Prototype solide

Une équipe de l'Université Côte d'Azur a relevé certains défis du lidar automobile, en utilisant un modulateur acousto-optique, un déflecteur métasurface et, pour améliorer la portée et le rapport signal sur bruit, une technique empruntée aux télécommunications.

Une équipe de l'Université Côte d'Azur a relevé certains défis du lidar automobile, en utilisant un modulateur acousto-optique, un déflecteur métasurface et, pour améliorer la portée et le rapport signal sur bruit, une technique empruntée aux télécommunications.

Le lidar du véhicule envoie des impulsions et mesure le temps de vol des impulsions renvoyées afin de déterminer la portée. Ces impulsions sont envoyées une par une et balayées sur une scène en déviant la source d'impulsions verticalement et horizontalement.

Un lidar prospectif doit balayer suffisamment loin, avec une résolution angulaire suffisante, sur un cône suffisamment large, pour détecter les objets se déplaçant rapidement et donner au véhicule le temps de réagir.

Cela nécessite beaucoup d'impulsions pour générer suffisamment de points de données, mais la fréquence des impulsions est limitée par la nécessité d'attendre le retour d'une impulsion avant d'envoyer la suivante (pour éviter toute ambiguïté de distance – un aller-retour sur 200 m prend 1,3 μs), et les impulsions ne peut pas être envoyé tant que le scanner n’a pas été repointé.

Le prototype du groupe français utilise une diode laser rouge-orange (633 nm) qui peut être modulée en amplitude à 250 MHz, et module spatialement le flux d'impulsions à l'aide d'un déflecteur acousto-optique capable de scanner jusqu'à 5 MHz – ce dernier résout tout problème. -pointer les problèmes de temps.

Mais bien qu'il soit rapide, la sortie du modulateur angulaire est plutôt étroite – seulement 2°, elle est donc renforcée à l'université par une métasurface (gauche) qui amplifie la plage d'angle à 150°.

Le récepteur optique est sensible et rapide : un groupe de photodiodes à avalanche à photon unique (SPAD) qui forment un « compteur de photons multi-pixel » dont la sortie est numérisée par un CAN de 6,4 Géchantillons/s.

Ayant atteint une bande passante élevée et une sensibilité élevée, le système est toujours gêné par la physique du vol des impulsions pour éviter l'ambiguïté de distance, et c'est là qu'intervient la technique des télécommunications.

Tirant parti de la bande passante élevée de la modulation laser, les impulsions optiques sortantes sont codées en CDMA (accès multiple par répartition en code), chaque impulsion obtenant un code différent.

Cela signifie que plusieurs impulsions peuvent être en vol en même temps, reçues via le même détecteur.

Quel que soit l'ordre dans lequel elles reviennent, même si elles sont superposées, les impulsions du signal de retour peuvent être séparées numériquement et chronométrées séparément en fonction du code avec lequel elles sont étiquetées.

"Les résultats expérimentaux ont démontré que la technique CDMA en bloc étend la plage d'ambiguïté du lidar jusqu'à 35 fois – jusqu'à des distances kilométriques – par rapport au lidar traditionnel à impulsion unique", selon la société de photonique SPIE, qui a publié les travaux. "Il améliore également le rapport signal/bruit des images lidar, permettant de meilleures performances dans des environnements bruyants ou sur de plus longues distances."

Le prototype « répond presque aux exigences du lidar automobile. Il est compact et peut potentiellement être réduit aux dimensions d'une puce », a déclaré SPIE. Il offre « des possibilités pour les véhicules autonomes et les industries robotiques ».

« Surmonter les limites des capteurs 3D grâce à un lidar à balayage amélioré par métasurface à large champ de vision » est publié dans la revue Advanced Photonics de SPIE. Le document complet est disponible sans paiement et comprend une étude brève mais utile des techniques lidar de véhicules existantes.

Images fournies par SPIE