راه حل محدوده رادار حسگر لیزری امنیتی

LiDARسنسور لیزر به طور فعال نور لیزر را ساطع می کند و می تواند اطلاعاتی مانند فاصله، جهت، سرعت و خطوط یک هدف متجاوز را با دقت و وضوح بالا به دست آورد. به طور گسترده ای در زمینه هایی مانند امنیت شهری و امنیت صنعتی استفاده شده است. این مقاله به طور خلاصه به معرفی سازندگان اصلی داخلی و خارجی لیدار امنیتی و مشخصات فنی محصولات آنها می پردازد. ترکیب نیازهای کاربردهای امنیتی مختلف، اصول، ویژگی‌ها و وضعیت فعلی لیدار تحت سیستم‌های فنی مختلف از سه جنبه مورد بحث قرار می‌گیرد: طرح محدوده، روش اسکن و انتخاب منبع نور. در نهایت، روندهای کاربردی و چشم اندازهای توسعه امنیت لیدار خلاصه و بررسی می شود. به منظور پاسخگویی به نیازهای برنامه‌های امنیتی مصرف‌کننده، لیدار امنیتی در جهت‌های کم‌هزینه، عملکرد بالا، سریال‌سازی، کوچک‌سازی، حالت جامد، چیپ‌سازی و ادغام چند منبع توسعه خواهد یافت.

به منظور شناسایی اطلاعات هدف، لیدار امنیتی نه تنها می تواند به طور مستقیم زمان پرواز پالس های لیزر را اندازه گیری کند، بلکه دامنه، فرکانس و فاز سیگنال لیزر ساطع شده را نیز تعدیل می کند و در نتیجه به طور غیر مستقیم فاصله هدف را تشخیص می دهد. با توجه به روش تشخیص، راه حل های محدوده لیدار امنیتی را می توان به زمان پالس پرواز (TOF)، موج پیوسته مدوله شده با دامنه (AMCW) و موج پیوسته مدوله شده فرکانس (موج پیوسته مدوله شده فرکانس، FMCW) سه نوع تقسیم کرد.

تشخیص پالس TOF از سیگنال های نور پالسی به عنوان سیگنال تشخیص استفاده می کند و با اندازه گیری دقیق زمان پرواز پالس های نور منعکس شده، اطلاعات فاصله هدف را به دست می آورد. این اصل در شکل 1 نشان داده شده است. راه حل TOF را می توان برای امنیت در فواصل مختلف مانند امنیت محیطی و امنیت صنعتی اعمال کرد. اصل فنی آن ساده و بلوغ آن بالاست. در همان زمان، اجزای ماژول بالغ مربوطه و تراشه های پردازش اختصاصی برای انتشار، دریافت و پردازش لیزر پالس وجود دارد. علاوه بر این، در حال حاضر تعداد زیادی راه‌حل و اجزای TOF بالغ وجود دارد که روش‌های اسکن را ترکیب می‌کنند، که به راحتی می‌تواند تقاضای بازار را برآورده کند. اکثر لیدارها از این مکانیسم فنی استفاده می کنند. با این حال، هنوز مشکلات زیادی وجود دارد که باید فوراً حل شوند: اولین مورد، ضد تداخل ضعیف است، و روش به دست آوردن سیگنال های اکو با تشخیص مستقیم، مستعد تداخل نور محیط است که خطرات ایمنی را به همراه دارد. دوم حساسیت تشخیص کم و قدرت پالس بالا است. الزامات بالاتری را برای عملکرد دستگاه و ایمنی چشم انسان مطرح می کند. سوم مشکل عملکرد در همه شرایط آب و هوایی است. این روش به راحتی تحت تاثیر آب و هوای بد مانند باران، مه و برف قرار می گیرد. تولید کنندگان مختلف لیدار امنیتی راه حل های مربوطه را پیشنهاد کرده اند. در میان آن‌ها، لیدار امنیتی Beixing Photon TF03 از فناوری چند اکو استفاده می‌کند و الگوریتم‌های جبران را برای محیط‌های نور قوی در فضای باز و باران، برف و مه ترکیب می‌کند تا از تشخیص قابل اعتماد در محیط‌های خشن بیرون اطمینان حاصل کند.

شکل 1 شماتیک TOF LiDAR پالسی

تشخیص AMCW با تشخیص پالس مستقیم متفاوت است. این یک سیگنال لیزری پیوسته منتشر می کند و دامنه سیگنال انتشار لیزر را تعدیل می کند. فاصله با تشخیص اختلاف فاز بین سیگنال اکو و سیگنال انتشار اندازه گیری می شود. اصل در شکل 2 نشان داده شده است. AMCW عموماً برای فواصل کوتاه تا متوسط ​​مانند فواصل تشخیص ده ها متر تا صدها متر مناسب است. روش تشخیص منحصر به فرد آن برای تحقق اسکن فلاش آرایه های ناحیه حالت جامد مفید است. در عین حال، دقت محدوده مبتنی بر فاز بالا است و به طور کلی به سطح میلی متری می رسد.

شکل 2 شماتیک AMCW LiDAR

تشخیص FMCW از سیگنال های مدولاسیون فرکانس خطی برای تعدیل لیزر استفاده می کند و اطلاعات فاصله هدف و سرعت لحظه ای را با مقایسه تفاوت فرکانس لحظه ای بین سیگنال نور منعکس شده و سیگنال نور نوسانگر محلی به دست می آورد. این اصل در شکل 3 نشان داده شده است. در مقایسه با دو مورد اول، مزیت برجسته آن این است که می تواند فاصله هدف و سرعت نسبی شعاعی داپلر را به طور همزمان اندازه گیری کند، می تواند اطلاعات 4 بعدی را ارائه دهد، به طبقه بندی هدف کمک کند، و میدان کاربردی وسیع تری دارد. همچنین دارای مقاومت قوی در برابر تداخل و حساسیت بالاتر است. علاوه بر این، این روش تشخیص برای تولید انبوه کم هزینه با استفاده از فوتونیک سیلیکون و فناوری آرایه فازی مناسب است، اما بلوغ فناوری فعلی کم است و دستگاه ها نسبتاً گران هستند.

شکل 3 شماتیک FMCW LiDAR

هر یک از سه راه حل محدوده دارای ویژگی ها و ارزش کاربردی خاص خود است. در مقایسه با راه حل‌های تشخیص TOF پالسی و تشخیص AMCW، فناوری FMCW دارای مزایای قابل توجه و پتانسیل عظیمی از نظر بلوغ فناوری و عملکرد هزینه است. با این حال، تا کنون، هنوز مشکلاتی در کاربرد راه حل های فنی FMCW در بازار امنیت وجود دارد. قطعات با کارایی بالا مورد نیاز گران هستند و نمی توان آنها را در مقادیر زیاد تولید کرد. با توسعه فناوری نیمه هادی، استفاده از فناوری ادغام فوتونیک برای ساخت لیدار یکپارچه روی تراشه یک روند مهم در توسعه آینده است.

اطلاعات تماس:

اگر ایده ای دارید، در صورت تمایل با ما صحبت کنید. مهم نیست که مشتریان ما کجا هستند و نیازهای ما چیست، ما هدف خود را دنبال خواهیم کرد تا با کیفیت بالا، قیمت پایین و بهترین خدمات به مشتریان خود ارائه دهیم.