СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2016

РОБОТОТЕХНИКА 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2016 нал/шум). Линзы приёмной системы фокусируют отражённое излучение на лавинный фотодиод, генерирующий электрический сигнал, пропорцио- нальный интенсивности оптического. Лазер и лавинный фотодиод юстиру- ются на заводе-изготовителе для обе- спечения максимальной чувствитель- ности при минимизации перекрёст- ных сигнальных помех, образуя, таким образом, наиболее эффективную пару излучатель-детектор. В соответствии с силой отражён- ного сигнала, детектируемого лавин- ным фотодиодом и схемой усилителя, система изменяет амплитуду лазерно- го импульса, поддерживая минималь- ный необходимый уровень излуче- ния. Эта автоматическая подстройка мощности лазера, во-первых, снижает нагрев оптического блока и повыша- ет его надёжность, а во-вторых, не даёт детекторам войти в режим насыщения. В противном случае, при получении детектором слишком большого количе- ства оптической энергии, наступал бы режим насыщения, для выхода из кото- рого детектору требуется значительное время (если оно превышает период сле- дования импульсов, это неизбежно приводит к искажению детектируемого сигнала). В-третьих, если уровень сиг- нала сопоставим с шумом, что усложня- ет его детектирование, система автома- тически повышает уровень мощности лазерного излучения. Это может проис- ходить, например, в случае приближе- ния к порогу чувствительности (120 м) или при слабом отражении от чёрной матовой поверхности. Выходной сигнал усиливается и передаётся на аналого-цифровой преобразователь с частотой дискре- тизации 3 ГГц. Затем оцифрованный сигнал с детектора передаётся в циф- ровой сигнальный процессор (DSP), использующий собственный алго- ритм анализа данных и определения времени возврата сигнала. Использо- вание коротких оптических импуль- сов в сочетании с высокочастотной обработкой сигнала обеспечивают большую разрешающую способность системы. Пары излучатель-детектор поделены на две группы по 32 лазера. Одна груп- па расположена в верхней части моду- ля и направлена на верхнюю половину поля обзора, а вторая группа, находя- щаяся под первой, направлена на ниж- нюю половину поля обзора. Поскольку верхний оптический блок предназна- чен для измерения бо ′ льших расстоя- ний, угловое расстояние между опти- ческими импульсами у него больше, чем в нижнем блоке, который прово- дит измерения на более коротких дис- танциях. Устройство предоставляет данные пользователю через стандартный порт 100BaseT Ethernet. Информация непрерывно передаётся в виде кадров. Частота генерации кадров равна часто- те вращения оптического блока (при 600 об/мин – 10 Гц). Объём данных, переданных за секунду, может содер- жать более миллиона точек. В паке- тах данных содержится информация о расстоянии и интенсивности излу- чения для каждой пары излучатель- детектор, а также соответствующая угловая координата. Эти данные могут быть собраны с помощью стандартной утилиты сбора Ethernet-пакетов, напри- мер Wireshark [8], и визуализированы в компьютерной программе, такой как Velodyne Digital Sensor Recorder. Также полученные данные могут быть обра- ботаны автономной навигационной системой для создания оценочной кар- ты, которая затем может использовать- ся для выявления препятствий, поис- ка оптимального маршрута и, в конеч- ном итоге, для вычислений, связанных с рулевым управлением, торможением и ускорением. На рисунке 8 показан пример кадра данных с устройства HDL-64E, полу- ченного при помощи приложения Velodyne Digital Sensor Recorder. Вбли- зи центра изображения различима белая точка, указывающая на положе- ние сенсора. Для каждой пары излуча- тель-детектор сгенерированное обла- ко точек представлено отдельным цве- том. Пространственное представление данных формируется объединением двухмерных облаков точек. При вра- щении модуля набор точек от одной пары излучатель-детектор образует на ровной поверхности непрерывную окружность. Приведённый пример относится к варианту установки дальномера на крыше кабины грузовика, поэтому на изображении ниже белой точки име- ется тёмная область – кузов. Как видно на рисунке, впереди грузовика нахо- дятся два транспортных средства: дру- гой грузовик, пытающийся повернуть налево, и легковой автомобиль, пере- секающий перекрёсток. Кроме того, позади легкового автомобиля на изо- бражении видны дорожное огражде- ние, земля и деревья. Слева и справа от сенсора видны волнистые области, Рис. 8. Изображение, полученное с использованием HDL-64E (один из кадров)