Protótipo sólido

Uma equipe da Université Côte d'Azur abordou alguns dos desafios do lidar automotivo, usando um modulador acústico-óptico, um defletor de metassuperfície e, para melhorar o alcance e a relação sinal-ruído, uma técnica emprestada das telecomunicações.

Uma equipe da Université Côte d'Azur abordou alguns dos desafios do lidar automotivo, usando um modulador acústico-óptico, um defletor de metassuperfície e, para melhorar o alcance e a relação sinal-ruído, uma técnica emprestada das telecomunicações.

O lidar do veículo envia pulsos e mede o tempo de voo dos pulsos retornados para determinar o alcance. Esses pulsos são enviados um de cada vez e escaneados em uma cena desviando a fonte de pulso vertical e horizontalmente.

Um lidar voltado para o futuro precisa fazer uma varredura suficientemente à frente, com resolução angular suficiente, sobre um cone suficientemente largo, para detectar objetos em movimento rápido e dar ao veículo tempo para reagir.

Isso exige muitos pulsos para gerar pontos de dados suficientes, mas a frequência do pulso é limitada pela necessidade de esperar o retorno de um pulso antes de enviar o próximo (para evitar ambiguidade de distância – ida e volta acima de 200 m leva 1,3 μs), e os pulsos não pode ser enviado até que o scanner seja redirecionado.

O protótipo do grupo francês usa um diodo laser vermelho-laranja (633 nm) que pode ser modulado em amplitude a 250 MHz, e eles modulam espacialmente o fluxo de pulso usando um defletor acústico-óptico que pode fazer varredura em até 5 MHz – o último dos quais resolve qualquer problema. -apontando problemas de tempo.

Mas embora seja rápido, a saída do modulador angular é bastante estreita – apenas 2°, então isso é potencializado na universidade por uma metassuperfície (esquerda) que amplifica a faixa de ângulo para 150°.

O receptor óptico é sensível e rápido: um cluster de fotodiodos de avalanche de fóton único (SPADs) que formam um 'contador de fótons multipixel' cuja saída é digitalizada por um ADC de 6,4 Gsample/s.

Tendo alcançado alta largura de banda e alta sensibilidade, o sistema ainda é prejudicado pela física do vôo de pulso para evitar ambiguidade de distância, que é onde entra a técnica de telecomunicações.

Aproveitando a alta largura de banda da modulação do laser, os pulsos ópticos de saída são codificados em CDMA (acesso múltiplo por divisão de código), com cada pulso recebendo um código diferente.

Isso significa que vários pulsos podem estar em voo ao mesmo tempo, recebidos pelo mesmo detector.

Qualquer que seja a ordem em que retornam, mesmo que estejam sobrepostos, os pulsos no sinal de retorno podem ser separados digitalmente e cronometrados separadamente de acordo com o código com o qual estão rotulados.

“Resultados experimentais demonstraram que a técnica de bloco CDMA estende a faixa de ambiguidade do lidar em até 35 vezes – para distâncias de quilômetros – em comparação com o lidar tradicional de pulso único”, segundo a sociedade fotônica SPIE, que publicou o trabalho. “Ele também melhora a relação sinal-ruído das imagens lidar, permitindo melhor desempenho em ambientes ruidosos ou em distâncias mais longas.”

O protótipo “quase atende aos requisitos do lidar automotivo. É compacto e tem potencial para ser reduzido às dimensões do chip”, disse SPIE. Tem “possibilidades para veículos autônomos e indústrias robóticas”.

'Superando as limitações dos sensores 3D com amplo campo de visão lidar com varredura aprimorada de metassuperfície' é publicado na revista Advanced Photonics da SPIE. O artigo completo está disponível gratuitamente e inclui um breve, mas útil, levantamento das técnicas existentes de lidar com veículos.

Imagens fornecidas pela SPIE