Geração de sinais FM para LIDAR por modulação direta de Lasers Semicondutores

Abstract

Com a evolução da tecnologia nos últimos anos, existiu a necessidade de simplificar algumas tarefas no nosso quotidiano. A Indústria automóvel foi uma das áreas onde mais se relevou esta evolução, pois pretendeu levar a condução para outro nível, ou seja, criar um veículo autónomo, em que este fosse totalmente independente da ação do ser humano.Para isto ser possível foi necessário criar um sistema que conseguisse detetar todos os obstáculos do meio envolvente, tais como a distância e/ou a velocidade relativa de outros veículos. Começou-se então a utilizar sistemas LIDAR (Light Detection and Ranging), que permitem fazer uma reconstrução 3D com precisão de todo o campo de visão através de radiação luminosa, ou seja, através de um Laser.Este trabalho foi realizado com o objetivo de determinar a eficiência de um sistema LIDAR com modulação em frequência, em que a implementação é a mais simples possível e de custo reduzido. Neste sistema considera-se um laser semicondutor modulado por um sinal RF cuja frequência varia linearmente num formato dente de serra com período constante. Este será descrito neste trabalho, tais como outros formatos de modulação que são atualmente usados para o mesmo efeito.Nesta dissertação foi implementado um simulador em MATLAB de um sistema básico de reflectometria de maneira a estudar e compreender a influência dos vários parâmetros do LIDAR na determinação de distâncias e velocidades de alvos em ambientes diferentes.Por fim, introduziu-se no sistema um modelo de um laser semicondutor modulado por um sinal RF em formato dente de serra, de forma a estudar o seu desempenho e o valor de corrente de polarização que deve ser aplicado para que este seja superior.

With the evolution of technology in recent years, there has been a need to simplify some tasks in our daily lives. The automotive industry was the most prominent in this evolution, as it intended to take driving to another level, that is, to create an autonomous vehicle, in which it was totally independent of the action of the human being.To make this possible, it was necessary to create a system that could detect all obstacles in the surroundings, such as the distance and/or relative speed of other vehicles. Then we started using LIDAR (Light Detection and Ranging) systems, that allow a precise 3D reconstruction of the entire field of vision through light radiation, that is, through a laser.This work was carried out to determine the efficiency of a frequency modulated LIDAR system, where the implementation is as simple as possible and reduced cost. In this system a semiconductor laser is considered where it is modulated by an RF signal whose frequency varies linearly in a constant period sawtooth shape. This will be mentioned and described throughout this work, such as other modulation formats that are currently used for the same purpose.In this dissertation a MATLAB simulator of a basic reflectometry system was implemented in order to study and understand the influence of the various LIDAR parameters in the determination of target distances and speeds in different environments.Finally, a model of a semiconductor laser modulated by a sawtooth RF signal was introduced in the system, in order to study its performance and the polarization current value that must be applied for it to be superior.