体彩十一运夺金网站雷达和飞行时间，第3部分：发射器，传感器和扫描仪

LIDAR系统和ToF技术对于为自动驾驶汽车提供详细的周围环境至关重要，并且也用于许多研究应用中。这是有关体彩十一运夺金网站雷达系统和ToF技术的四部分系列的第三部分。

LIDAR系统的前端是光子发射器及其相应的接收器。本部分着眼于这些组件以及脉冲率，功率，脉冲宽度等问题。选择要使用的波长是一个权衡，因为发射器出众的波长与传感器的波长不同，此外还存在大气吸收和太阳辐射光谱的问题 （图1）.

体彩十一运夺金网站雷达和飞行时间 — 图1：与太阳光谱相比，不同发射器和光电二极管的光谱响应。（图片：德州仪器)

光子发射器

LiDAR系统的前端始于电子可控源发出的光子。在早期的体彩十一运夺金网站雷达时代，唯一具有所需特性的光源是脉冲体彩十一运夺金网站二极管（PLD），由于大气吸收率低，通常在950 nm下工作。由于效率和其他因素，在某些安装中使用了其他波长。 APD的峰值功率约为50至100W。

近年来，随着红外线LED（IR LED）的功率输出增加到合适的水平，并且其驱动和控制更加简便，趋势已经出现。此外，IR LED作为发射器在所有情况下都是人眼安全的，不需要1级体彩十一运夺金网站安全预防措施和相关法规要求。与PLD相比，LED还需要更少的电功率，几瓦的差异在需要数百瓦或更多功率的汽车LIDAR系统的总体上不会成败。但是，这确实意味着必须向发射极组件传递较少的电流，从而导致较低的DC压降（称为IR压降，但此处的“ IR”并不表示红外线，而是电流×电阻），并且还可以降低散热。

光子传感器

当反射的光子返回体彩十一运夺金网站雷达系统时，必须将其捕获并转换为电信号和电流。最常用的两种传感器类型是常规PIN光电二极管（正-本征-负）和硅雪崩光电二极管（APD）。

PIN二极管利用光电效应产生称为电荷载流子的空穴电子对，然后传递光电流。（这种效应是一种容易观察到的物理和光学现象，它引起了主要的理论难题，并由阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）解决;他因其激进的解释而不是相对论而获得了诺贝尔奖）。当PIN二极管工作时，光子对电子的转换率（传输率）适中，因此灵敏度较低，并且需要更多的接收光子来测量电流。而且，内部二极管和电路噪声会掩盖生成的电子，从而增加了SNR弱点。

APD通过在电场中加速电荷载流子来扩展光电原理（因此需要更高的电压源）。电场的使用通过所谓的碰撞电离产生额外的电子-空穴对。这与真空管光电倍增管（PMT）相似，但更小且电压不高。但是，与PMT相比，存在更多的噪声和更低的传输率。

作为APD操作的结果，单个光子可能会从单个光子和更高的电流中产生数百甚至数千个电子。单个APD可能无法提供足够的分辨率和转换增益。因此，APD通常用于8、12、16甚至64个元素的数组中 （图2）。分辨率还取决于像素间距（APD之间的间距），该间距可以高达40 µm。

这种阵列将低噪声，高灵敏度的硅雪崩光电二极管组合成一个整体。该阵列已针对800-900 nm波长范围进行了优化，并具有较低的温度系数和元件之间的间隙仅为40 µm。图片：体彩十一运夺金网站组件）

APD接口的信号调节电子设备显然也很关键。选择与APD相连的互阻放大器的最佳内部增益，以使APD的内部噪声与放大器的输入噪声及其负载电阻相匹配，因此APD不会增加系统电子噪声 （图3）。折衷方案是，对于APD和PIN二极管，噪声都随系统带宽的增加而增加，因此希望在不降低系统吞吐量的前提下，尽可能减小带宽。

PIN二极管和APD可从许多供应商处获得，包括Hamamatsu，First Sensor，Osram Opto Semiconductors和Laser Components，而完整列表的长度要长得多。这些是高度专业化的组件，其供应商范围从小型的``精品''来源到规模更大但仍是利基市场的供应商，这些供应商几乎完全专注于电光源和传感器以及其他产品。这并不奇怪，因为与基于硅，SiC，GaAs或其他元素和化合物的“常规”电子设备相比，光子学组件的世界需要非常不同的材料，专业知识，工艺和测试。

图3：用于PIN二极管或APD的接口跨阻放大器必须与特定传感器的特性相匹配，以实现最低噪声和最高灵敏度性能。（图片来源：第一传感器公司)

扫描体彩十一运夺金网站雷达

单个脉冲只会告诉您一个方向（矢量）上的内容，而不会生成图像。为此，许多LIDAR系统的电子设备都使用高度精巧的“古老”光学装置：旋转镜扫描振镜 （图4）.

图4：基于马达的，基于反射镜的振镜扫描阵列是一种历史悠久的，非常成熟的，广泛使用的装置，用于控制光束的方向，既进行发射又进行传感。（图片： m.blog.naver.com)

这是在许多自动驾驶汽车上看到的圆柱形物体。后视镜组件以每秒一到十转的速度上下旋转。它将脉冲光围绕360°圆引导，还将反射的豆引导回光电传感器。某些后视镜组件不会绕整个圆旋转；而是以有限的角度来回扫描，以加快扫描速度。

与任何技术一样，实际设计的实现方式也有很多变化。旋转体彩十一运夺金网站雷达非常笨重且机械，需要特殊安装才能在恶劣的汽车环境中工作。一种类型的固态LiDAR使用微机电系统（MEMS）技术以及基于MEMS的反射镜移动来“扫描”环境，通常基于德州仪器（TI）数字光投影仪（DLP）MEMS组件。固态体彩十一运夺金网站雷达中使用的另一种技术是具有多个独立源的光学相控阵（OPA），可通过调整阵列时序来动态定向和定向不同方向的脉冲，并且不需要传感器移动。基于OPA的LiDAR不会移动，因此更耐用，更可靠，还可以实现快速扫描，更小尺寸，但价格却是一个问题。

与扫描体彩十一运夺金网站雷达不同，闪光灯体彩十一运夺金网站雷达完全不移动光或体彩十一运夺金网站。相反，它像照相机一样工作，发出闪光以立即检测整个周围区域，并使用图像传感器分析信息。闪光灯LIDAR的光源功能更强大，但其检测距离和视野远低于扫描LIDAR。随着脉冲速率的增加而脉冲宽度的减小，通常会出现高速驱动器电路，寄生电感，驱动波形保真度以及保持驱动器紧凑并靠近其负载（光发射器）的问题。。

当前，没有可移动的360度覆盖的固态扫描仪。相反，必须使用具有某些重叠的多个数组。那里’有点讽刺的是“ancient”机械装配仍然是广泛使用的方法，可与体彩十一运夺金网站二极管和高性能图形计算引擎等先进组件和电子设备结合使用。现实情况是，经过数十年的实施经验和存在的薄弱环节，精心设计的机械装置作为一种成熟（但仍在不断发展）的机械装置可能相对可靠且紧凑。尽管如此，没有移动部件的设计还是非常吸引人的，并且有一些可用的单元。

的最后一部分本文的内容着眼于一些硬件问题和可用的实现。

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