LiDAR の起源は 1960 年代にまで遡ります。 1960 年にルビー レーザーが発明された後、LiDAR 技術は徐々に発展し始めました。 1962 年にマサチューセッツ工科大学が LiDAR を使用して地球と月の間の距離を測定することに成功し、それ以来、LiDAR の潜在的な価値が科学者によって継続的に発見されてきました。 LiDAR は、無人車両への挑戦において初めて自動車に使用され、それ以来、車載型 LiDAR はインテリジェント運転の分野で急速に発展してきました。
名前が示すように、LiDAR は光周波数帯域で動作するレーダーです。レーザー光を照射して対象物の位置や速度などの特徴量を検出するレーダーシステムです。その仕組みは、まず光周波数帯の電磁波検出信号を対象物体に向けて放射し、対象物から反射してきた受信信号、つまり同波信号と送信信号を比較し、適切な処理を行うことです。対象物の位置や運動状態などの特徴情報を取得し、対象物の検出・識別を実現します。最大検知距離は200メートルに達します。 LiDARはミリ波レーダーと比較して、障害物の位置や速度に加え、障害物の3次元形状特徴も取得できます。したがって、LiDAR は車両環境の 3 次元モデリングを実行し、さまざまな動的および静的障害物を識別することもできます。
LiDAR テクノロジーは、インテリジェント運転テクノロジーの基盤として国際的に認められています。より良いテスト結果を得るために、LiDAR の光学システムが研究のホットスポットになっています。 LiDAR は豊富な環境情報を提供できるため、インテリジェント運転の自動障害物回避能力も大幅に向上します。 LiDAR は、レーザー技術と最新の光電検出技術を組み合わせた高度な検出方法でもあります。送信系、受信系、スキャン系、情報処理系に分けられます。
送信システムとしてのレーザーは、通常、炭酸ガスレーザー、半導体レーザー、波長可変の固体レーザー、およびいくつかの光ビーム拡張ユニットで構成されます。受信システムは通常、望遠鏡と、光電子増倍管、半導体フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、赤外線および可視光多素子検出装置などのさまざまな形式の光電検出器を使用します。 LiDAR は、パルスまたは連続波という 2 つの動作モードを使用します。検出方法は、検出原理の違いにより、ミー散乱、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、蛍光、ドップラーおよびその他のレーザーレーダーに分類できます。
では、LiDAR はどのようにして距離測定を実現しているのでしょうか? LiDAR 距離測定の最も重要な部分は、レーザーの発光と反射のプロセスであることはわかっています。そして、この過程の特定の時間、つまりレーザーの飛行時間を計測することで、ターゲットまでの距離を計算することができる。次に、異なるレーザーの発光信号に応じて、パルスレーザー測距と位相レーザー測距に分けることができます。
パルスレーザー測距とは、単純に、LiDAR が測定対象物によって反射されたレーザービームの放射と受信機によって受信される間の時間間隔を記録することを意味します。既知の光速度に従って、測定距離を計算できます。具体的な計算関係は以下の通りです。
D=CT/2 (1)
ここで、 D は検出距離です。 T は飛行時間です。 Cは光の速度です。位相レーザー測距には、レーザー信号の振幅変調の問題が伴います。変調光の振幅は時間の経過とともに周期的に変化します。したがって、変調されたレーザーの発光と反射の位相変化を測定して、時間と距離に関する情報を得ることができます。レーザーレーダーは一定の速度で回転し、赤外線レーザーを連続的に放射しながら、反射点からの距離、時間、水平角などの情報を含むレーザー信号を受信します。複数の送信機を使用して異なる頂角に対応し、これらの変数データを使用して対応する反射点の位置情報を取得します。レーザーレーダーで収集したすべての反射点の座標を360度回転させて点群として収集し、全方位の環境情報を取得します。
現在市場で主流となっているレーザーレーダーには多くのコンポーネントがあり、コンポーネントごとに技術的な選択肢が異なるため、対応する効果やコストも当然異なります。車載レーザーレーダーは構造の違いにより、機械式回転レーザーレーダー、ハイブリッド半固体レーザーレーダー、全固体レーザーレーダーに分類されます。機械式回転レーザーレーダー技術は比較的伝統的で成熟したものです。その利点は、周囲環境の 360 度の水平視野スキャンを実現でき、測距能力が比較的長いことです。しかし、装置が大型であり、組み立てやデバッグが比較的複雑です。コストが高く、生産サイクルが長い。機械部品の耐用年数も、自動車グレードの要件を満たすことが困難です。ハイブリッド固体レーザーレーダーは主にMEMS（微振動ミラー）レーザーレーダーであり、固体レーザーレーダーは主にフラッシュ（投光器アレイ）とOPA（光フェーズドアレイ）です。中でもMEMSレーザーレーダーは小型、低コスト、量産が容易などの利点があり、現在の自動運転車に最も広く使われている技術製品となっています。
実際、インテリジェントな運転を実現するには、レーザー レーダーに依存するだけでは十分ではありません。無人車両が複雑な道路状況に直面する場合、車両が包括的な分析を行って意思決定を行えるように、リアルタイムの道路状況を収集して一元的に処理するために多数のセンサーが必要になります。もちろん、単一の同じ種類のセンサーでは、無人車両の道路状況情報分析のニーズを満たすことはできません。道路環境が複雑になればなるほど、それぞれに利点のあるさまざまな種類のセンサーが必要になります。
現在のL2レベルの自動運転ハードウェアは、カメラ、ミリ波レーダー、超音波レーダーで構成される設計が主流となっている。その中で、カメラコンポーネントの利点は、道路の障害物を明確に識別できることですが、実際にはカメラは光の強さの影響を受けます。超音波レーダーは、私たちが日常生活で広く使用している後進レーダーです。測定距離が短く、天候の影響を受けやすいため、ミリ波レーダーは煙を透過する能力が強いため、カメラの欠点をうまく補うことができ、死角監視や車線変更支援などに多く使われています。強い光環境でも動作し、比較的悪天候にも適応できますが、判定精度は悪くなります。
したがって、LiDAR は障害物の具体的な輪郭や距離などの情報をより正確に検出でき、一般に車両前方の障害物を誤判断したり見落としたりすることはありません。 LiDARの有効検知距離も前の2つよりも遠くなります。理論的には、検出距離が十分に長いと、車両情報処理センターの反応時間が長くなります。
弊社の住所
西湖区鎮華路200号B-1508瑞鼎大厦
電話番号
0086 181 5840 0345
電子メール
info@brandnew-china.com
