СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2016

РОБОТОТЕХНИКА 13 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2016 Видеокамера Установленная рядом с зеркалом заднего вида, видеокамера определяет светофоры и любые движущиеся объекты LIDAR Вращающийся датчик на крыше сканирует пространство в радиусе 60 м для создания динамической трёхмерной карты Измеритель положения Датчик, установленный на заднем левом колесе, измеряет продольное движение и определяет положение автомобиля на карте Датчик расстояния Четыре радара: три на переднем бампере и один на заднем бампере измеряют расстояние до различных препятствий и позволяют системе снижать скорость автомобиля ные GPS-приёмника используются для записи местоположений несущей плат- формы в определённые моменты вре- мени. Из множества существующих методов уточнения GPS-координат, в системах LIDAR, как правило, приме- няется дифференциальная постобра- ботка сигнала со стационарной базо- вой станции или дифференциальные обновления в реальном времени. Для получения более точных наборов дан- ных накладываются строгие ограниче- ния на размещение базовой станции относительно платформы лазерного дальномера. Ориентация платформы измеряется при помощи блока инер- циального измерительного устрой- ства, в котором используются гироско- пы и акселерометры. Данные GPS и IMU записываются во время движения плат- формы и объединяются (обычно во время шага постобработки данных). С ИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ( СИСТЕМНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ) Для генерации облака точек все подсистемы, составляющие систему LIDAR, должны работать совместно. Качество полученных данных напря- мую зависит не только от параметров каждой подсистемы, но и от взаимо- согласованности их работы. Выстав- ление параметров сенсоров и кон- троль работы подсистем осуществля- ет системный контроллер лазерного дальномера. Х РАНИЛИЩЕ ДАННЫХ Конечные данные LIDAR представ- ляют собой файлы со значениями координат GPS и IMU, с измеренны- ми значениями расстояний и иногда с информацией от других подсистем. Поскольку системы LIDAR могут гене- рировать очень большие объёмы дан- ных, в системе предусмотрен накопи- тель, на который данные сохраняются сразу после сбора. П РАКТИЧЕСКИЙ ПРИМЕР : V ELODYNE HDL-64E В качестве примера рассмотрим устройство лазерного сканирующе- го дальномера высокого разрешения HDL-64E, производимого компани- ей Velodyne. Именно этот 64-лучевой LIDAR с трёхмерным сканированием установлен на беспилотные автомоби- ли, разработанные компанией Google. Лазерный дальномер стал одним из ключевых компонентов, позволившим сделать автомобиль по-настоящему автономным. Устройство Velodyne, установлен- ное на крыше беспилотного автомоби- ля (см. рис. 6), генерирует подробную трёхмерную карту окружающего про- странства. Бортовой компьютер объ- единяет данные измерений, получен- ных с LIDAR, с картами высокого раз- решения, формируя различные модели данных, которые позволяют роботизи- рованному автомобилю передвигаться самостоятельно, избегая столкновений с препятствиями и не нарушая правил дорожного движения [6]. Модель дальномера HDL-64E имеет 64 пары излучатель-детектор, которые обеспечивают наличие равноотстоя- щих секторных полей обзора по 26,5 ° . Для обеспечения 360-градусного обзо- ра по азимуту весь оптический блок закреплён на вращающемся основа- нии (см. рис. 7) и вращается с частотой 600 оборотов в минуту. При необходи- мости эта частота регулируется в диа- пазоне 300...900 об/мин путём переда- чи простой текстовой команды через последовательный интерфейс. Этот же последовательный порт может быть использован для обновления прошив- ки сканера. Дальномер Velodyne обладает мак- симальным диапазоном измерения расстояния – до 120 м с погрешно- стью не более 2 см [7]. Независимо от частоты вращения оптического бло- ка, устройство постоянно генерирует большой объём данных – 1 млн точек в секунду, что соответствует горизон- тальному угловому разрешению 0,05 ° . Устройство статически и динами- чески сбалансировано, что сводит к минимуму воздействие вибрации и обеспечивает стабильное изобра- жение сцены. Каждый лазер дальномера HDL-64E излучает оптический импульс про- должительностью 5 нс (на уровне 50% амплитуды с максимальной пиковой мощностью 60 Вт). Высокое напряже- ние, необходимое для создания пико- вого тока в излучателе на уровне 30 А, генерируется схемой обратноходо- вого преобразователя, что позволяет использовать для питания лазерной установки низкие напряжения. Выход- ной лазерный луч фокусируется линза- ми. При попадании на цель часть излу- чения отражается обратно в направ- лении источника. Этот отражённый свет проходит через отдельную систе- му линз и УФ-фильтр, необходимый для снижения фоновой оптической засветки (увеличения отношения сиг- Рис. 6. Основные подсистемы беспилотного автомобиля Google Рис. 7. Внешний вид лазерного дальномера HDL-64E