เทคโนโลยีการสะท้อนแสง Lidar และการสะท้อนแสง Radar: มาตรฐานการสนับสนุนและการทดสอบหลักสําหรับการรับรู้ความละเอียดสูง

ท่ามกลางการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการขับขี่อัตโนมัติ การสำรวจ 3 มิติ การตรวจสอบทางอุตสาหกรรม และการตรวจจับสภาพอากาศ ระบบ LiDAR และเรดาร์ได้กลายเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการรับรู้สภาพแวดล้อมและการวัดเชิงพื้นที่ แผงสะท้อนแสง LiDAR/เป้าหมายการสอบเทียบ และเทคโนโลยีการสะท้อนกลับของเรดาร์เป็นส่วนสำคัญที่รับประกันความแม่นยำในการวัดของระบบ ความเสถียรของสัญญาณ และความน่าเชื่อถือของข้อมูล

บทความนี้จาก Dafan Optics ซึ่งรวมเอาเอกสารทางเทคนิคของอุตสาหกรรม วิเคราะห์หลักการ ลักษณะ และการใช้งานของแผงสะท้อนแสง LiDAR อย่างครอบคลุม รวมถึงคำจำกัดความ วิธีการทดสอบ และมาตรฐานอุตสาหกรรมของการสะท้อนกลับของเรดาร์ โดยให้ข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคสำหรับการวิจัยและพัฒนาและการทดสอบระบบการรับรู้ความแม่นยำสูง

I. แผงสะท้อนแสง LiDAR: มาตรฐาน Lambertian สำหรับการสอบเทียบเรดาร์ที่แม่นยำ

LiDAR จะเก็บข้อมูลกลุ่มจุด 3 มิติโดยการปล่อยพัลส์เลเซอร์และวัดเวลาที่เสียงสะท้อนกลับ แผงสะท้อนแสง ซึ่งทำหน้าที่เป็นเป้าหมายการสะท้อนแบบกระจายมาตรฐาน ให้ระบบด้วยมาตรฐานการสะท้อนที่ทราบ มีเสถียรภาพ และสม่ำเสมอ เป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการสอบเทียบระยะทาง การสอบเทียบความไว และการตรวจสอบความแม่นยำของกลุ่มจุด

1. หลักการทางเทคนิคหลัก: การสะท้อนแบบกระจาย Lambertian และลักษณะการสะท้อนที่แม่นยำ

แกนหลักของแผงสะท้อนแสง LiDAR คือการสะท้อนแบบกระจาย Lambertian ในอุดมคติ แตกต่างจากการสะท้อนแบบกระจกเงา มันจะกระจายเลเซอร์ที่ตกกระทบอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทาง ทำให้มั่นใจได้ถึงความแรงของสัญญาณสะท้อนที่เสถียรซึ่งได้รับจากมุมที่แตกต่างกัน มันเป็นไปตามกฎการปล่อยโคไซน์ ขจัดข้อผิดพลาดในการวัดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงมุมการสังเกต

การกำหนดมาตรฐานสัญญาณสะท้อน: ให้ค่าการสะท้อนที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ ทำให้ LiDAR สามารถสร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณของ "พลังงานที่ปล่อยออกมา — ความเข้มของเสียงสะท้อน — ระยะทางเป้าหมาย"

การปรับใช้ในทุกสถานการณ์: ครอบคลุมช่วงการสะท้อนแสงตั้งแต่ต่ำไปสูง จำลองลักษณะการสะท้อนของเป้าหมายจริง เช่น พื้นผิวถนน ผนัง และสิ่งกีดขวาง เพื่อทำการสอบเทียบในสภาวะการทำงานเต็มรูปแบบ

2. ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก

การสะท้อนแสงที่ปรับได้: โดยทั่วไปคือ 10%/50%/90% โดยผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์รองรับการปรับแต่ง 1%–99% เพื่อปรับให้เข้ากับสภาพแสงน้อย/แสงจ้า และป้องกันสัญญาณอิ่มตัวหรืออัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนไม่เพียงพอ

ลักษณะ Lambertian: ผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์มีความคลาดเคลื่อน < ±1% (เกรดอุตสาหกรรมโดยทั่วไป < ±1.5%) โดยมีการกระจายแสงสม่ำเสมอในทุกมุมเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดหลายมุมมีความสอดคล้องกันความสม่ำเสมอเชิงพื้นที่: ความแปรปรวนของการสะท้อนแสงทั่วพื้นผิวแผง < 1% หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดของจุดเฉพาะที่ความเป็นกลางของสเปกตรัม: การตอบสนองที่ราบเรียบในช่วงความถี่กว้าง 250–2500nm เข้ากันได้กับความยาวคลื่น LiDAR กระแสหลัก เช่น 850nm, 905nm, 1550nm

การปรับขนาดที่กำหนดเอง: โดยทั่วไปคือ 0.05m–3m สูงสุดถึง 2m×1.2m ความเรียบดีกว่า 1 มม./ตร.ม. ตรงตามความต้องการในการติดตั้งในสถานการณ์ที่ติดตั้งบนยานพาหนะ ติดตั้งบนอากาศ และในห้องปฏิบัติการ3. การเปรียบเทียบวัสดุและกระบวนการหลัก

วัสดุ

การสะท้อนแสง

ลักษณะ Lambertian

การสำรวจระยะไกล/สเปกโตรมิเตอร์: การสอบเทียบเชิงรังสีและการแก้ไขแบบเรียบ ขจัดอิทธิพลของแสงและการลดทอนของเลนส์เพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพ

การตรวจสอบทางอุตสาหกรรม: การตรวจจับข้อบกพร่องของมิติและพื้นผิวสำหรับชิปและส่วนประกอบที่แม่นยำ เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของการวัดอุปกรณ์

II. การสะท้อนกลับของเรดาร์: พารามิเตอร์การประเมินหลักสำหรับการตรวจจับสภาพอากาศและสเตลธ์

1. คำจำกัดความและความหมายทางกายภาพ

การสะท้อนกลับของเรดาร์คือผลรวมของภาคตัดขวางการกระเจิงย้อนกลับของอนุภาคต่อปริมาตร มันมีลักษณะความสามารถในการกระเจิงของเป้าหมาย เช่น เมฆ ฝน น้ำแข็ง และหิมะ ต่อคลื่นเรดาร์ หน่วยทั่วไปคือ mm²/m³ หรือ dBZ ค่าที่มากขึ้นบ่งชี้ถึงอนุภาคเป้าหมายที่ใหญ่ขึ้น ความหนาแน่นที่สูงขึ้น และสัญญาณสะท้อนที่แรงขึ้น

สนามสภาพอากาศ: ใช้เพื่อแปลงความเข้มของปริมาณน้ำฝน ระบุชนิดของอนุภาค และสนับสนุนการเตือนภัยพิบัติระยะสั้น เช่น ฝนตกหนักและพายุทอร์นาโด

สนามสเตลธ์: ในฐานะตัวบ่งชี้หลักของวัสดุดูดซับเรดาร์ (RAM) การสะท้อนกลับที่ต่ำลงบ่งชี้ถึงประสิทธิภาพสเตลธ์ที่ดีขึ้น

2. สูตรคำนวณหลัก

ภายใต้เงื่อนไขการกระเจิงแบบ Rayleigh:

III. วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับการสะท้อนกลับของเรดาร์

อุตสาหกรรมทั่วไปใช้สี่เส้นทางเทคนิคหลัก: วิธีคันธนู, วิธีห้องไร้เสียงสะท้อนไมโครเวฟ, วิธีโคแอกเชียล และวิธีแปลตำแหน่งเชิงพื้นที่ของตัวอย่าง ครอบคลุมทั้งความต้องการการทดสอบในห้องปฏิบัติการและวิศวกรรม

1. วิธีทดสอบคันธนู

หลักการ: เสาอากาศส่งและรับจะวางแบบสมมาตรบนส่วนโค้ง และคำนวณการสะท้อนกลับโดยการเปรียบเทียบความแตกต่างของสัญญาณสะท้อนระหว่างแผ่นมาตรฐานและตัวอย่างที่ทดสอบ

ข้อดี: การทำงานที่เรียบง่าย ความเป็นสากลที่แข็งแกร่ง เหมาะสำหรับ 1GHz–40GHz สอดคล้องกับมาตรฐานทางทหาร GJB 2038A

2. วิธีห้องไร้เสียงสะท้อนไมโครเวฟ

หลักการ: ขจัดสัญญาณรบกวนภายในห้อง และทำการวัดเปรียบเทียบ RCS ความแม่นยำสูงและการรบกวนจากสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด

การใช้งาน: การทดสอบวัสดุสเตลธ์ทางทหารและส่วนประกอบดูดซับเรดาร์ที่ติดตั้งบนยานพาหนะด้วยความแม่นยำสูง

3. วิธีทดสอบโคแอกเชียล

หลักการ: ใช้ Vector Network Analyzer เพื่อวัดค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน S₁₁ และคำนวณการสะท้อนกลับ ป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก

ข้อดี: ข้อมูลมีความสอดคล้องกับทฤษฎีสูง สามารถทำได้ในห้องปฏิบัติการทั่วไป ความแม่นยำเหนือกว่าวิธีคันธนู

4. วิธีแปลตำแหน่งเชิงพื้นที่ของตัวอย่าง

หลักการ: ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าของตัวอย่างที่ถูกแปลโดยใช้สายวัดเพื่อให้ได้การวัดการสะท้อนกลับในพื้นที่ว่าง

การใช้งาน: สถานการณ์ที่ไม่มีการรบกวนที่รุนแรง การทดสอบความถี่เดียว

5. อุปกรณ์ทดสอบและข้อกำหนด

เครื่องมือหลัก: Keysight PNA N5225A Vector Network Analyzer, ย่านความถี่ 10MHz–50GHz สามารถขยายได้ถึง 77GHz ด้วยโมดูลเสริม

พื้นฐานมาตรฐาน: GJB 2038A-2011, JJF 1966-2022 เพื่อให้แน่ใจว่าผลการทดสอบสามารถเปรียบเทียบและตรวจสอบย้อนกลับได้

IV. แนวโน้มเทคโนโลยีและทิศทางการพัฒนาอุตสาหกรรม

1.

แผงสะท้อนแสงความแม่นยำสูงและปรับแต่งได้กำลังอัปเกรดไปสู่การสะท้อนแสงหลายขั้นตอน ขนาดใหญ่พิเศษ การออกแบบที่บางและน้ำหนักเบา รองรับประเภทดูอัลเวฟเลนท์ 905nm/1550nm เฉพาะทาง เพื่อตอบสนองความต้องการระดับยานยนต์และระดับการบินและอวกาศที่เข้มงวด

2.

การสอบเทียบอัจฉริยะรวมอัลกอริทึม AI เพื่อให้สามารถปรับการสะท้อนแสงแบบปรับได้และกระบวนการสอบเทียบอัตโนมัติ ลดการแทรกแซงด้วยตนเอง และปรับปรุงประสิทธิภาพและความสอดคล้องของการสอบเทียบ

3.แผงสะท้อนแสงการหลอมรวมเซ็นเซอร์หลายตัวทำงานร่วมกับกล้องและเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรเพื่อการสอบเทียบ รองรับระบบการรับรู้การหลอมรวมเซ็นเซอร์หลายตัวสำหรับการขับขี่อัตโนมัติ และเพิ่มความทนทานในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน

4.การสร้างมาตรฐานและการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นเกี่ยวข้องกับสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติที่ออกใบรับรองการสอบเทียบพร้อมข้อมูลการสะท้อนแสงที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ไปยัง NIST และสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติของจีน เร่งการทดแทนวัสดุหลักและอุปกรณ์ทดสอบภายในประเทศ

สรุปแผงสะท้อนแสง LiDAR และเทคโนโลยีการสะท้อนกลับของเรดาร์รองรับสองสาขาหลักตามลำดับ: การวัดเชิงพื้นที่ความแม่นยำสูงของ LiDAR และการตรวจจับเป้าหมายเรดาร์ไมโครเวฟ พวกเขาเป็นรากฐานมาตรฐานสำหรับการขับขี่อัตโนมัติ การเตือนสภาพอากาศ การตรวจสอบทางอุตสาหกรรม และเทคโนโลยีสเตลธ์ ในขณะที่อุปกรณ์รับรู้กำลังพัฒนาไปสู่ความละเอียดสูงขึ้น ความไวสูงขึ้น และการปรับใช้ในทุกสถานการณ์ ลักษณะ Lambertian ของแผงสะท้อนแสง การควบคุมการสะท้อนแสง และการสร้างมาตรฐานวิธีการทดสอบจะขับเคลื่อนการอัปเกรดความแม่นยำและการทำซ้ำทางเทคโนโลยีของอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง โดยให้มาตรฐานเชิงปริมาณที่น่าเชื่อถือยิ่งขึ้นและการรับประกันการทดสอบสำหรับระบบการรับรู้ที่ชาญฉลาด

ก่อนหน้า

ต่อไป