Đo khoảng cách dài với độ phân giải lược tần số

giới thiệu

Phạm vi chính xác đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như đo lường công nghiệp, đo lường, điều hướng tự động, robot và viễn thám. Nó có khả năng xác định chính xác và lập bản đồ các đối tượng, phát hiện những thay đổi nhỏ về khoảng cách và theo dõi môi trường động với độ chính xác cao.

Phạm vi chính xác sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm các kỹ thuật dựa trên laser, chẳng hạn như đo thời gian bay (ToF), giao thoa đo và radar sóng liên tục điều chỉnh tần số (FMCW) (phát hiện và đo khoảng cách ánh sáng). Các phương pháp này sử dụng nguyên tắc của sóng ánh sáng hoặc sóng điện từ để xác định khoảng cách dựa trên phép đo thời gian truyền hoặc chuyển pha.

LIDAR lược đôi

LiDAR lược kép là một công nghệ cảm biến tiên tiến kết hợp các nguyên tắc của thời gian bay (ToF) và giao thoa đo trong khi cũng vay mượn từ công nghệ khuếch đại tín hiệu kết hợp của LiDAR sóng liên tục FM (FMCW). Cách tiếp cận sáng tạo này kết hợp những lợi thế của các công nghệ này để cho phép đo khoảng cách tuyệt đối chính xác và nhanh chóng.

Các hệ thống LiDAR truyền thống thường dựa vào phương pháp thời gian bay hoặc phương pháp giao thoa để đo khoảng cách. Phương pháp thời gian bay đo thời gian cần thiết cho một xung laser đến và đi từ vật thể mục tiêu, trong khi phương pháp giao thoa phân tích bản đồ giao thoa của chùm tia laser. Tuy nhiên, cả hai phương pháp đều có những hạn chế về độ chính xác, tốc độ hoặc phạm vi đo lường.

LiDAR lược kép khắc phục những hạn chế này bằng cách sử dụng hai lược tần số với tần số lặp lại hơi khác nhau. Khi ánh sáng phát ra tương tác với vật thể mục tiêu, một phần ánh sáng được phản xạ lại. Còn có một phần ánh sáng sẽ được phản xạ bởi gương tham chiếu. Các phép đo khoảng cách chính xác có thể thu được bằng cách làm cho ánh sáng sau khi một lược tần số đi qua mục tiêu và gương tham chiếu giao thoa với ánh sáng của lược tần số khác và đo độ trễ giữa các biểu đồ giao thoa được tạo ra.

Các yếu tố quyết định chính của LIDAR lược kép bao gồm băng thông xung, tần số lặp lại và tần số lặp lại kém. Bằng cách sử dụng hiệu ứng con trỏ (tức là trao đổi vai trò của bộ dao động và bộ dao động lấy mẫu cục bộ trong cùng một quá trình đo), LIDAR lược kép có thể đạt được phạm vi đo cực kỳ dài mà không bị mờ. Phạm vi này có thể kéo dài hàng trăm km, vượt quá nhu cầu của hầu hết các ứng dụng thực tế. Đồng thời, hệ thống có thể duy trì độ chính xác ở mức micron, được xác định bởi thời lượng xung (thường trong phạm vi dưới picosecond) và tốc độ thu thập dữ liệu. Ngoài ra, LIDAR lược kép có thể thu được tín hiệu giao thoa, cho phép đo chính xác ở các bước sóng dưới. Những đặc điểm kết hợp này làm cho LIDAR lược kép trở thành một công nghệ mạnh mẽ.

Sơ đồ tín hiệu đo khoảng cách trong LIDAR lược kép. Đo khoảng cách được lặp lại mỗi 1/Δfᵣₑₚ. Khoảng thời gian giữa xung mục tiêu và xung tham chiếu mã hóa thông tin khoảng cách. Khoảng cách có thể được xác định chỉ dựa trên thời gian bay hoặc pha quang học có thể được sử dụng để tối ưu hóa các phép đo khoảng cách.

LIDAR lược kép dựa trên laser lược kép khoang đơn

Việc sử dụng laser lược kép một khoang trong hệ thống LIDAR lược kép là rất quan trọng để thúc đẩy ứng dụng thực tế của công nghệ này. Bằng cách áp dụng thiết kế khoang đơn, hệ thống trở nên nhỏ gọn hơn, lý tưởng để tích hợp vào nhiều nền tảng và thiết bị khác nhau. Việc sử dụng một nguồn laser duy nhất giúp loại bỏ các yêu cầu đồng bộ hóa phức tạp và đơn giản hóa toàn bộ kiến trúc hệ thống.

Ngoài ra, phương pháp laser monocavity dual-comb có khả năng mở rộng trong sản xuất. Do thiết kế đơn giản, quy trình sản xuất hiệu quả hơn, cho phép sản xuất hiệu quả và tiết kiệm chi phí của hệ thống LIDAR lược kép. Khả năng mở rộng này đặc biệt quan trọng đối với việc áp dụng rộng rãi và thương mại hóa công nghệ.

Ưu điểm của K2 Photonics Precision Range

• Tốc độ quét nhanh

Laser Single Cavity Dual Comb có khả năng thực hiện các phép đo độ phân giải cao với tốc độ cập nhật nhanh hơn, lên tới 100 kHz và thậm chí gần 1 MHz trong các trường hợp đặc biệt.

• Độ chính xác cao

LiDAR lược kép cung cấp độ chính xác đo lường tuyệt vời bằng cách sử dụng các yếu tố kéo dài thời gian để lấy mẫu quang học, đảm bảo độ chính xác femto giây ghi lại xung quay trở lại. Ngoài ra, việc sử dụng thông tin pha quang học làm tăng thêm độ chính xác của phép đo và đạt được chức năng đo khoảng cách chính xác và chi tiết.

• Kích thước nhỏ
Các hệ thống radar nhỏ gọn có thể được phát triển bằng cách sử dụng laser lược kép một khoang nhỏ gọn, đặc biệt là những loại hoạt động ở tần số lặp lại GHz hoặc cao hơn.

• Độ nhạy cao

Sự khuếch đại kết hợp của rung động bản địa trong LIDAR lược kép cho phép phát hiện độ nhạy cao đối với phản xạ trở lại. Ngoài ra, laser trạng thái rắn khóa tạo ra laser với tiếng ồn cực thấp (RIN và thời gian) ở tần số cao, cho phép đo độ nhạy cao, hạn chế tiếng ồn tán xạ.