Koncepcióként a lidar évtizedek óta létezik. Az utóbbi években azonban jelentősen megnőtt az érdeklődés e technológia iránt, mivel az érzékelők egyre kisebbek, összetettebbek, és a lidar technológiával rendelkező termékek köre egyre jobban bővül.
A lidar szó a LIDAR (Light Detection and Ranging) átírása. Ez egy technológia a távoli tárgyakra vonatkozó információk megszerzésére és feldolgozására aktív optikai rendszerek segítségével, amelyek a fényvisszaverődés és a szórás jelenségeit használják átlátszó és félig átlátszó közegeken. A Lidar mint eszköz hasonló a radarhoz, ezért alkalmazása megfigyelés és észlelés, de a rádióhullámok helyett, mint egy radarban, az esetek túlnyomó többségében lézer által generált fényt használja. A lidar kifejezést gyakran felcserélve használják a Ladarral, ami lézeres észlelést és hatótávolságot jelent, bár Joe Buck, a Lockheed Martin űrrendszerek részlegéhez tartozó Coherent Technologies kutatási vezetője szerint a két fogalom technikai szempontból eltérő. „Amikor látsz valamit, ami lágy tárgynak tekinthető, mint például a részecskék vagy a levegőben lévő aeroszol, a szakértők hajlamosak lidárt használni, amikor az objektumok észleléséről beszélnek. Ha szilárd, szilárd tárgyakat nézel, mint egy autó vagy egy fa, akkor hajlamos vagy a Ladar kifejezésre hajolni. " Tudományos szempontból a lidarral kapcsolatos további információkért lásd a "Lidar: Hogyan működik" részt.
„A Lidar -t hosszú évtizedek óta kutatják a kezdetek óta, a hatvanas évek elején” - folytatta Buck. Az érdeklődés azonban a század eleje óta érezhetően megnőtt, elsősorban a technológiai fejlődésnek köszönhetően. Példaként szintetikus rekesznyílást használt. Minél nagyobb a távcső, annál nagyobb az objektum felbontása. Ha rendkívül nagy felbontásra van szüksége, akkor sokkal nagyobb optikai rendszerre lehet szükség, ami gyakorlati szempontból nem túl praktikus. A szintetikus rekeszképalkotás megoldja ezt a problémát, ha mozgó platformot és jelfeldolgozást alkalmaz, hogy tényleges rekeszértéket kapjon, amely sokkal nagyobb lehet, mint a fizikai rekesz. A szintetikus apertúra radarokat (SAR) hosszú évtizedek óta használják. Azonban csak a 2000 -es évek elején kezdődtek meg a szintetikus rekesznyílású optikai képalkotás gyakorlati bemutatói, annak ellenére, hogy a lézereket ekkor már széles körben használták. „Valójában több időbe telt egy olyan optikai forrás kifejlesztése, amely elegendő stabilitást mutatna a beállítások széles skáláján … Az anyagok, a fényforrások és az érzékelők (amelyeket a lencsékben használnak) fejlesztése folytatódik. Most már nem csak ezeket a méréseket végezheti, hanem kis tömbökben is elvégezheti, így a rendszerek praktikusak a méret, a súly és az energiafogyasztás szempontjából."
Könnyebbé és praktikusabbá válik az adatok gyűjtése a lidarról (vagy a lidar által gyűjtött információk). Hagyományosan repülőgép -érzékelőkből állították össze - mondja Nick Rosengarten, a BAE Systems Geospatial Exploitation Products Group vezetője. Ma azonban az érzékelőket földi járművekbe vagy akár hátizsákokba is be lehet szerelni, ami emberi adatgyűjtést jelent. "Ez számos lehetőséget nyit meg, az adatok mostantól beltéren és kültéren is gyűjthetők" - magyarázta Rosengarten. Matt Morris, a Textron Systems térinformatikai megoldásokért felelős vezetője azt mondja: „A lidar valóban elképesztő adatkészlet, mert a legrészletesebb részleteket nyújtja a Föld felszínén. Sokkal részletesebb és úgyszólván árnyaltabb képet ad, mint a DTED (Digital Terrain Elevation Data) technológia, amely a földfelszín bizonyos pontjainak magasságával kapcsolatos információkat nyújt. Talán az egyik legerősebb használati eset, amit katonai ügyfeleinktől hallottam, az a forgatókönyv, hogy ismeretlen terepen telepítenek, mert tudniuk kell, hová fognak menni … hogy felmásszanak egy tetőre vagy kerítésre. A DTED adatok ezt nem teszik lehetővé. Még az épületeket sem fogja látni."
Morris megjegyezte, hogy még néhány hagyományos, nagy felbontású domborzati adat sem teszi lehetővé ezeknek a funkcióknak a megtekintését. De a lidar lehetővé teszi ezt a "pozíciótávolság" miatt - ez a kifejezés leírja az adatok tömbjében pontosan megjeleníthető pozíciók közötti távolságot. A lidar esetében a „dőlésszög” centiméterre csökkenthető, „így pontosan tudhatja az épület tetőjének magasságát, vagy a fal magasságát vagy a fa magasságát. Ez valóban növeli a háromdimenziós (3D) helyzetfelismerés szintjét. " Ezenkívül a lidar -érzékelők költségei, valamint méreteik csökkennek, így megfizethetőbbek. „Tíz évvel ezelőtt a lidar érzékelőrendszerek nagyon nagyok és nagyon drágák voltak. Valóban nagy volt az energiafogyasztásuk. De ahogy fejlődtek, a technológiák fejlődtek, a platformok sokkal kisebbek lettek, az energiafogyasztás csökkent, és az általuk generált adatok minősége javult."
Morris elmondta, hogy a lidar fő célja a katonai területen a harci küldetések 3D tervezése és kiképzése. Például vállalata Lidar Analyst repülési szimulációs terméke lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy nagy mennyiségű adatot vegyenek be, és "gyorsan előállítsák ezeket a 3D -s modelleket, majd nagyon pontosan meg tudják tervezni a küldetéseket". Ugyanez vonatkozik a földi műveletekre is. Morris kifejtette: "Termékünket a célterületre való belépési és kilépési útvonalak tervezésére használjuk, és mivel a nyers adatok nagy felbontásúak, nagyon pontos elemzést lehet végezni a látótávolságon belül."
A Textron a Lidar Analyst elemzővel együtt kifejlesztette a RemoteView nevű képelemző szoftvert az amerikai katonai és hírszerző ügynökségek számára. A RemoteView szoftver különféle adatforrásokat használhat, beleértve a lidar adatokat. A BAE Systems szoftvert is kínál a térinformatikai elemzéshez, kiemelt terméke itt a SOCET GXP, amely számos lehetőséget biztosít, beleértve a lidar adatok használatát. Ezenkívül Rosengarten kifejtette, hogy a vállalat kifejlesztette a GXP Xplorer technológiát, amely egy adatkezelő alkalmazás. Ezek a technológiák nagyon alkalmasak katonai célokra. Rosengarten például megemlített egy eszközt a SOCET GXP szoftver részét képező helikopter leszállási zóna kiszámításához. "Levegőadatokat vehet fel, és információkat szolgáltathat a felhasználóknak a földi területekről, amelyek elegendőek lehetnek a helikopter leszállásához." Például meg tudja mondani nekik, hogy vannak -e függőleges akadályok, például fák: "Az emberek ezzel az eszközzel azonosíthatják azokat a területeket, amelyek a humanitárius válságok idején a legalkalmasabbak evakuálási pontnak." Rosengarten kiemelte a csempézés lehetőségeit is, amikor egy adott területről több lidar -adatgyűjteményt gyűjtenek össze és fűznek össze. Ezt lehetővé teszi „a lidar szenzor metaadatainak fokozott hűsége olyan szoftverrel kombinálva, mint például a BAE Systems SOCET GXP alkalmazása, amely a metaadatokat a földrajzi adatok alapján kiszámított pontos zónákká alakíthatja a földön. A folyamat lidar adatokon alapul, és nem függ az adatok gyűjtésének módjától."
Hogyan működik: lidar
A Lidar úgy működik, hogy megvilágítja a célt. A lidar fényt használhat a látható, ultraibolya vagy infravörös tartományban. A lidar működési elve egyszerű. Az objektumot (felületet) rövid fényimpulzussal világítják meg, mérik azt az időt, amely után a jel visszatér a forráshoz. A Lidar gyors, rövid lézersugár -impulzusokat bocsát ki egy tárgyra (felületre), akár 150 000 impulzus másodpercenként. A készüléken lévő érzékelő méri az időt a fényimpulzus továbbítása és annak visszaverődése között, 299792 km / s állandó fénysebességet feltételezve. Ennek az időintervallumnak a mérésével ki lehet számítani a távolságot a lidar és az objektum egy külön része között, és ezért képet készíthetünk az objektumról a lidarhoz viszonyított helyzete alapján.
Szélnyírás
Eközben Buck rámutatott a Lockheed Martin WindTracer technológiájának lehetséges katonai alkalmazására. A WindTracer kereskedelmi technológia lidarit használ a repülőgépek szélnyírásának mérésére. Ugyanez az eljárás alkalmazható katonai területen is, például precíziós légcseppeknél. „El kell ejteni a kellékeket kellően nagy magasságból, ehhez raklapokra kell helyezni, és ejtőernyőről le kell ejteni. Most nézzük meg, hol szállnak le? Megpróbálhatja előre megjósolni, hogy hová mennek, de a probléma az, hogy ereszkedéskor a szélnyírás különböző magasságokban megváltoztatja az irányát” - magyarázta. - És akkor hogyan lehet megjósolni, hogy hol száll le a raklap? Ha meg tudja mérni a szelet és optimalizálja a pályát, akkor nagyon nagy pontossággal szállíthat kellékeket.”
A Lidart pilóta nélküli szárazföldi járművekben is használják. Például az automatikus földi járművek (AHA) gyártója, a Roboteam létrehozta a Top Layer nevű eszközt. Ez egy 3D -s leképezés és autonóm navigációs technológia, amely lidárt használ. A Top Layer kétféleképpen használja a lidart - mondja Shahar Abukhazira, a Roboteam vezetője. Az első lehetővé teszi a zárt terek valós idejű leképezését. "Néha a videó nem elegendő földalatti körülmények között, például túl sötét lehet, vagy a por vagy a füst miatt romlott a láthatóság" - tette hozzá Abukhazira. - Lidar képességei lehetővé teszik, hogy nulla tájékozódással és a környezet megértésével távozzon egy helyzetből … most feltérképezi a szobát, feltérképezi az alagutat. Azonnal megértheti a helyzetet, még akkor is, ha nem lát semmit, és akkor sem, ha nem tudja, hol van."
A lidar második használata az önállósága, amely segíti a kezelőt, hogy egy adott pillanatban egynél több rendszert vezéreljen. „Egy kezelő egy AHA-t vezérelhet, de két másik AHA is egyszerűen követi és követi az ember által vezérelt járművet”-magyarázta. Hasonlóképpen, egy katona beléphet a helyiségekbe, és az ANA egyszerűen követi őt, vagyis nincs szükség fegyverek félretételére a készülék működtetéséhez. "Ez egyszerűvé és intuitívvá teszi a munkát." A Roboteam nagyobb AHA probot fedélzetén fedél van, amely segít a hosszú utakon. „Nem követelheti meg a kezelőtől, hogy három egymást követő napon nyomjon meg egy gombot … egy lidar -érzékelővel egyszerűen követi a katonákat, vagy követi az autót, vagy akár automatikusan átmegy egyik pontból a másikba, a lidar segít ezek a helyzetek. kerülje az akadályokat. " Abukhazira a jövőben komoly áttöréseket vár ezen a területen. A felhasználók például olyan helyzetet akartak, amelyben egy ember és egy ANA kölcsönhatásba lépnek, mint két katona. „Nem uralkodtok egymás felett. Egymásra nézel, hívod egymást, és pontosan úgy viselkedsz, ahogyan kell. Hiszem, hogy bizonyos értelemben megkapjuk ezt a kommunikációs szintet az emberek és a rendszerek között. Hatékonyabb lesz. Úgy gondolom, hogy a lovasok vezetnek minket ebbe az irányba."
Menjünk a föld alá
Abukhazira azt is reméli, hogy a lidar érzékelők javítják a veszélyes földalatti környezetben végzett műveleteket. A Lidar érzékelők további információkat nyújtanak az alagutak feltérképezéséhez. Ezenkívül észrevette, hogy néha egy kis és sötét alagútban a kezelő észre sem veszi, hogy az AHA rossz irányba vezet. „A Lidar érzékelők valós időben valósulnak meg, mint a GPS, és úgy érzik a folyamatot, mint egy videojátékot. Láthatja rendszerét az alagútban, és tudja, hogy merre tart valós időben."
Érdemes megjegyezni, hogy a lidar érzékelők egy másik adatforrás, és nem tekinthetők a radar közvetlen helyettesítőjének. Buck észrevette, hogy nagy különbség van a hullámhosszban a két technológia között, amelyeknek megvannak a maguk előnyei és hátrányai. Gyakran a legjobb megoldás mindkét technológia alkalmazása, például a szélparaméterek mérése aeroszol felhővel. Az optikai érzékelők rövidebb hullámhosszai jobb irányérzékelést biztosítanak az RF érzékelő (radar) hosszabb hullámhosszához képest. A légkör átviteli tulajdonságai azonban nagyon eltérőek a két típusú érzékelő esetében. „A radar képes áthaladni bizonyos típusú felhőkön, amelyekkel a lidar nehezen tud megbirkózni. De ködben például a lidar valamivel jobban teljesít, mint a radar."
Rosengarten szerint a lidar kombinálása más fényforrásokkal, például pankromatikus adatokkal (amikor a fény hullámhosszainak széles skáláját alkalmazzák) teljes képet ad az érdeklődési területről. Jó példa erre a helikopter leszállóhely meghatározása. Lidar letapogathat egy területet, és azt mondhatja, hogy nulla lejtésű, függetlenül attól, hogy valójában a tóra néz. Ez a fajta információ más fényforrások használatával szerezhető be. Rosengarten úgy véli, hogy az iparág végső soron egyesíti a technológiákat, egyesítve a vizuális és egyéb fényadatok különböző forrásait. "Meg fogja találni a módját, hogy az összes adatot egy esernyő alá vonja … A pontos és átfogó információk megszerzése több, mint a lidar -adatok használata, hanem összetett feladat, amely magában foglalja az összes rendelkezésre álló technológiát."
