СТА 2/2019

пульсов, или со схемой создания мощ- ного излучения. Микроимпульсные си- стемы подходят для применений, где необходима безопасность для глаз (на- пример, при съёмке и слежении за на- земным транспортным средством), тог- да как мощные системы обычно ис- пользуются на больших расстояниях и при низком уровне отражённого сигна- ла (в исследованиях физики атмосферы и метеорологии). Любая система должна использовать соответствующий датчик обнаружения отражённых лазерных сигналов с после- дующим их преобразованием в электри- ческий сигнал. Наиболее распростра- нёнными типами датчиков являются фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и твердотельные фотоприёмники (фото- диоды). В целом ФЭУ применяются в приложениях, где используется види- мый свет, в то время как фотодиоды бо- лее распространены в инфракрасных системах. Стоит отметить, что широкое применение нашли оба типа датчиков, и выбор во многом зависит от характе- ристик излучений, которые необходимо фиксировать, требуемого уровня про- изводительности и стоимости. Самое важное, что датчики выда- ют быстро меняющиеся электрические сигналы, которые необходимо непре- рывно собирать и анализировать. Для большинства приложений с лидаром наиболее популярным форм-фактором платы регистрации сигналов является PCIe, что позволяет устанавливать их в большинство современных ПК и обес- печивает высокую скорость передачи данных. Данный форм-фактор поддер- живается большинством поставщиков дигитайзеров (преобразователь анало- говых сигналов в цифровые), в частно- сти, компанией Spectrum Instrumentation (Spectrum). Дигитайзеры Spectrum (рис. 2) обес- печивают широкий выбор частот дис- кретизации с высоким разрешением, имеют большой динамический диапа- зон и встроенный усилитель с низким уровнемшума, что позволяет обнаружи- вать и анализировать самые разнообраз- ные сигналы. Помимо PCIe компания Spectrum, как и большинство произво- дителей дигитайзеров, поддерживает и другие стандарты, в их числе LXI/ Ethernet и PXIe. В частности, устройство серии digitizerNETBOX (рис. 3) выпол- нено в соответствии со стандартом LXI и предназначено для приёма и оциф- ровки аналоговых сигналов с дальней- шей передачей дискретной информации по каналам Ethernet. Данное устройство является хорошим выбором для мобиль- ных систем в условиях ограниченного пространства или подверженных дей- ствию вибрации, таких как бортовое оборудование для авиации или назем- ная подвижная установка. К ЛАССИФИКАЦИЯ ЛИДАРОВ ПО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ Лидары по производительности мож- но разделить на три класса. ● С быстрыми световыми импульсами. Для захвата и анализа очень быстрых сигналов плата оцифровки должна обеспечить частоту дискретизации до 5 Гсэмпл/с и пропускную способность более 1 ГГц. Примером такого пре- образователя является серия Spectrum Instrumentation 22xx, которая предла- гает до 4 каналов на плате PCIe и PXIe или до 24 каналов на платформе LXI. Такая комбинация делает эти устрой- ства подходящими для работы с быст- рыми датчиками, которые генерируют импульсы с наносекундной или даже субнаносекундной периодичностью. Кроме того, высокая частота дискре- тизации позволяет выполнять измере- ния с субнаносекундным разрешени- ем, такая система подходит для задач с небольшими частотными сдвигами, например, вызванными эффектом Доплера. ● С сигналами низкого уровня. Когда требуется широкий динамический диапазон сигналов и очень высокая чувствительность, плата дигитайзера должна принимать сигналы с ампли- тудами, лежащими в диапазоне мил- ливольт с частотой дискретизации несколько сотен миллионов опросов в секунду и соответствующей шири- ной полосы. Разрешение должно быть высоким, предпочтительно 16 бит. Примером является серия Spectrum M4i.44xx с разрешением 14 бит для 500 Мсэмпл/с или 16-битным разре- шением при 250 Мсэмпл/с. Эти уст- ройства также имеют программируе- мые усилители сигналов от ±200 мВ до ±10 В, что делает их пригодными для задач с низким уровнем сигнала, когда надо отслеживать и измерять небольшие изменения амплитуды. ● Со средним уровнем соотношения це- ны/производительности. Третья груп- па предназначена для приложений, которые нуждаются в высокой чув- ствительности, но менее требователь- ны ко времени. Для таких задач лучше всего подходят дигитайзеры с часто- той дискретизации до 100 Мсэмпл/с и 16-битным разрешением, как у Spectrum серии M2p.59xx. Такие ли- дары используются в приложениях с большой дальностью, где важна вы- сокая чувствительность к сигналу, а также в случаях, когда требуется мно- гоканальная запись с высокой плот- ностью. Д ОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ДИГИТАЙЗЕРОВ , ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЛИДАРНЫХ СИСТЕМАХ Дигитайзеры имеют несколько раз- личных режимов сбора данных, кото- рые позволяют эффективно использо- вать встроенную память и обеспечи- вают сверхбыструю фиксацию измене- ний сигналов. Последнее даёт возмож- ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А СТА 2/2019 25 www.cta.ru Рис. 2. Дигитайзер Spectrum M4i.4451-x8 Рис. 3. Дигитайзер серии digitizerNETBOX