Automotive lidar och hur det fungerar

Vad är Lidar (LiDAR)? Lidar kombinerar radaravståndsmöjligheter med kameravinkelupplösning för att ge exakt djupmedveten avkänning för att fullborda bilden (Figur 1).

Bild 1: Kameror, radar och lidar är de tre teknikerna att välja på för autonom körning. (Bildkredit: ADI)

Den visuella delen representerar kamerans eller förarens synlighet, objektklassificering och sidoupplösning. Mörker och väderförhållanden som snö, damm eller regn kan försämra dessa förmågor. Radardelen representerar returen av RF-signalen. Denna signal är immun mot väderförhållanden och mörker, samtidigt som den mäter avstånd. Lidardelen kan komplettera avkänningsbilden genom att tillhandahålla ytterligare objektklassificering, lateral upplösning, avstånd och mörk penetrering.

Hur fungerar lidar?
Grundelementen i ett lidarsystem inkluderar ett fyrkantsvågssändaresystem, målmiljön och ett optiskt mottagarsystem som används för att tolka avstånden till externa element i miljön. Lidar-avkänningsmetoden använder ljus i form av en pulsad laser för att mäta räckvidd genom att analysera flygtiden (ToF) för den returnerade signalen (Figur 2).

Figur 2: Varje lidar-sändarenhet har ett triangulärt "synfält". (Bildkredit: Bonnie Baker)

Ritningen av avståndet beror på den optiska digitala signalen.

Signaler i den digitala domänen
Kretslösningen för lidar är att lösa problemet med signalmottagning genom biltransimpedansförstärkare. Ingångssteget används för att acceptera negativa inströmspulser från fotodetektorn (Figur 3).

Figur 3: Den elektroniska delen av en lidar består av en laserdiodsändare och två fotodiodmottagare. (Bildkredit: Bonnie Baker)

Laserdioder sänder digitala pulser genom en glasbit. Denna signal reflekteras också på D2-fotodioden. Bearbetningen av denna signal tillhandahåller transittiden och den elektroniska fördröjningen inbyggd i systemet.
De digitala ljussignalpulserna träffar objektet och reflekteras tillbaka till det optiska systemet. Returpulsen speglas till den andra fotodioden Dl. Den elektroniska delen av D1-signalvägen är densamma som D2-signalvägen. Flygtiden kan beräknas efter att de två signalerna når mikrokontrollern (MCU).

Marknadsbild
Automotive lidar-system använder pulsat laserljus för att mäta avståndet mellan två fordon. Bilsystem använder lidar för att kontrollera fordonshastighet och bromssystem som svar på plötsliga förändringar i trafikförhållandena. Lidar spelar en viktig roll i halv- eller helautomatiska bilassistansfunktioner som kollisionsvarning och undvikandesystem, filhållningsassistent, filbytesvarning, döda vinkeln och adaptiv farthållare. Automotive lidar ersätter radarsystem i tidigare fordonsautomationssystem. Lidar-system kan sträcka sig från några meter till över 1 000 meter.

Figur 4: Lidar-marknaden för bilar är uppdelad i semi-autonoma och helt autonoma fordonsapplikationer. (Bildkälla: Allied Market Research)

Självkörande bilar är redan i utbredd användning och lidar-bildsystem kommer att förbättra situationen ytterligare. Radar, kameror och lidarutrustning är fortfarande teknikerna för semi-autonom och helt autonom körning, och priset på lidar faller och marknaden accelererar denna förändring.