Métricas de desempenho do Lidar: Compreendendo os principais parâmetros do laser Lidar

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A tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging) tem apresentado um crescimento exponencial, principalmente devido às suas amplas aplicações. Ela fornece informações tridimensionais sobre o mundo, indispensáveis ​​para o desenvolvimento da robótica e o advento da condução autônoma. A transição de sistemas LiDAR mecanicamente dispendiosos para soluções mais econômicas promete trazer avanços significativos.

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Indicadores-chave de desempenho do LiDAR

Os principais parâmetros de desempenho do LiDAR incluem comprimento de onda do laser, alcance de detecção, campo de visão (FOV), precisão de medição, resolução angular, taxa de pontos, número de feixes, nível de segurança, parâmetros de saída, classificação IP, potência, tensão de alimentação, modo de emissão do laser (mecânico/estado sólido) e vida útil. As vantagens do LiDAR são evidentes em seu amplo alcance de detecção e maior precisão. No entanto, seu desempenho diminui significativamente em condições climáticas extremas ou com fumaça, e seu alto volume de coleta de dados tem um custo considerável.

◼ Comprimento de onda do laser:

Os comprimentos de onda comuns para LiDAR de imagem 3D são 905 nm e 1550 nm.Sensores LiDAR com comprimento de onda de 1550 nmPode operar com maior potência, aumentando o alcance de detecção e a penetração em condições de chuva e neblina. A principal vantagem do comprimento de onda de 905 nm é a sua absorção pelo silício, o que torna os fotodetectores à base de silício mais baratos do que os necessários para 1550 nm.
◼ Nível de segurança:

O nível de segurança do LiDAR, em particular se ele atende aos requisitos.Padrões de Classe 1, depende da potência de saída do laser durante seu tempo de operação, considerando o comprimento de onda e a duração da radiação laser.
Alcance de detecção: O alcance do LiDAR está relacionado à refletividade do alvo. Uma refletividade mais alta permite distâncias de detecção maiores, enquanto uma refletividade mais baixa reduz o alcance.
◼ Campo de visão:

O campo de visão do LiDAR inclui ângulos horizontais e verticais. Os sistemas LiDAR mecânicos rotativos normalmente possuem um campo de visão horizontal de 360 ​​graus.
◼ Resolução Angular:

Isso inclui as resoluções vertical e horizontal. Obter alta resolução horizontal é relativamente simples devido aos mecanismos acionados por motor, frequentemente atingindo níveis de 0,01 grau. A resolução vertical está relacionada ao tamanho geométrico e ao arranjo dos emissores, com resoluções tipicamente entre 0,1 e 1 grau.
◼ Taxa de Pontos:

O número de pontos de laser emitidos por segundo por um sistema LiDAR geralmente varia de dezenas a centenas de milhares de pontos por segundo.
Número de vigas:

O LiDAR multifeixe utiliza múltiplos emissores de laser dispostos verticalmente, com a rotação de um motor criando múltiplos feixes de varredura. O número adequado de feixes depende dos requisitos dos algoritmos de processamento. Mais feixes proporcionam uma descrição ambiental mais completa, reduzindo potencialmente as demandas algorítmicas.
Parâmetros de saída:

Esses dados incluem a posição (3D), velocidade (3D), direção, registro de data e hora (em alguns LiDARs) e refletividade dos obstáculos.
◼ Expectativa de vida:

Os sensores LiDAR mecânicos rotativos normalmente duram alguns milhares de horas, enquanto os sensores LiDAR de estado sólido podem durar até 100.000 horas.
◼ Modo de Emissão do Laser:

Os sistemas LiDAR tradicionais utilizam uma estrutura rotativa mecânica, que é propensa a desgaste, limitando sua vida útil.estado sólidoO LiDAR, incluindo os tipos Flash, MEMS e Phased Array, oferece maior durabilidade e eficiência.

Métodos de emissão a laser:

Os sistemas LIDAR a laser tradicionais geralmente empregam estruturas rotativas mecânicas, o que pode levar ao desgaste e à vida útil limitada. Os sistemas de radar a laser de estado sólido podem ser categorizados em três tipos principais: Flash, MEMS e phased array. O radar a laser Flash cobre todo o campo de visão em um único pulso, desde que haja uma fonte de luz. Posteriormente, ele emprega o método do Tempo de Voo (Time of Flight).ToFO radar a laser MEMS utiliza um método para receber dados relevantes e gerar um mapa dos alvos ao redor do radar. Ele possui uma estrutura simples, exigindo apenas um feixe de laser e um espelho rotativo semelhante a um giroscópio. O laser é direcionado para esse espelho rotativo, que controla sua direção por meio da rotação. Já o radar a laser de matriz faseada utiliza uma micromatriz formada por antenas independentes, permitindo a transmissão de ondas de rádio em qualquer direção sem a necessidade de rotação. Nesse caso, o radar controla o tempo ou a sequência de sinais de cada antena para direcionar o sinal para um local específico.

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Ruído de baixa ASE e efeitos não linearesMedições precisas exigem a minimização de ruídos desnecessários. A fonte de laser opera com níveis extremamente baixos de Emissão Espontânea Amplificada (ASE) e ruído de efeitos não lineares, garantindo dados de radar a laser limpos e precisos.

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Data da publicação: 16/11/2023