Prototipo sólido

Un equipo de la Universidad Costa Azul ha abordado algunos de los desafíos del lidar automotriz, utilizando un modulador acústico-óptico, un deflector de metasuperficie y, para mejorar el alcance y la relación señal-ruido, una técnica tomada de las telecomunicaciones.

Un equipo de la Universidad Costa Azul ha abordado algunos de los desafíos del lidar automotriz, utilizando un modulador acústico-óptico, un deflector de metasuperficie y, para mejorar el alcance y la relación señal-ruido, una técnica tomada de las telecomunicaciones.

El lidar del vehículo envía pulsos y mide el tiempo de vuelo de los pulsos devueltos para determinar el alcance. Estos pulsos se envían uno a la vez y se escanean a través de una escena desviando la fuente del pulso vertical y horizontalmente.

Un lidar orientado hacia adelante debe escanear lo suficientemente lejos, con suficiente resolución angular, sobre un cono suficientemente ancho, para detectar objetos que se mueven rápidamente y darle tiempo al vehículo para reaccionar.

Esto requiere muchos pulsos para generar suficientes puntos de datos, pero la frecuencia del pulso está limitada por la necesidad de esperar a que regrese un pulso antes de enviar el siguiente (para evitar la ambigüedad en la distancia: ida y vuelta a más de 200 m se necesitan 1,3 μs), y los pulsos no se puede enviar hasta que el escáner haya vuelto a apuntar.

El prototipo del grupo francés utiliza un diodo láser rojo anaranjado (633 nm) que puede modularse en amplitud a 250 MHz, y modulan espacialmente el flujo de pulsos utilizando un deflector acústico-óptico que puede escanear hasta 5 MHz; el último de los cuales resuelve cualquier problema. -señalando cuestiones de tiempo.

Pero si bien es rápido, la salida del modulador angular es bastante estrecha: solo 2°, por lo que en la universidad se potencia mediante una metasuperficie (izquierda) que amplifica el rango de ángulo a 150°.

El receptor óptico es sensible y rápido: un grupo de fotodiodos de avalancha de fotón único (SPAD) que forman un "contador de fotones de varios píxeles" cuya salida está digitalizada por un ADC de 6,4 Gmuestras/s.

Habiendo logrado un gran ancho de banda y una alta sensibilidad, el sistema todavía se ve obstaculizado por la física del vuelo de pulso para evitar la ambigüedad en la distancia, que es donde entra en juego la técnica de las telecomunicaciones.

Aprovechando el alto ancho de banda de modulación láser, los pulsos ópticos salientes están codificados en CDMA (acceso múltiple por división de código), y cada pulso obtiene un código diferente.

Esto significa que pueden haber múltiples pulsos en vuelo al mismo tiempo, recibidos a través del mismo detector.

Cualquiera que sea el orden en que regresan, incluso si están superpuestos, los pulsos en la señal de retorno se pueden separar digitalmente y cronometrar por separado de acuerdo con el código con el que están etiquetados.

"Los resultados experimentales demostraron que la técnica CDMA en bloque amplía el rango de ambigüedad del lidar hasta 35 veces (a distancias de kilómetros) en comparación con el lidar tradicional de pulso único", según la sociedad de fotónica SPIE, que publicó el trabajo. "También mejora la relación señal-ruido de las imágenes lidar, lo que permite un mejor rendimiento en entornos ruidosos o a distancias más largas".

El prototipo “casi cumple con los requisitos del lidar automotriz. Es compacto y tiene potencial para reducirse al tamaño del chip”, afirmó SPIE. Tiene “posibilidades para vehículos autónomos e industrias robóticas”.

«Superar las limitaciones de los sensores 3D con un lidar de escaneo mejorado con metasuperficies de amplio campo de visión» se publica en la revista Advanced Photonics de SPIE. El documento completo está disponible sin pago e incluye un breve pero útil estudio de las técnicas lidar de vehículos existentes.

Imágenes proporcionadas por SPIE