnais combien, radar laser peut être divisé en faisceau unique et multi-faisceaux radar laser Lidar.

Comme son nom l'indique, un faisceau de radar à laser à balayage unique produit seulement une ligne de balayage, les données sont des données obtenues en 2D, il ne peut pas distinguer les informations 3D sur l'objet cible. Cependant, en raison d'un unique faisceau de fils ayant une vitesse de mesure lidar, moins de traitement de données, etc., qui sont utilisés en sécurité multiple, la cartographie du terrain et analogues.

radar laser classique balayant le champ de vision est très faible, si vous voulez observer autour de 360 degrés, comment faire? La façon la plus naturelle est de faire quelques faisceau laser, plus l'angle le plus le nombre de lignes couvertes.

harnais de plusieurs fils peut générer un radar laser balayant une pluralité de lignes de balayage, actuellement sur le marché comprend une pluralité de faisceaux de fils exploiter 4, 8 harnais, le harnais 16, le faisceau 32, le faisceau 64 et analogues, qui peut être divisé en segments 2.5D radar laser 3D et lidar . 2.5D radar laser 3D et lidar plus grande différence est que le champ de vision vertical de la portée du radar laser, le champ de vision vertical de l'ancienne généralement pas plus de 10 °, celui-ci peut atteindre plus de 30 °, voire 40 °, ce qui a également conduit à radar laser à la fois emplacement d'installation sur les exigences varient véhicule.

Laser index des paramètres radar

mesure de la distance, la précision de mesure, la fréquence de mesure, la résolution angulaire est déterminée indicateurs clés en trois dimensions performance d'un radar laser.

Par exemple, les voitures driverless cette zone d'application, la plage de détection radar laser est nécessaire. Par exemple, sur l'autoroute pour pouvoir détecter l'avant du véhicule, ainsi que sur le carrefour, pour être en mesure d'observer la voiture sur la route.

Fait intéressant, la précision est pas aussi élevé que possible. les données LIDAR peuvent être acquises la reconnaissance d'obstacles, détection d'objets et la précision de positionnement dynamique est mauvaise si ne peut pas être atteint l'objet ci-dessus, mais il y a aussi des problèmes une bonne précision, de grandes exigences posées précision du matériel radar laser, informatique le montant sera très important, le coût sera très élevé. Donc, la précision devrait être assez modérée.

Un autre point ne peut pas être ignoré est que la résolution angulaire, la résolution angulaire détermine la distance entre les deux points de laser après avoir joué dehors. Après une seule précision allant, si la distance entre deux points a frappé la surface de l'objet (point) trop loin, une précision allant sera dénuée de sens.

possibilités radar laser et défis

occasion

Il existe de nombreuses possibilités dans le radar laser machines intelligentes écosystème. Par rapport à l'image en deux dimensions, le nuage de points peut être plus facilement utilisé par un ordinateur pour la construction d'une image en trois dimensions de l'environnement physique - le cerveau humain est une donnée d'image à deux dimensions est plus facile à comprendre, mais pour l'ordinateur, le nuage de points est le plus facile à comprendre.

scanner radar à laser dimensions peut être utilisé à l'extérieur, et conçu pour des applications mobiles, de faible puissance. Il n'a fallu près d'un quart du coût de la compétition, ce qui entraînera un nouveau type d'application du capteur (dans nos nombreux autres types de capteurs déjà vu ce phénomène). radar laser dimensionnelle peut être monté sur le nuage de points en trois dimensions sur l'autre élément pour produire une rotation de l'environnement complet.

D'autres entreprises cherchent d'autres stratégies pour réduire les coûts du système, tels que Quanergy radar laser à l'état solide. Ce système est pratiquement le même que le système a déjà été décrit ci-dessus, cependant, le mouvement de rotation du dispositif optique à différents faisceaux est qu'ils utilisent « système optique à réseau de phase » pour guider la direction de l'impulsion laser, il peut libérer une certaine direction impulsion laser, et laisser l'impulsion suivante (après 1 microseconde) visant ailleurs dans le champ de vision.

Il peut être l'attention en temps réel aux objets apparemment en mouvement dans le champ de vision, ce qui est une imitation du pilote humain - qui est sur le point d'entrer dans un avis en temps opportun par les voitures qui voyagent la route des obstacles. Système Quanergy est conçu pour être en mesure de le faire sans mouvement mécanique du boîtier, et environ un million d'échantillons par des seconds points de données - dont le radar laser rotatif 64 et considérablement la vitesse de la ligne, mais il peut réduire considérablement les coûts. Un autre avantage est qu'il est plus facile à intégrer dans le réflecteur et les pare-chocs et d'autres pièces automobiles.

En outre, les systèmes d'énergie plus grandes et plus sont également mis au point, qui peut être imagé à partir du sol avec une résolution suffisante pour être en mesure de voir le véhicule au sol de l'avion d'altitude de 30.000 pieds. Bien que la demande du marché pour ces systèmes sont plus petits et plus chers, mais son développement continuera de réduire le coût global de la technologie du capteur.

défi

1, Matériel

Étant donné que le radar laser en fonction du temps nécessaire pour retourner le capteur pour mesurer l'impulsion laser, ainsi une surface haute réflectivité peut causer des problèmes. La plupart des matériaux du point de vue microscopique, le niveau de rugosité de surface, et la diffusion de la lumière dans toutes les directions, une petite portion de cette lumière diffusée renvoyée au capteur, et suffisant pour produire des données de distance. Toutefois, si la réflexion de surface très élevée, la lumière sera dispersée dans une direction opposée du capteur, le nuage de points dans la région soit complète.

2, environnement

l'environnement de l'air peut aussi affecter les lectures de radar laser. Les dossiers montrent que la pluie de brouillard et lourd va affaiblir les impulsions laser émis par le radar laser et impact. Pour résoudre ces problèmes, les lasers de forte puissance utilisés, mais il est pour les plus petits, déplacer ou applications sensibles à la puissance ne sont pas une bonne solution.

3, la vitesse d'entraînement

Un autre défi que doit relever le système radar laser est le taux de rotation de rafraîchissement relativement lente. Le taux de rafraîchissement du système est limitée par la complexité de la vitesse de rotation du dispositif optique. Le plus fort taux de rotation du système de radar à laser est d'environ 10 Hz, ce qui limite le taux de rafraîchissement du flux de données. Lorsque le capteur est tourné à 60 miles / heure dans les véhicules circulant 8,8 pieds 1/10 de seconde, de sorte que le capteur pour le changement que sur une période de voiture de 8,8 pieds passant voir pratiquement pas. Plus important encore, la portée de la couverture radar laser (dans des conditions idéales) est 100-120 mètres, 60 miles / heure véhicule se déplace seul équivalent à moins de 4,5 secondes de trajet.

4, le coût

Peut-être pour le radar laser, le coût élevé de l'équipement est le plus grand défi à surmonter. En dépit de son coût a été considérablement réduit puisque la technologie a été appliquée, mais il est encore un obstacle important est une large gamme d'utilisations. Pour l'industrie automobile grand public, un 20.000 $ capteurs ne seront pas acceptés par le marché. Elon Musk a dit: « Je ne pense pas qu'il est logique pour le développement de la voiture, et je pense que ce n'est pas nécessaire. »

5, l'identification de l'attribut

Bien que nous Lidar est considéré comme une composante de la vision par ordinateur, mais il est entièrement basé sur la géométrie du nuage de points présenté. En revanche, l'il humain peut reconnaître d'autres formes, en plus des propriétés physiques des objets, tels que la couleur et la texture. Maintenant, un système radar laser ne peut pas distinguer la différence entre le papier et les roches, mais cela devrait être un facteur à considérer en essayant de comprendre et de capteurs pour éviter les obstacles.

6, les attaques de pirates

lidar laser envoyé lui-même est pas codé. Par conséquent, le récepteur ne peut pas lui-même d'identifier à la fin est qu'il est le faisceau de lumière émis émetteur mural ou signaux parasites. les attaques de pirates signifiait prendre le véhicule simulé, des signaux pour piétons, illusion de contre-réaction provoquée par la présence d'obstacles autour des méthodes d'attaque du radar laser. Finalement, voiture de tête a été forcé de descendre ou de frein lent.

Lidar fabricants, peut aller de deux angles contre le piratage: comme l'augmentation de la fréquence d'émission laser, la fréquence d'émission du laser à grande vitesse en quelques microsecondes, le signal analogique d'intrus est difficile de choisir le moment de transmettre un signal d'interférence est reçue reçoit. De plus, en faisant quelque chose de mal algorithme de détermination, plusieurs données de référence pilote est filtré avant que les données d'interférence.

radar laser est utilisé uniquement pour fournir une donnée de l'environnement physique à l'ordinateur de nombreux capteurs, les données générées par ordinateur est plus facilement compris, et il deviendra également moins cher. Les ventes de Velodyne et directeur du marketing Wolfgang Juchmann a déclaré que le coût du radar laser a diminué de 10 fois au cours des sept dernières années. Merci à réduire les coûts, nous allons continuer à voir de nouvelles applications potentielles. (Source: Sensor Technology)