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激光雷达(LiDAR)室外应用的挑战及解决方案

实验室资讯网时间:2018-10-27 点击: 百度搜索

【导读】随着 激光雷达 技术的普及,得益于其精确的距离分辨率和高角度分辨率,可获取更丰富的轮廓信息,在自动化码头、矿场、工程车辆及机器人自动驾驶、交通监控、安防等诸多领域,已经成为环境感知及安全防护的不可或缺的技术手段。 同时,在实验室走向真实应用场景的过程中,市场所要求的是能全......
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随着激光雷达技术的普及,得益于其精确的距离分辨率和高角度分辨率,可获取更丰富的轮廓信息,在自动化码头、矿场、工程车辆及机器人自动驾驶、交通监控、安防等诸多领域,已经成为环境感知及安全防护的不可或缺的技术手段。

同时,在实验室走向真实应用场景的过程中,市场所要求的是能全天候长时间可靠工作的产品,而不是只能在特定环境下演示功能的原型机。

室外常见的干扰因素如雨、雾、雪、粉尘、高低温、强光等,成为激光雷达的投入实际应用的挑战。

作为激光雷达市场的先行者,西克早在1993年即推出了第一款安全型激光雷达PLS,1996年上市了第一代可以用于室外环境的激光雷达LMS2系列。基于全球大量的成功应用,西克深刻的理解室外环境对于激光雷达应用的挑战,并且开发了一系列创新的技术用于提升激光雷达在室外恶劣环境的可靠性及稳定性。

激光雷达(LiDAR)室外应用的挑战及解决方案

多次回波(Multi-Echo)

SICK室外系列激光雷达(LMS111,LMS511,MRS1000,LD-MRS等),采用了多次回波技术。

典型的脉冲式TOF工作原理:激光雷达发出一束激光脉冲,当发射的激光被物体反射回接收器,通过发射和接收的时间差,即可计算出物体的距离。

● 单次回波: 接收器只要收到强度达到触发阈值的回波信号,即认为检测到物体并计算输出距离值。该方式缺陷在于,如果在扫描器和被测物之间有其它部分透光的物质,比如在室外环境中常见的雨雪尘等,部分的激光能量就会提前反射回来,只要达到触发阈值就会被认为是被测物而导致测量的错误。

● 多次回波:在单次回波的基础上,激光接收单元对返回的激光波形利用内置的高速电路进行采样分析,外界干扰的回波和有效被测物回波在波形及时间分布上会有不同的特征,由此可准确识别出真正的被测物的信号。

多次回波优势:该技术的应用,使激光测量穿透玻璃、雨雾、粉尘等成为可能,从而保证了在恶劣的户外环境下可靠检测。

激光雷达(LiDAR)室外应用的挑战及解决方案

颗粒物(雨、雪、粉尘)及雾气过滤器

针对室外工况最常见的干扰,SICK激光雷达对应开发了颗粒物及雾气干扰算法。大大增强了在相应室外环境下的工作稳定性。

激光雷达(LiDAR)室外应用的挑战及解决方案

前镜污染报警(Contamination Monitor)

对于高污染的应用场景(比如矿场),当激光雷达前镜的污染累积到一定程度,需要激光雷达有自我检测功能。

LMS系列激光雷达,通过内置的光电接收单元,可以实现对前镜透光率的实时监控。同时可以在软件中设置报警阈值,当透光率低于一定值时,激光雷达可以通过指令及开关量的方式通知上位机。

合理的激光光斑尺寸

激光雷达所发射的激光束,其激光扩散度由光学部件控制。理论上激光光斑越小能测量的物体尺寸越小。但在室外应用环境中,过小的激光点极易受到室外雨滴及雪花等环境因素的干扰。SICK的激光雷达,基于理论计算及过往的丰富工程经验,在测量精度及室外稳定性上达到了最优化的选择。

宽工作温度范围及高防护等级

所有SICK室外型激光雷达,工作温度都至少达到了零下30度到零上50度的范围。部分产品(LMS511 Heavy Duty, LMS141,LD-MRS)可以达到–40 °C到 +60 °C。

防护等级设计为IP67, LD-MRS甚至可以达到IP69K。

并且所有的产品出厂前都经过完善的高低温及防水防尘测试,确保产品在实际室外环境中的可靠性能。

案例:由中国自主研发的长航程极地漫游机器人顺利通过在南极的“身体素质”测验,在内陆冰盖地区完成了30公里的自主行走。这是中国机器人首次在南极冰盖实现自主行走。该机器人所有激光雷达即为SICK LMS511。

室外环境测试及验证

为了确保室外型传感器的在各类实际应用中的稳定性及可靠性,SICK AG投资创建了室外技术中心(Outdoor Technology Center),用于模拟如港口、交通、安防、矿业、工业车辆等各类应用场景。

(本文来源:国际工业自动化网 )

(责任编辑: 龙景)

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