LIDARの一般的なタイプ

Lidarは、レーザー、全地球測位システム（GPS）、IMU（慣性計測装置）の3つの技術を統合したシステムです。通常のレーダーと比較して、LIDARは解像度が高く、隠蔽性が高く、干渉防止能力が高いという利点があります。 科学技術の継続的な発展に伴い、LIDARの用途はますます拡大しており、ロボット工学、無人運転、無人機の分野で見られます。需要があるときに市場があります。継続的にLIDARの需要増加に伴い、LIDARの種類は目がくらむようになり、LIDARは、その使用機能、検出方法、および負荷プラットフォームに応じてさまざまな種類に分類できます。

機能別に分類されたライダー

レーザー測距レーダー

レーザー測距レーダーは、測定対象物にレーザービームを放射し、レーザービームの反射波を受信し、時間差を記録することにより、測定対象物とテストポイントとの間の距離を決定することです。従来、LIDARは、SF映画に見られるレーザー壁などの産業用セキュリティ検出領域で使用できます。誰かが侵入すると、システムは即座に反応し、早期警告を発します。さらに、レーザー測距レーダーは、宇宙測量や地図作成の分野でも広く使用されています。しかし、人工知能産業の台頭により、レーザー測距レーダーはロボット本体の不可欠なコアコンポーネントになり、SLAMテクノロジーを使用することで、ロボットがリアルタイムの測位とナビゲーションを実行し、自律歩行を実現するのに役立ちます。 Silan Technologyがスラムウェアモジュールと組み合わせて開発したrplidarシリーズは、サービスロボットの現在の自律測位およびナビゲーションの典型的な代表であり、25メートルの測距半径内で1秒間に数万回のレーザー測距を完了できます。ミリメートルレベルの解像度。

レーザースピードレーダー

レーザースピードレーダーは、物体の移動速度の測定です。測定対象の移動速度は、測定対象に対して特定の時間間隔で2つのレーザー測距を実行することによって取得されます。

LIDAR速度の測定方法には、主に2つのタイプがあります。1つは、LIDAR測距原理に基づいています。つまり、ターゲットの距離を特定の時間間隔で継続的に測定し、2つのターゲット距離の差を時間で除算します。目標を取得するための間隔。速度値、速度の方向は、距離差のプラスまたはマイナスに従って決定できます。この方法は、システム構造が単純で測定精度が限られており、反射レーザー光が強い硬いターゲットにのみ使用できます。

別のタイプの速度測定方法は、ドップラー周波数シフトを使用することです。ドップラー周波数シフトとは、ターゲットとLIDARの間に相対速度がある場合、受信エコー信号の周波数と送信信号の周波数の間に周波数差があることを意味します。この周波数差がドップラー周波数シフトです。

イメージングレーザーレーダー

レーザーイメージングレーダーは、ターゲットの検出と追跡、ターゲットの方位角と速度の情報の取得などに使用できます。潜水艦、地雷、隠された軍事目標など、通常のレーダーでは不可能なタスクを完了することができます。軍事、航空宇宙、産業、医療の分野で広く使用されています。

大気検出ライダー

大気検出リダーは、主に大気中の分子、煙の密度、温度、風速、風向、大気中の水蒸気濃度を検出し、大気環境を監視し、嵐などの荒天を予測するために使用されます。の目標を砂嵐。

追跡レーダー

追跡レーダーは、ターゲットを継続的に追跡し、ターゲットの座標を測定し、ターゲットの軌道を提供することができます。砲兵制御、ミサイル誘導、外部弾道学、衛星追跡、貫通技術研究などに使用されるだけでなく、気象学、輸送、科学研究の分野でも拡大しています。

仕事の性質によって分類

ソリッドステートライダー

ソリッドステートライダーは高いピークパワーを持ち、出力波長範囲は既存の光学コンポーネントおよびデバイスと一致し、長い出力範囲は既存の光学コンポーネントおよびデバイス（変調器、アイソレータ、検出器など）および大気透過特性などと一致します。 、および主発振器-パワーアンプ（MOPA）構造を実現するのは簡単です。高効率、小型、軽量、高信頼性、優れた安定性などの導体と相まって、ソリッドステートライダーは空中および宇宙で優先的に適用されますベースのシステム。近年、LIDARの開発の焦点は、ダイオード励起ソリッドステートLIDARです。

ガスライダー

ガスライダーはCO2ライダーで表され、大気透過率の減衰が小さく、検出距離が長い赤外線帯域で動作します。大気の風の場や環境の監視に大きな役割を果たしていますが、サイズが大きく、中赤外線のHgCdTeを使用しています。検出。デバイスは77Kの温度で動作する必要があります。これにより、ガスライダーの発生が制限されます。

半導体ライダー

半導体ライダーは、高い繰り返し率で連続動作でき、長寿命、小型、低コスト、人眼へのダメージが少ないというメリットがあり、雲底高さの検出など、後方散乱信号の強いミー散乱測定に広く使用されています。半導体ライダーの潜在的な用途は、視程を測定し、大気境界層のエアロゾル消光プロファイルを取得し、雨や雪などを特定することです。航空機搭載機器にするのは簡単です。現在、フィンランドのヴァイサラが開発したCT25Kレーザー雲測定器は、半導体雲測定ライダーの代表的なものであり、雲底高さ測定範囲は7500mに達する可能性があります。

行数で並べ替える

単一行ライダー

単一行LIDARは、主に障害物を回避するために使用され、スキャン速度が速く、解像度が高く、信頼性が高くなっています。シングルラインLIDARは、マルチラインおよび3D LIDARよりも角周波数と感度が速いため、周囲の障害物の距離と精度をテストする際の精度が高くなります。ただし、単線レーダーは平面内でしかスキャンできず、物体の高さを測定できないため、一定の制限があります。現在、一般的な掃引ロボットなどのサービスロボットに主に適用されています。

マルチラインライダー

マルチラインLIDARは、主に自動車のレーダーイメージングで使用されます。シングルラインLIDARと比較して、寸法の改善とシーンの復元に質的な変化があり、オブジェクトの高さ情報を識別できます。従来のマルチラインLIDARは2.5Dであり、3Dにすることができます。現在、国際市場では、4回線、8回線、16回線、32回線、64回線があります。しかし、価格が非常に高いため、ほとんどの自動車会社はそれを選択しません。

スキャン方法で分類

MEMSライダー

MEMSタイプのLIDARは、スキャンモードを動的に調整して、特殊なオブジェクトに焦点を合わせ、遠くのオブジェクトや小さなオブジェクトの詳細情報を収集して識別できます。これは、従来の機械式LIDARでは不可能です。 MEMSシステム全体では、固定レーザービームをさまざまな方向に導くために小さなミラーのみが必要です。ミラーは小さいため、慣性モーメントは大きくなく、高速で移動できるため、1秒未満で2Dスキャンモードに追跡できます。

フラッシュライダー

フラッシュタイプのLIDARは、シーン全体をすばやく記録できるため、スキャン中のターゲットやLIDARの動きによるさまざまなトラブルを回避し、カメラのように動作します。レーザービームは全方向に直接拡散するため、1回のフラッシュでシーン全体を照らすことができます。その後、システムはマイクロセンサーアレイを使用して、さまざまな方向に反射したレーザービームを収集します。 Flash LiDARには利点がありますが、もちろん、いくつかの欠点もあります。ピクセルが大きいほど、処理する必要のある信号が多くなります。光検出器に多数のピクセルを詰め込むと、必然的にさまざまな干渉が発生し、精度が低下します。

フェーズドアレイライダー

フェーズドアレイライダーの送信機の列は、信号の相対位相を調整することにより、レーザービームの方向を変更できます。現在、ほとんどのフェーズドアレイライダーはまだ実験室にありますが、今でも回転またはMEMSライダーの時代にあります。

機械式回転ライダー

機械式回転ライダーは初期に開発されたライダーです。現在の技術は比較的成熟していますが、機械式回転ライダーシステムの構造は非常に複雑で、レーザー、スキャナー、光学部品などの各コアコンポーネントの価格は非常に高価です。、光検出器、受信IC、およびロケーションおよびナビゲーションデバイス。ハードウェアのコストが高いため、大量生産が難しく、安定性を向上させる必要があります。現在、ソリッドステートライダーは多くの企業の開発の方向性となっています。

検出方法による分類

直接検出ライダー

直接検出ライダーの基本構造は、レーザー距離計の基本構造と非常によく似ています。仕事では、信号は送信システムによって送信され、ターゲットによって反射された後に受信システムによって収集され、ターゲットの距離はレーザー信号の移動時間を測定することによって決定されます。ターゲットの視線速度は、反射光のドップラー周波数シフトによって決定するか、2つ以上の距離を測定し、変化率を計算して速度を求めることができます。

コヒーレント検出ライダー

コヒーレント検出タイプのライダーは、単安定と双安定に分けられます。いわゆる単安定システムでは、送信信号と受信信号が光開口を共有し、送受信スイッチによって分離されます。双安定システムには、信号を送信および受信するための2つの光学アパーチャが含まれています。送受信スイッチは当然不要であり、残りは単安定システムと同じです。

レーザー発光波形による分類

連続ライダー

レーザーの原理の観点から、連続レーザーとは、懐中電灯のスイッチをオンにするのと同じように、常に光が出ていることを意味します（特別な場合を除く）。連続レーザーは、特定の高さでデータを収集するために、測定される高さまでの連続的な明るい光に依存しています。連続レーザーの動作特性により、特定の瞬間に収集できるデータは1点のみです。風データの性質が不確実であるため、特定の高さでの風の状態を表すためにポイントを使用することは、明らかに少し一方的なものです。したがって、一部のメーカーの妥協方法は、平均評価のために360度回転し、この円形エッジ上の複数のポイントを収集することです。明らかに、これは仮想平面内のマルチポイント統計データの概念です。

パルスライダー

パルスレーザーのレーザー出力は連続的ではありませんが、点滅します。パルスレーザーの原理は、数万個のレーザー粒子を放出することです。国際的に認められているドップラー原理によれば、これらの数万個のレーザー粒子の反射は、特定の高さでの風の状態を包括的に評価するために使用されます。次元の概念。プロービングの長さの理論があります。パルスレーザーは、レーザーの特性から判断すると、連続レーザーの数十倍のポイントを測定でき、特定の高さの風の状態を正確に反映できます。

負荷で分類

Lidarは負荷によって分類されます

空中ライダーは、レーザー測距装置、GNSS装置、INSなどの装置を緊密に統合したもので、飛行プラットフォームをキャリアとして使用して地面をスキャンし、ターゲットの姿勢、位置、反射強度を記録して、地上の3次元情報を取得します。 。そして、必要な空間情報技術を得るための詳細な処理。軍事および民間の分野には幅広い可能性と展望があります。空中ライダーは検出範囲が短く、レーザーが大気中に送信されると、大気の影響でエネルギーが減衰します。ライダーの範囲は、特に濃い霧や重いなどの厳しい気象条件では、20キロメートル以内です。雨・煙・ほこり作業距離が大幅に短くなり、効果的な作業が困難になります。大気の乱気流も、LIDARの測定精度をさまざまな程度に低下させます。

車両ライダー

車載3Dレーザースキャナーとも呼ばれる車載ライダーは、レーザービームを送受信することで対象物に遭遇した後のレーザーの折り返し時間を分析し、相対距離を計算できるモバイル3Dレーザースキャンシステムです。また、収集した3次元座標、反射率など、対象物の表面にある多数の密集点の情報を利用して、対象物の3次元モデルや各種地図データを迅速に再構築します。 、3次元ポイントクラウド図を作成し、環境認識を実現するための環境マップを作成します。目的。自動運転の「自動車製造」の流れにおける車載ライダーの役割はますます重要になっています。現在、多くの企業が自動運転システムでライダーを使用しており、車載ライダー業界の急速な拡大を推進しています。

地上ベースのライダー

地上のLIDARは、森林地域の3D点群情報を取得し、点群情報を使用して個々の樹木の位置と樹高を抽出できます。これにより、人員と材料リソースが節約されるだけでなく、抽出の精度が向上し、他の利点があります。リモートセンシング方法は一致しません。この技術の国内外での林業への応用の分析と、本発明のその後の研究結果の検証を通じて、この技術は、将来、より広い研究領域でさまざまな森林パラメーターを抽出するために使用されます。

衛星ライダー

宇宙搭載レーダーは、軌道が高く、観測フィールドが広い衛星プラットフォームを使用しており、世界の隅々まで到達できます。これは、海外地域で3Dコントロールポイントとデジタル地上モデルを取得するための新しい方法を提供します。これは、国防や科学研究にとって非常に重要です。宇宙搭載ライダーは、天体全体を観測する機能も備えています。米国が実施している月と火星の探査プログラムには、宇宙搭載ライダーが含まれており、提供されたデータを使用して、天体の包括的な3次元地形図を作成できます。体。さらに、宇宙搭載ライダー搭載植生の垂直分布測定、海面測定、雲とエアロゾルの垂直分布測定、および特殊な気候現象の監視も重要な役割を果たすことができます。

上記のLIDARの特性、原理、応用分野の紹介を通じて、さまざまなLIDARのさまざまな属性を誰もが大まかに理解できると思います。現在、LIDARの競争が激化する中、低コストで測定可能なProductionとLiDAR多くの新興企業が実現したい夢です。しかし、LIDARを開発して大量生産することは容易ではありません。豊富な業界経験と信頼できる技術は、この潮の波の中での優位性を保証することができます。