Radar de corto alcance y LIDAR, ¿cómo funcionan?

¿Hay alguna otra forma de medir la distancia que no sea el tiempo de vuelo contado por ticks digitales?

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

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 como "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, dado 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.

Notará que esto no permite la adquisición de rango rápido. La determinación del rango probablemente tomará una notable fracción de segundo, particularmente para objetos cercanos, pero para uso automotriz eso 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 esté 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 de semiconductores, ya que generalmente tienen longitudes de coherencia más bien cortas.

Esto también tiene inconvenientes, el mayor de los cuales es la ambigüedad del rango. Si obtiene, por ejemplo, 360 grados de cambio de fase a 10 pies, no puede notar la diferencia entre 11 pies y 1 pie. Esto a veces no es un problema imposible, ya que la intensidad de recepción disminuirá rápidamente con el aumento del rango, pero es una consideración real.

No creo que este sitio sea un lugar para revisiones exhaustivas de tecnología o disertaciones 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 lugar para que la electrónica moderna detecte retrasos sub-ns.

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

LIDAR más antiguo, como el del Instituto de Investigación Ambiental ERIM de Michigan, utilizado en proyectos Terragator en CMU, usaba luz láser modulada de 10 MHz. Como explicó whatroughbeast, habrá tareas de resolución de ambigüedad.

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, presumiblemente sincronizados para evitar ambigüedades).

El ojo humano y el cerebro humano cooperan para producir un modelo 3D de nuestro entorno, ese modelo 3D se actualiza muchas veces por segundo a medida que

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

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

La capacidad de fovear, para llevar una resolución muy alta a alguna característica desconcertante o nueva amenaza en la imagen, se está implementando ahora en algunos LIDAR.

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

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

Esta suposición no está funcionando, porque la fusión de información no es un problema resuelto, según la gente de CMU.

Para las aplicaciones de conducción autónoma en particular (de lo que se trata la moda 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. Tiene toda la razón en que la adquisición es muy desafiante para distancias cortas, que requieren alta velocidad y baja fluctuación electrónica. Las distancias usuales involucradas son de un metro a varios metros.

2. Onda continua modulada en frecuencia (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. Envías esta onda de luz modulada en el entorno y la recoges después de un tiempo. Mezclas esta onda de luz retrasada con una versión no retrasada de lo que enviaste. Estas dos ondas de luz ahora tienen frecuencias ligeramente diferentes debido a la modulación dependiente del tiempo. El proceso de mezclarlos en un fotodetector se denomina detección heterodina óptica y es completamente análogo al concepto de RF del mismo nombre. Resulta que los fotodetectores son mezcladores ideales, ya que responden cuadráticamente al campo eléctrico, o linealmente con respecto a la potencia, proporcional al cuadrado del campo eléctrico. Esta mezcla crea una nota de compás en la diferencia de frecuencia, dándote la distancia. Cierto es que,

Otro método de teledetección, que solo es viable para ciertas aplicaciones específicas (la mayoría de las veces biológicas) es la 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 retrorreflejada interfiera con una referencia fija. Al tomar la transformada inversa de Fourier del espectro resultante, puede extraer la respuesta en el dominio del tiempo del sistema, hasta una compensación de tiempo/longitud.

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

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

Siempre que tenga ruido analógico (inestabilidad de tiempo), entonces podría promediar muchas lecturas para obtener una resolución fina, que es probablemente lo que estos muchachos hacen con el tiempo de vuelo en menos de un metro.

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

Cuando usa FMCW / radar con chirrido, puede hacer una FFT en su señal (banda base) y separar los diferentes objetivos que están a diferentes distancias.

Solo por interés, debe ver cómo trazan un mapa de radar de Marte y Venus usando Arecibo. ¿Cómo obtienes esto, cuando el rayo es más grande que el planeta?