LIDAR (light detection and ranging)

Light Detection and Ranging (LIDAR) ist eine für die Automotive-Technik entwickelte Technik, die das autonome Fahren einen wesentlichen Schritt voranbringt. Die Lidar-Technik ist eine Laser-basierte Radartechnik für die Erfassung und Abstandsfeststellung von Personen, Kraftfahrzeugen, Verkehrszeichen, Straßenbegrenzungen, Bäumen und anderen Objekten, die sich vor, hinter und seitlich vom Fahrzeug befinden. Die Technik unterstützt diverse Fahrerassistenzsysteme. Darüber hinaus können Lidar-Systeme, die den Dopplereffekt nutzen, zur Geschwindigkeitsmessung eingesetzt werden.


Lidar-Systeme bilden mit ihren Nahbereichs- und Fernbereichsradaren die Basis für fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme wie beispielsweise für die Verkehrszeichenerkennung, die automatische Abstandsregelung, die Fußgängererkennung, den Spurhalteassistenten und den Spurwechselassistenten, den Einparkassistenten und einige weitere. Die Systeme sind mit diversen Sensoren ausgestattet, die zusammen mit Videokameras und der Radartechnik einen integralen Bestandteil des autonomen Fahrens der Zukunft bilden. Ein solches System besteht aus diversen Strahlungsquellen, in der Regel Laserdioden, und Empfangseinrichtungen mit denen die an Objekten reflektierten Laserstrahlen empfangen werden. Die Empfangsgeräte haben Lawinenfotodioden (APD), Photomultiplier oder PIN-Dioden, die die reflektierten Laserstrahlen detektieren und einer nachgeschalteten Signalaufbereitung aus einem Variable Gain Amplifier (VGA) und einem A/D-Wandler zuführen.

Die kurzen Laserpulse werden von unterschiedlich weit entfernten Objekten reflektiert, und von der APD-Diode in kurzzeitige Spannungsimpulse umgesetzt. Da die reflektierten Signale in der Amplitude sehr unterschiedlich sein und nur eine geringe Amplitude haben können, werden sie in Bildverstärkern oder Photomultipliern vor der Digitalisierung verstärkt. Wegen der kurzzeitigen Laserimpulse sind für die Digitalisierung A/D-Wandler mit extrem hohen Abtastraten erforderlich, da diese unmittelbaren Einfluss auf die Genauigkeit der Entfernungsmessung haben. A/D-Wandler in Lidar-Systemen erreichen Abtastwerte von 3 GS/s bei einer tatsächlichen Bitzahl von 7. Moderne Systeme können hochauflösende 3D-Darstellungen mit einer Messauflösung von 0,1° erzeugen. Diese Darstellungen können in Fahrerassistenzsystemen verarbeitet und für das automatisiertes und autonomes Fahren benutzt werden.

Lidar-Systeme arbeiten im Unterschied zu Radarsystemen und Digitalkameras bei allen Wetterverhältnissen und bei jedem Tageslicht. Mit ihrer großen Reichweite können Lidar-Systeme noch Objekte in einer Entfernung von 250 m erkennen. Konzeptionell gibt es unterschiedliche Lidar-Systeme, die sich in der Ausleuchtzone unterscheiden. So wird beim Flash-Lidar das gesamte Blickfeld mit einem einzigen Lidar-Lichtblitz ausgeleuchtet. Dagegen arbeiten Scanning-Lidar-Systeme mit einem gerichteten Laserstrahl, der über das Blickfeld geführt wird und dieses rasterförmig abtastet. Das Scanning des Lidar-Strahls kann auch mit einem MEMS-Spiegel, Micro Electro Mechanical System (MEMS), erfolgen.

Eingesetzt werden die Systeme in der Automotive-Technik in Fahrerassistenzsystemen, in Mautsystemen zur Fahrzeugerkennung und in militärischen Fahrzeugen. Die Laser der Lidar-Systeme gehören der Laserklasse 1 an und sind daher ungefährlich und eigensicher. Neben der Automotive-Technik können Lidar-Systeme auch für die Messung von chemischen Konzentrationen. Diese Lidar-Systeme heißen Differential-Absorption-Lidar.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Lidar-System
Englisch: light detection and ranging - LIDAR
Veröffentlicht: 03.05.2020
Wörter: 443
Tags: #Automotive-Assistenz
Links: Abtastrate, ACC (adaptive cruise control), ADAS (advanced driver assistance system), ADS (automated driving system), A/D (AD-Wandler)