Prototipo solido

Un team dell'Università della Costa Azzurra ha affrontato alcune delle sfide del lidar automobilistico, utilizzando un modulatore acusto-ottico, un deflettore della metasuperficie e, per migliorare la portata e il rapporto segnale/rumore, una tecnica presa in prestito dalle telecomunicazioni.

Un team dell'Università della Costa Azzurra ha affrontato alcune delle sfide del lidar automobilistico, utilizzando un modulatore acusto-ottico, un deflettore della metasuperficie e, per migliorare la portata e il rapporto segnale/rumore, una tecnica presa in prestito dalle telecomunicazioni.

Il lidar del veicolo invia impulsi e misura il tempo di volo per gli impulsi restituiti per determinare la portata. Questi impulsi vengono inviati uno alla volta e scansionati attraverso una scena deviando la sorgente dell'impulso verticalmente e orizzontalmente.

Un lidar lungimirante deve eseguire la scansione sufficientemente lontano, con una risoluzione angolare sufficiente, su un cono sufficientemente ampio, per rilevare oggetti in rapido movimento e dare al veicolo il tempo di reagire.

Ciò richiede molti impulsi per generare punti dati sufficienti, ma la frequenza degli impulsi è limitata dalla necessità di attendere il ritorno di un impulso prima di inviare quello successivo (per evitare ambiguità sulla distanza: andata e ritorno per oltre 200 m richiede 1,3 μs) e gli impulsi non può essere inviato finché lo scanner non viene riorientato.

Il prototipo del gruppo francese utilizza un diodo laser rosso-arancione (633 nm) che può essere modulato in ampiezza a 250 MHz, e modulano spazialmente il flusso di impulsi utilizzando un deflettore acusto-ottico che può scansionare fino a 5 MHz – quest'ultimo risolve qualsiasi problema -problemi di tempo di puntamento.

Ma nonostante sia veloce, l'uscita del modulatore angolare è piuttosto stretta – solo 2°, quindi all'università viene potenziata da una metasuperficie (Sinistra) che amplifica l'intervallo angolare a 150°.

Il ricevitore ottico è sensibile e veloce: un cluster di fotodiodi a valanga (SPAD) a fotone singolo che formano un "contatore di fotoni multi-pixel" la cui uscita è digitalizzata da un ADC da 6,4 Gsample/s.

Avendo raggiunto un'elevata larghezza di banda e un'elevata sensibilità, il sistema è ancora ostacolato dalla fisica del volo degli impulsi per evitare ambiguità sulla distanza, ed è qui che entra in gioco la tecnica delle telecomunicazioni.

Sfruttando l'elevata larghezza di banda della modulazione laser, gli impulsi ottici in uscita sono codificati CDMA (accesso multiplo a divisione di codice), con ciascun impulso che riceve un codice diverso.

Ciò significa che più impulsi possono essere in volo contemporaneamente, ricevuti attraverso lo stesso rilevatore.

Qualunque sia l'ordine in cui ritornano, anche se sovrapposti, gli impulsi nel segnale di ritorno possono essere separati digitalmente e temporizzati separatamente secondo il codice con cui sono etichettati.

“I risultati sperimentali hanno dimostrato che la tecnica CDMA a blocchi estende la gamma di ambiguità del lidar fino a 35 volte – fino a distanze di chilometri – rispetto al tradizionale lidar a impulso singolo”, secondo la società di fotonica SPIE, che ha pubblicato il lavoro. "Migliora inoltre il rapporto segnale-rumore delle immagini lidar, consentendo prestazioni migliori in ambienti rumorosi o a distanze maggiori."

Il prototipo “soddisfa quasi i requisiti del lidar automobilistico. È compatto e ha il potenziale per essere ridotto alle dimensioni del chip”, ha affermato SPIE. Ha “possibilità per veicoli autonomi e industrie robotiche”.

"Superare i limiti dei sensori 3D con un lidar di scansione potenziato dalla metasuperficie ad ampio campo visivo" è stato pubblicato sulla rivista Advanced Photonics di SPIE. Il documento completo è disponibile gratuitamente e include un breve ma utile sondaggio sulle tecniche lidar esistenti per i veicoli.

Immagini fornite da SPIE