امروزه دنیا از نظر موقعیت علمی و تکنولوژیکی در موقعیتی قرار دارد که بسیاری از نیاز‌ها و کار‌های روزمره انسان بدون دخالت خود انسان انجام می‌شود. صنعت خودرو‌سازی نیز با طراحی و تولید خودرو‌های خودران، رانندگی را برای رانندگان آسان کرده است. اما نکته مهم چگونگی عملکرد این خودرو‌ها است. هنگامی که راننده کنترلی بر‌روی خودرو ندارد و خودرو به‌صورت خودران شروع به رانندگی می‌کند از سنسور‌های مختلفی برای این‌کار کمک می‌گیرد. در این مقاله می‌خواهیم به معرفی دو سنسور لایدار(lidar) و رادار(radar) و کاربرد‌های آن‌ها بپردازیم.

سیستم لایدار چیست و عملکرد آن چگونه است؟

استفاده از لایدار یکی از راه‌های اندازه‌گیری و تعیین فاصله از راه دور است؛ که توسط لیزر‌های مخصوص انجام می‌شود. این سیستم با پرتاب نور لیزر در زاویه‌ای معین، به محیط اطراف و دریافت بازتاب آن به تجزیه و تحلیل نور بازتاب شده می‌پردازد. با اتمام تجزیه و تحلیل نور دریافتی، فاصله اجسام و افراد پیرامون به‌صورت نقشه‌ای سه بعدی تهیه می‌شود؛ سپس اطلاعات برای سیستم مرکزی خودرو فرستاده می‌شوند تا تصمیم مناسب گرفته شود. عملکرد لایدار به‌گونه‌ای است که فاصله، بزرگی و هم‌چنین تعداد اجسام محیط پیرامون مشخص می‌کند. با پیشرفت فناوری لایدار، از آن در نقشه‌برداری شهر‌ها، باستان‌شناسی، ربات‌های امداد‌گر و جاروبرقی‌های خودکار استفاده می‌شود.

رادار چیست و چگونه عمل می‌کند؟

یکی دیگر از سنسور‌های مورد‌استفاده در خودرو‌های خودران رادار است؛ این سیستم بر‌خلاف سیستم لایدار از امواج رادیویی استفاده می‌کند. سیستم رادار به عنوان تشخیص‌دهنده و برد رادیویی نیز شناخته می‌شود؛ و از آن برای تشخیص فاصله، تعیین موقعیت و سرعت اجسام پیرامون استفاده می‌شود. از رایج‌ترین کاربرد آن می‌توان به شناسایی و تعیین سرعت خودرو‌ها توسط پلیس‌ راهنمایی و رانندگی در جاده‌ها اشاره کرد که همه افراد با آن آشنا هستند. این سیستم تشخیص و برد امواج رادیویی با تکیه بر مدت زمانی که این امواج ارسال شده با اجسام بر‌خورد می‌کنند و سپس بازتاب می‌شوند، فاصله آن‌ها را از خودرو معین می‌کند.

مقایسه دو سیستم لایدار و رادار

در حقیقت کار هر دو سیستم لایدار و رادار یکی است؛ مراحل تشخیص فاصله اجسام آن‌ها به یک شکل است. برای گام اول هر دو سیستم، پالسی را به سمت اجسام می‌فرستند؛ پالس با اجسام بر‌خورد کرده و به سمت سیستم‌ها بر‌می‌گردد. پالس‌های دریافت شده و مدت زمان رفت و برگشت آن‌ها نیز ثبت می‌شوند اما تفاوت‌هایی نیز با یکدیگر دارند.

1. با وجود اینکه کارایی هر دو سیستم یکی است اما نوع امواج هر کدام متفاوت است؛ لایدار از امواج لیزری یا نوری و رادار از امواج رادیویی استفاده می‌کند.
2. از سیستم رادار در زمینه‌های نظامی، ارتشی و هواشناسی استفاده می‌شود؛ هم‌چنین اطلاعات مهمی را در تعیین مسیر‌های امن در سیستم‌های ناوبری هوایی و دریایی ارائه می‌دهد. رایج‌ترین کاربرد‌های لایدار در زمینه‌های کشاورزی، زمین‌شناسی، زلزله‌شناسی و جنگل داری هستند.
3. به علت کوتاه برد بودن لایدار، این سیستم از دقت و وضوح بالایی بر‌خوردار است. اما رادار به دلیل طول موج‌های بلندی که ارسال می‌کند از دقت بالایی بر‌خوردار نیست و تصاویر دقیقی ایجاد نمی‌کند.
4. فناوری لایدار امکان عبور از پوشش گیاهی را دارا و نسبت به رادار از واگرایی کم‌تری بر‌خوردار است.
5. نصب سیستم لایدار نیازمند هزینه‌های بیشتری است.
6. رادار‌ها از آنتن‌ها برای ارسال امواج استفاده می‌کنند و نسبت به لایدار‌ها فواصل بلند‌تری را طی می‌کنند.
7. عملکرد فناوری لایدار در شرایط جوی نا‌مناسب مانند مه، باران و… کاهش می‌یابد اما فناوری رادار در هر شرایطی می‌تواند کیفیت عملکرد خود را حفظ کند.
8. سرعت و دقت لایدار در اندازه‌گیری و ارائه نقشه سه‌بعدی بیش‌تر است.

مزایا و معایب سیستم لایدار

مزایا

• لایدار از دقت و سرعت بالایی در جمع‌آوری داده‌ها بهره می‌برد که از مهم‌ترین ویژگی‌های آن است. لایدار یک فناوری پیشرفته سنجش پرواز است که فرآیند جمع‌آوری داده‌های آن بسیار سریع و دقیق است.
• داده‌های دریافتی توسط لایدار از چگالی بسیار بالایی برخوردارند که این حجم از داده‌ها می‌تواند به بررسی و شناسایی اجسام و عوارض کمک کند.
• از مزیت‌های دیگر این سیستم توانایی در شناسایی ارتفاع است که آن را به سیستمی کاربردی در جنگل‌ها تبدیل کرده است.
• عملکرد لایدار تحت تاثیر روز و شب قرار نمی‌گیرد و می‌تواند در همه زمان‌های شبانه‌روز داده‌های کاربردی‌ای را ارائه دهد. زیرا در این سیستم از سنسور‌های فعال استفاده می‌شود که باعث می‌شود عملکرد آن در طول شبانه‌روز با تغییری مواجه نشود.
• نظارت و کمک‌های انسانی در فناوری لایدار به حداقل خود می‌رسد که می‌تواند باعث صرفه‌جویی در زمان افراد شود.

معایب

• از معایب آن می‌توان به اختلال در کارکرد هنگام بارش‌های سنگین اشاره کرد؛ به‌طوریکه در شرایط آب و هوایی نا‌مناسب با مشکل مواجه می‌شود.
• استفاده از لایدار در مناطقی با تابش شدید خورشید امکان‌پذیر نیست و در بر‌خورد با زوایای تند خورشید، درست کار نمی‌کند.
• لیزر‌های سیستم لایدار می‌تواند به سلامت چشم افراد آسیب بزند؛ طبق تحقیقات لیزر‌های قدرتمند مورد‌استفاده در لایدار‌ها برای چشم انسان‌ها مضر هستند.
• پوشش‌های گیاهی ضخیم مانعی برای ارسال لیزر‌ها و دریافت اطلاعات هستند و وجود پوشش‌های گیاهی با ضخامت بالا قابلیت جمع‌آوری اطلاعات را از این فناوری می‌گیرند.

مزیت‌ها و عیب‌های فناوری رادار

مزیت‌ها

• رادار تحت تاثیر هیچ‌گونه شرایط آب و هوایی قرار نمی‌گیرد؛ نور، نویز و دیگر موانع جوی باعث کاهش عملکرد آن نمی‌شوند.
• به علت توانایی تشخیص اجسام در مسیر حرکت خودرو، سیستم پیش‌فرض ترمز اضطراری برای خودرو‌های خودران قرار گرفته است.
• عایق‌هایی مانند لاستیک، پلاستیک و… نمی‌توانند مانعی برای فناوری رادار باشند. این سیستم از انواع عایق‌ها به راحتی عبور می‌کند.
• وجود تجهیزات پیشرفته در ساختار رادار امکان محاسبه سرعت اجسام را علاوه‌بر موقعیت آنها ایجاد می‌کند. به عبارت دیگر شما هم از موقعیت شیء آگاه می‌شوید و هم اطلاعاتی از سرعت آن دریافت می‌کنید.
• اطلاعاتی بر‌اساس متحرک یا ثابت بودن شیء مورد‌نظر ارائه می‌دهد که از دیگر مزیت‌های این سیستم است.

عیب‌ها

• مدت زمان دریافت و جمع‌آوری داده و اطلاعات طولانی است زیرا سیگنال‌های رادیویی از رسانه‌ای مشخص برای انتقال استفاده نمی‌کنند.
• امکان اشتباه در شناسایی اجسام به دلیل نزدیک بودن آن‌ها وجود دارد. بنابراین اجسام نباید خیلی به سیستم رادار نزدیک باشند.
• رادار‌ها امکان ارائه اطلاعات در مورد اجسامی که داخل دریا هستند را ندارد.
• از دامنه کوتاهی در ارسال امواج رادیویی بر‌خوردار است که می‌تواند بزرگ‌ترین عیب آن به شمار آید.

سوالات متداول