XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Один из ключевых компонентов систем экстренного торможения – лидар. Это датчики радарного типа, использующие для обнаружения объектов амплитудную или частотную модуляцию. На основе информации с датчика происходит оценка окружающей среды на наличие опасностей на пути следования.

Когда мы обсуждаем принципы работы лидара, мы обычно ссылаемся на концепцию времени полета. Это принцип работы, наиболее часто используемый в лидарах сегодня, но есть и другие типы лидаров, с которыми вы можете время от времени сталкиваться.

Понимание того,как работает лидар.Обнаружение света и определение дальности (LiDAR) - это технология, аналогичная радару, использующая лазер вместо радиоволн.[3]

Принцип работы лидара довольно прост для понимания:

-он испускает лазерный импульс на поверхность

-улавливает отраженный лазер обратно к источнику лидарного импульса с помощью датчиков

-измеряет время прохождения лазера

-вычисляет расстояние от источника по формуле “Расстояние = (скорость света х прошедшее время) / 2

Этот процесс повторяется лидарными приборами миллион раз и в конечном итоге создает сложную карту обследуемой области, известную как трехмерное облако точек.[2]

Рис.1.Радар лидара в машине[5]

Рис. 2. Принцип действия лидара [1]

Расстояние лидарами с амплитудной модуляцией определяется временем прохождения сигнала от датчика до цели и обратно. Сигнал отправляется, отражается и возвращается обратно. Датчик подсчитывает затраченное время и определяет на каком расстоянии находится объект.[1]

Лидары с частотной модуляцией посылают непрерывный луч света с изменяемой частотой, после чего он разделяется на 2 части, одна из которых направлена во внешнюю среду, а по возвращении объединяется с другой. Причём периодичность следования импульсов и частота модуляции выбираются таким образом, чтобы пауза между двумя импульсами была не меньше, чем время отклика от цели. Зависимость времени отклика от расстояния до цели приведена в таблице [1].

Благодаря принципу действия (рис. 1), лидар способен изменять расстояние до объекта, скорость и оценивать его положение в пространстве благодаря построению 3D-модели.[2]

Время полета: Вы, вероятно, уже знаете это. Запускает лазер и измеряет, сколько времени требуется для возврата к датчику (время полета). Поскольку бортовой компьютер знает скорость света и время полета лазера, он может рассчитать расстояние до объекта.[2]

Лидар с фазовым сдвигом: Этот тип лидара использует свет, точно так же, как лидар для определения времени полета. Разница в том, что эта система излучает непрерывный луч, а не импульсы, и измеряет форму волны, а не время для определения расстояния.[2]

Вот как: Лидарный сканер модулирует луч, уменьшая и увеличивая энергию с постоянной скоростью. Если бы вы отображали уровни энергии с течением времени, диаграмма выглядела бы как синусоидальная волна.[2]

Твердотельный лидар: Проще говоря, лидар на микрочипе. С появлением микрочипов в вычислительной технике многие из этих частей были значительно миниатюризированы. Твердотельный лидар делает то же самое для лидара, что делает его популярным для использования в таких приложениях, как робототехника и самоуправляемые автомобили.[2]

Флэш-лидар: Вы можете представить себе флэш-лидар как единый твердотельный лидарный чип, который выполняет функции камеры и вспышки, необходимых для получения 3D-изображения.[2]

Идея, лежащая в основе Лидара, довольно проста: направьте небольшой лазер на поверхность и измерьте время, необходимое лазеру для возвращения к источнику излучения.

Сейчас технология лидар по-прежнему чаще всего используется для географических нужд и создания точных моделей и трехмерных карт местности. Хотя лидарами пользуются не только картографы, но и те ученые, кто изучает атмосферные явления. Например, климатологам LiDAR позволяет определять состав атмосферы и проводить исследование облаков, испарений, и на основе этих данных строить прогнозы по глобальному потеплению. Океанографы пользуются профессиональным лазерным дальномером для отслеживания береговой эрозии, а ботаники с помощью лидаров следят за состоянием лесов на Земле.[3]

Эта технология используется в географических информационных системах (ГИС) для создания цифровой модели рельефа (DEM) или цифровой модели рельефа местности (DTM) для 3D-картографирования.[4]

LiDAR в быту

Но для чего нужен лидар в повседневной жизни? На самом деле, мы сталкиваемся с лидарами сильно чаще, чем может показаться. Помимо уже упомянутых полицейских со скоростными лидарами и приборов для измерения расстояний (при кадастровых работах), лидары встречаются и в технике, которой мы ежедневно пользуемся.

Например, сегодня система мониторинга лидар встраивается в частные умные дома. Там лидары рассматриваются в качестве альтернативы другим датчикам, определяющими передвижение в пространстве.

А прямо сейчас системы LiDAR уже давно устанавливают на продвинутые модели роботов-пылесосов, что позволяет им создавать точную карту стен и препятствий, которые могут встретиться во время уборки квартиры. На практике это выглядит как отдельный блок, вращающийся на 360 градусов, — он-то и занимается лазерным сканированием. Впрочем, тут есть один забавный казус: лидар плохо справляется с зеркалами, поскольку принимает их не за препятствие, а за еще одно пространство.[4]

Преимущества Lidar:

-высокая скорость и точность сбора информации

-высокое проникновение

-не зависит от интенсивности света окружающей среды

-высокое разрешение изображения

Недостатки Lidar:

-высокая стоимость товара

-плохая работаспособность в дождь,туман,снег

-неэффективные импульсы на определенных высотах.

Список литературы

1. https://cyberleninka.ru/article/n/rol-lidara-v-sovremennyh-transportnyh-sredstvah/viewer

2. https://blog.lidarnews.com/lidar-operating-principles-explained/

3. https://www.yellowscan.com/knowledge/how-does-lidar-work/

4. https://blog.eldorado.ru/publications/lidar-chto-eto-za-tekhnologiya-i-zachem-ona-nuzhna-35587

5. https://gistroy.ru/article/lidar

Код для цитирования: Скопировать