Lidar automobilistico e come funziona

Cos'è Lidar (LiDAR)? Lidar combina le capacità di portata del radar con la risoluzione angolare della telecamera per fornire un rilevamento accurato della profondità per completare l'immagine (Figura 1).

Figura 1: Telecamere, radar e lidar sono le tre tecnologie preferite per la guida autonoma. (Credito immagine: ADI)

La parte visiva rappresenta la visibilità della telecamera o del conducente, la classificazione degli oggetti e la risoluzione laterale. L'oscurità e le condizioni meteorologiche come neve, polvere o pioggia possono compromettere queste capacità. La parte radar rappresenta il ritorno del segnale RF. Questo segnale è immune alle condizioni meteorologiche e all'oscurità, ma misura anche la distanza. La parte lidar può completare l'immagine di rilevamento fornendo un'ulteriore classificazione degli oggetti, risoluzione laterale, portata e penetrazione del buio.

Come funziona lidar?
Gli elementi di base di un sistema lidar includono un sistema trasmettitore ad onda quadra, l'ambiente target e un sistema ricevitore ottico utilizzato per interpretare le distanze dagli elementi esterni nell'ambiente. Il metodo di rilevamento lidar utilizza la luce sotto forma di un laser pulsato per misurare la portata analizzando il tempo di volo (ToF) del segnale restituito (Figura 2).

Figura 2: Ogni unità di trasmissione lidar ha un "campo visivo" triangolare. (Credito immagine: Bonnie Baker)

Il disegno della distanza dipende dal segnale digitale ottico.

Segnali nel dominio digitale
La soluzione circuitale del lidar è risolvere il problema della ricezione del segnale attraverso l'amplificatore di transimpedenza automobilistico. Lo stadio di ingresso viene utilizzato per accettare impulsi di corrente di ingresso negativi dal fotorilevatore (Figura 3).

Figura 3: La parte elettronica di un lidar è costituita da un trasmettitore a diodo laser e due ricevitori a fotodiodo. (Credito immagine: Bonnie Baker)

I diodi laser trasmettono impulsi digitali attraverso un pezzo di vetro. Questo segnale si riflette anche sul fotodiodo D2. L'elaborazione di questo segnale fornisce il tempo di transito e il ritardo elettronico integrato nel sistema.
Gli impulsi del segnale luminoso digitale colpiscono l'oggetto e vengono riflessi nel sistema ottico. L'impulso di ritorno viene riflesso sul secondo fotodiodo D1. La parte elettronica del percorso del segnale D1 è la stessa del percorso del segnale D2. Il tempo di volo può essere calcolato dopo che i due segnali raggiungono il microcontrollore (MCU).

Istantanea del mercato
I sistemi lidar automobilistici utilizzano la luce laser pulsata per misurare la distanza tra due veicoli. I sistemi automobilistici utilizzano il lidar per controllare la velocità del veicolo e i sistemi di frenata in risposta a improvvisi cambiamenti delle condizioni del traffico. Lidar svolge un ruolo importante nelle funzioni di assistenza per auto semiautomatiche o completamente automatiche come i sistemi di avviso di collisione ed evitamento, assistenza al mantenimento della corsia, avviso di deviazione dalla corsia, monitor degli angoli ciechi e controllo adattivo della velocità di crociera. Il lidar automobilistico sta sostituendo i sistemi radar nei precedenti sistemi di automazione dei veicoli. I sistemi Lidar possono variare da pochi metri a oltre 1.000 metri.

Figura 4: Il mercato dei lidar automobilistici è segmentato in applicazioni per veicoli semi-autonomi e completamente autonomi. (Fonte immagine: ricerca di mercato alleata)

Le auto a guida autonoma sono già ampiamente utilizzate e i sistemi di imaging lidar miglioreranno ulteriormente la situazione. Radar, telecamere e apparecchiature lidar sono ancora le tecnologie preferite per la guida semi-autonoma e completamente autonoma, e il prezzo del lidar sta diminuendo e il mercato sta accelerando questo cambiamento.