Radar de corto alcance y LIDAR, ¿cómo funcionan?

No creo que este sitio sea un lugar para revisiones o disertaciones tecnológicas completas sobre tecnología basada en microondas. En resumen, la luz viaja en el aire a 12 pulgadas por 1 ns. Por lo tanto, esto no está completamente fuera de contacto para que la electrónica moderna detecte los retrasos de subns.

Aquí hay un dispositivo, después de una búsqueda de 30 segundos, radar de un solo chip TI AWR1443 . Entonces, la respuesta es que los procesadores de radar evitan las velocidades de muestreo ultrarrápidas mediante el "procesamiento de banda base" (también conocido como "demodulación en cuadratura") de la señal de la portadora del radar (rango de 70-90 GHz) en un rango de frecuencia más manejable, y luego usa una frecuencia de 200 MHz Procesador ARM para obtener el resultado final.

  

¿Hay alguna otra forma de medir la distancia que el tiempo de vuelo contado por tics digitales?

Sí, efectivamente. Si observa el diagrama de bloques de Ali Chen, verá un ejemplo del uso de una forma de onda de chirrido.

El haz de transmisión utiliza una frecuencia linealmente creciente (o decreciente, no importa), que también se aplica a los mezcladores de entrada. Observe el bloque etiquetado "generador de rampa"? Dado que la frecuencia de transmisión se aplica a los mezcladores de entrada, la salida de los mezcladores es la diferencia entre las frecuencias de entrada y salida.

Digamos que la salida varía a 10 GHz / segundo. Luego, en un rango de 1 pie, ya que la señal de recepción se retrasa 2 nseg, la entrada se compensará con la salida en 20 Hz y el ADC no tendrá problemas para manejar esto.

Notarás que esto no permite la adquisición de rango rápido. La determinación del rango probablemente tomará una fracción notable de un segundo, especialmente para objetos cercanos, pero para uso automotriz no es un gran problema.

Otro enfoque es la discriminación de fase. Usando un transmisor de frecuencia constante (sin chirrido) si compara la entrada y la salida, puede obtener la diferencia de fase (suponiendo que se encuentra dentro de la longitud de coherencia de la forma de onda del transmisor) entre los dos. Conocer la longitud de onda permite determinar la distancia. Esto funciona bien con los láseres de gas en LIDAR, por ejemplo, pero no se encuentra comúnmente en los láseres semiconductores, ya que generalmente tienen longitudes de coherencia bastante cortas.

Esto también tiene inconvenientes, la mayor ambigüedad es el alcance. Si obtiene, por ejemplo, 360 grados de cambio de fase a 10 pies, no puede distinguir la diferencia entre 11 pies y 1 pie. Esto a veces no es un problema imposible, ya que la intensidad de recepción se reducirá rápidamente a medida que aumenta el alcance, pero es una consideración real.

Para las aplicaciones de conducción autónoma en particular (de qué se trata el bombo actual), se están considerando dos vías tecnológicas principales.

1. Tiempo de vuelo (ToF) Este es el que utiliza pulsos de luz e involucra la velocidad de la luz de manera bastante directa. Tienes toda la razón que la adquisición es muy desafiante para distancias cortas, que requieren alta velocidad y baja fluctuación de fase electrónica. Las distancias usuales involucradas. son de un metro a varios metros.

2. Onda continua de frecuencia modulada (FMCW) Toma un láser de onda continua (frecuencia única) y modula su frecuencia portadora Con alguna forma de onda específica, a menudo un chirrido lineal. Envias esto Onda de luz modulada en el medio ambiente y recojerla después de un poco de retraso Mezclas esta onda de luz retardada con un no retardado. Versión de lo que enviaste. Estas dos ondas de luz están ahora en ligeramente Diferentes frecuencias debido a la modulación dependiente del tiempo. los El proceso de mezclarlos en un fotodetector se llama óptico. Detección heterodina, y es completamente análogo al concepto de RF. del mismo nombre. Como resultado, los fotodetectores son mezcladores ideales, ya que responden cuadráticamente al campo eléctrico, o linealmente Con respecto a la potencia, sí proporcional al campo eléctrico al cuadrado. Esta mezcla crea una Toca la nota en la diferencia de frecuencia, dándote la distancia. Cierto es que, resolver una distancia menor requiere una modulación muy rápida, que es En última instancia, el factor limitante.

Otro método de detección remota, que solo es viable para ciertas aplicaciones específicas (la mayoría de las veces biológicas) es Tomografía de coherencia óptica (OCT) . Existen muchas variaciones bajo este nombre, que en última instancia son equivalentes entre sí. Una de ellas es barrer la longitud de onda de un láser y hacer que la luz reflejada refleje una referencia fija. Al tomar la transformada de Fourier inversa del espectro resultante, puede extraer la respuesta de dominio del tiempo del sistema, hasta un desplazamiento de tiempo / longitud.

Los LIDAR más antiguos, como los del Instituto de Investigación Ambiental ERIM de Michigan, utilizados en los proyectos Terragator en CMU, utilizan luz láser modulada a 10MHz. Como explicó todo este mundo, habrá tareas de resolución de ambigüedades.

LIDAR moderno utiliza pulsos; Las especificaciones de Velodyne sugieren una resolución de 5 picosegundos (la distancia no se especifica) pero un ancho de pulso de 5 nanosegundos. Todos estos pulsos pueden ser ambiguos (Velodyne usa docenas de láseres, todos presumiblemente cronometrados para evitar la ambigüedad).

El ojo humano y el cerebro humano cooperan para producir un modelo 3_D de nuestro entorno, ese modelo 3_D se actualiza muchas veces por segundo como

1) se producen bordes móviles donde no se espera en las predicciones 3_D

2) algo se mueve, donde un campo visual constante (no amenazante) fue la hipótesis inicial

La capacidad de evolucionar, de brindar una resolución muy alta a alguna característica desconcertante o recién amenazante en la imagen, ahora se está implementando en algunos LIDAR.

Los humanos generan flujos masivos de información en nuestros ojos y filtran casi todos los cambios / información.

LIDAR asume que, al ser una modalidad de sensor ortogonal para cámaras estándar o RADAR, alguna resolución descuidada será la cura para los defectos de los vehículos autónomos.

Este supuesto no se está desplazando, porque la fusión de información no es un problema resuelto, por personas de CMU.

Hay un montón de técnicas analógicas para evitar velocidades de reloj estúpidas.

El rango del láser y los contadores de frecuencia de 10 dígitos utilizaron la retención y muestra analógicas de una onda triangular para interpolar entre los bordes del reloj, agregando una resolución de 2-3 dígitos adicionales a la velocidad del reloj

Mientras tenga ruido analógico (fluctuación de tiempo), entonces podría promediar muchas lecturas para obtener una resolución fina, que es probablemente lo que estas personas hacen con el tiempo de vuelo de menos de un metro.

Tenga en cuenta que estos son realmente sistemas de destino único.

Cuando usa FMCW / chirped radar, puede hacer un FFT en su señal (banda base) y separar los diferentes objetivos que se encuentran a diferentes distancias.

Solo por interés, deberías mirar cómo trazan un mapa del radar mars y venus utilizando Arecibo . ¿Cómo se obtiene esto cuando el haz es más grande que el planeta?