雷达脉冲ToF电路设计(五)

出处:电路城 发布于:2020-01-03 15:44:32 | 337 次阅读

  背景光、波长和最大传感距离
  回声检测能力取决于能否照亮目标以及能否查看背景光下的照明情况。背景光可能源自工厂内部,可能是其他传感器发射和衍射的光,但也可能是工厂灯具发射的光。在户外环境中,背景光主要为太阳光,其能源密度概况由 ASTMG173 提供

    如下图所示室内照明红外线在 LED 照明方面较低,并且相对低于可见光,因此,红外线通常会被选作测距波长。对于室外光,将选择混合频率,其中,太阳光的频率相对较低,并可以使用经济高效的发射极。编写此设计指南时,905nm 是实现“既提供低背景光又广泛应用大规模生产的二极管和光电二极管”的最佳折衷值。ASTMG173 提供的表中显示,905nm 对应的能量密度为 0.76337W/m2。假设透镜直径为 1.5cm,则感应元件在直面太阳光时接收到的能量为 134W。尽管达到这个数值并不现实(使激光器指向太阳的用例极少),但这为确定设计中的其他注意事项提供了良好的边界条件。
  穿过空气时产生衰减
  尽管 905nm 的光会被水汽吸收,但与投射到目标上产生的衍射相比,光穿过空气时因水汽造成的衰减可以忽略不计,因此本文就不做进一步赘述。
  反射和衍射注意事项
  很多不同的研究侧重根据目标研究与不同行业有关的不同材料的反射和衍射值。在所有可能来源中,本参考设计引用了 ISO16331,此标准将反射边界设定在 20% 和 80% 之间。Riegl 研究表明,当波长为 905nm时,沥青是相对反射率最低 (10%) 的材料,而雪是相对反射率最高 (90%) 的材料。
  最小传感距离的视场注意事项
  测量短距离时,光学器件在定义可传感的最小距离中发挥着重要作用。要确保根据系统级要求设计该光学器件,详见下图:


  左侧是可以发射红色光束的激光二极管。该传感器的视场已用蓝色画出。
  在中间的图中,红色和蓝色光盘之间明显没有重叠。这是因为传感器的视场与激光发射器的视场不同。这样一来,传感器无法接收到回声,因此不会计算 ToF。在右侧的图中,由于传输视场和接收视场是重叠的,传感器会接收到回声,并且可以执行 ToF 计算(假设遵守所有其他限制)。
  传感元件
  传感元件可以将光能转换为电能。对于 LIDAR 设计,关键的相关参数包括:
  传感波长 (nm):需与传输波长一致
  响应度 (A/W):生成的电流量,是接收到的光能的函数。可考虑使用的典型值为 0.5A/W(可在 0.4 到0.7[6] 之间浮动)暗电流:光电传感器会按接收到的光能函数生成电流,因此,即使在没有光的情况下,也会有暗电流生成。
  上升时间:光电传感器在接收到光学光时的响应速度

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