短距離レーダとLIDAR、それらはどのように機能しますか?

近距離レーダーとLIDARはどのように機能するのでしょうか。光速を考慮すると、短距離距離(1〜2フィート)を検出するには、受信機のサンプリングレートを非常に高くする必要があります。この高いサンプリングレートを必要としないようにするには、どのように検出器が機能するのでしょうか。デジタルティックでカウントされた飛行時間以外の距離を測定する方法は他にありますか?

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あなたが10GHzのリアルタイムでサンプリングすることができるなら、あなたはインチの解像度を持ちます。はい、速く叫んでいる4と6ビットのADCがあります。 100GHzでサンプリングするが液体窒素冷却を必要とするものがあります。
追加された 著者 simonrjones,
別の方法があるはずです、10 GSPSでのサンプリングは、それをDSPにする必要性を考えるとき、方法、速度が速すぎる、さらにもっとそうです。
追加された 著者 Fantattitude,
レーダーやLIDARにはあまり慣れていないので、動作の仕方がよくわからないので回答を書きませんが、リアルタイムサンプリングを必要としない干渉測定で精密測定を行うことができます。考え方は、ビームを2つに分割し、一方を既知の距離で、もう一方を未知のパスで移動させることです。それらが再結合されるとき、結果として生じる干渉パターンは、両者間の光路長の差に依存するだろう。それはそれらが通過する媒体の光学的性質にも依存するので、私は「光路長」と言います。
追加された 著者 pivotpointsecurity,
あなたはその主題について何か文学を検索しようとしましたか?あなたは何を見つけましたか?
追加された 著者 Ali Chen,

5 答え

このサイトが包括的な技術レビューや電子レンジ技術に関する論文のための場所ではないと思います。つまり、光は1 nsあたり12インチの速度で空中を移動します。そのため、最新の電子機器ではns以下の遅延を検出することは、これだけでは不可能です。

30秒の検索の後、 TI AWR1443シングルチップレーダーその答えは、レーダープロセッサはレーダーキャリア信号(70〜90 GHzの範囲)をより扱いやすい周波数範囲に「ベースバンド処理」(別名「直交復調」)することによって超高速サンプリングレートを回避し、次に200 MHzを使用することです。最終結果を得るためのARMプロセッサ。

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確かに、私はベースバンドへの周波数変換を理解しています、しかし基本的にあなたはまだ飛行時間を直接測定していますか? 1nsの遅延は長くはありません、あなたの標準的なADCには十分な長さではありません。そしてこれは、シグナルに対してDSP操作を実行する必要性を無視しています。別の方法はありますか?
追加された 著者 Fantattitude,
@FourierFlux、いいえ、システムは特別に変調された信号を使用し、単なる生パルスではなく、DSP相関技術によって距離を検出します。あなたはこの主題に関する文学で何を見つけましたか?
追加された 著者 Ali Chen,

デジタルティックでカウントされた飛行時間よりも他に距離を測定する方法はありますか。

はい、そうです。 Ali Chenのブロック図を見ると、チャープ波形の使用例がわかります。

送信ビームは、直線的に増加する(または減少する、問題ではない)周波数を使用します。これは入力ミキサーにも適用されます。 「ramp generator」というラベルの付いたブロックに注目してください。送信周波数は入力ミキサに適用されるため、ミキサの出力は入力周波数と出力周波数の差になります。

出力が10 GHz /秒で変化するとしましょう。その後、1フィートの範囲では、受信信号が2nsec遅延するため、入力は出力から20Hzオフセットされ、ADCはこれを処理するのに問題がなくなります。

あなたはこれが速い範囲取得を許さないことに気付くでしょう。特に近くの物体の場合、範囲の決定にはおそらくわずかな時間がかかりますが、自動車での使用では大きな問題にはなりません。

別のアプローチは位相差別です。入力と出力を比較すると、固定周波数トランスミッタ(チャープなし)を使用すると、2つの位相差(トランスミッタ波形のコヒーレンス長内にあると仮定)を取得できます。波長を知ることは距離の決定を可能にする。これは、例えばLIDARのガスレーザではうまく機能しますが、コヒーレンス長がかなり短いため、半導体レーザでは一般的には見られません。

これには欠点もあります。最大の問題は範囲のあいまいさです。たとえば、10フィートで360度の位相シフトが発生した場合、11フィートと1フィートの違いはわかりません。これは不可能な問題ではない場合があります、受信強度は範囲が広がるにつれて急速に低下するためですが、これは実際の考慮事項です。

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さて、RFの場合はミキサーとローパスフィルターを使いますね。これは、周波数の差を90度位相シフトしたものです。面白い。誰かが自家製レーダーを作ったことがありますか? (リンクされている人のようなSOCソリューションがあると思いますが、より個別の実装に興味があります)
追加された 著者 Fantattitude,
@FourierFlux - 差周波数の位相シフトは無関係です(この場合)。これは定数であり、補償できるためです。範囲は差の周波数によって決まります。 CWの場合、私は60 MHzで変調されたCO2レーザーを使って80年代にそのようなレーダーに取り組みました。これは空中を見下ろすレーダーであり、範囲のあいまいさを処理できる限りうまくいきました。距離分解能は約1インチでした。 ERIMは、そのような概念についても、彼らのサイトコンピュータの概念リンクを使用して、働きました。 springer.com/chapter/10.1007%2F978-94-011-1508-7_11
追加された 著者 Wookie88,

特に自律走行アプリケーション(現在の誇大宣伝がすべてであるもの)に関しては、考慮されている2つの主要な技術的な道があります。

  1. 飛行時間(ToF)これは、光パルスを使用し、直接光速を伴うものです。あなたは買収がそうであることは完全に正しいです 短距離では非常に困難で、高速性と低い電子ジッタの両方が求められます。通常の距離は 数メートルから数メートルです。

  2. 周波数変調連続波(FMCW)連続波(単一周波数)レーザーを使用して、そのキャリア周波数を変調します いくつかの特定の波形では、しばしば線形チャープです。これを送る 環境内の変調光波を 少し遅れます。この遅延光波と非遅延光波を混ぜ合わせる あなたが送ったもののバージョン。これら二つの光波は今やわずかに 時間依存変調のために異なる周波数。の 光検出器でそれらを混合するプロセスは、光学と呼ばれています ヘテロダイン検波、そして完全にRFの概念に似ています 同じ名前の結局のところ、光検出器は理想的なミキサーです。 それらは電場に二次的に、あるいは直線的に反応するので 電力に関しては、それ自体が電界の2乗に比例します。このミキシングは あなたに距離を与える、周波数差でノートを打ちます。確かに、 短い距離を解決するには非常に速い変調が必要です。 最終的には制限要因となります。

特定の用途(ほとんどの場合は生物学的用途)でしか実行できないリモートセンシングのもう1つの方法は、光コヒーレンストモグラフィ(OCT)です。この名前の下にはさまざまなバリエーションが存在し、それらは最終的には互いに同等です。その1つは、レーザーの波長を掃引し、後方反射光を固定参照と干渉させることです。得られたスペクトルの逆フーリエ変換を行うことで、時間/長さのオフセットまで、システムの時間領域応答を抽出することができます。

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CMUのTerragatorプロジェクトで使用されている、ミシガン州のERIM Environmental Research Instituteのような古いLIDARは、10MHz変調のレーザー光を使用していました。 whatroughbeastが説明したように、曖昧さ解決タスクがあるでしょう。

現代のLIDARはパルスを使います。 Velodyneの仕様では5ピコ秒の分解能(距離は指定されていません)を提案していますが、パルス幅は5ナノ秒です。 これらのパルスはすべてあいまいな場合があります(Velodyneは、あいまいさを回避するためにおそらくすべてタイミングがとられている数十のレーザーを使用します)。

人間の目と人間の脳は、私たちの周囲の3Dモデルを作成するために協力します。

1)3_D予測において予期されないところで移動エッジが生じる

2)何かが動く、そこには一定の(危険ではない)視野が最初の仮説であった

中心的な能力、非常に高い解像度を画像内の不可解な、または新たに危険にさらされている機能に持ち込む能力は、現在、いくつかのLIDARに実装されています。

人間は私たちの目に膨大な情報の流れを生み出し、ほとんどすべての変化や情報を排除します。

LIDARはこれまでのところ、標準的なカメラやレーダーと直交する直交モダリティであると仮定して、ある程度のずさんな解像度が自律走行車の欠陥の治療法になるでしょう。

CMUの人々によれば、情報の融合は解決された問題ではないからです。

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愚かなクロックレートを避けるためにたくさんのアナログ技術があります。

レーザーレンジと10桁の周波数カウンタは、三角波のアナログサンプルホールドを使用してクロックエッジ間を補間し、2〜3桁の分解能を追加しました。

あなたがアナログノイズ(時間ジッタ)を持っている限り、あなたはちょうど良い解像度を得るためにちょうどたくさんの測定値を平均することができました、それはおそらく何これらの人たちは1メートル未満の飛行時間に対応しています。

これらは実際には単一のターゲットシステムです。

FMCW /チャープレーダーを使用すると、(ベースバンド)信号に対してFFTを実行して、異なる距離にある異なるターゲットを分離することができます。

Just for interest, you should look at how they radar map mars and venus using Arecibo. How do you get this, when the beam is bigger than the planet?enter image description here

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