Kot koncept je lidar prisoten že desetletja. Zanimanje za to tehnologijo pa se je v zadnjih letih močno povečalo, saj so senzorji manjši, kompleksnejši, obseg izdelkov s tehnologijo lidar pa se vse bolj širi.
Beseda lidar je transliteracija LIDAR -a (zaznavanje svetlobe in merjenje razdalje). To je tehnologija za pridobivanje in obdelavo informacij o oddaljenih objektih z uporabo aktivnih optičnih sistemov, ki uporabljajo pojave refleksije in sipanja svetlobe v prozornih in polprozornih medijih. Lidar kot naprava je podoben radarju, zato je njegova uporaba opazovanje in odkrivanje, vendar namesto radijskih valov, kot v radarju, uporablja svetlobo, ki jo v veliki večini primerov generira laser. Izraz lidar se pogosto uporablja zamenljivo z Ladarjem, kar pomeni lasersko odkrivanje in merjenje, čeprav Joe Buck, vodja raziskav pri Coherent Technologies, del oddelka vesoljskih sistemov Lockheed Martin, pravi, da sta koncepta s tehničnega vidika različna. "Ko gledate nekaj, kar bi lahko veljalo za mehak predmet, na primer delce ali aerosol v zraku, strokovnjaki običajno uporabljajo lidar, ko govorijo o odkrivanju teh predmetov. Ko gledate trdne, trdne predmete, kot sta avto ali drevo, se nagibate k izrazu Ladar. " Za več informacij o lidarju z znanstvenega vidika glejte poglavje "Lidar: Kako deluje".
"Lidar je bil predmet raziskav že več desetletij od svojega nastanka v zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja," je nadaljeval Buck. Vendar se je zanimanje zanj od začetka tega stoletja opazno povečalo, predvsem zaradi tehnološkega napredka. Kot primer je uporabil upodobitev sintetične zaslonke. Večji kot je teleskop, večja je ločljivost predmeta. Če potrebujete izjemno visoko ločljivost, bo morda potreben veliko večji optični sistem, kar s praktičnega vidika morda ni zelo praktično. Slikanje s sintetično zaslonko reši to težavo z uporabo premične platforme in obdelavo signala, da dobimo dejansko zaslonko, ki je lahko veliko večja od fizične zaslonke. Radarji s sintetično zaslonko (SAR) se uporabljajo že več desetletij. Šele v začetku leta 2000 so se začele praktične demonstracije optičnega slikanja s sintetično zaslonko, kljub temu, da so se laserji takrat že široko uporabljali. »Pravzaprav je trajalo več časa za razvoj optičnih virov, ki bi imeli zadostno stabilnost v širokem razponu nastavitev … Izboljšanje materialov, svetlobnih virov in detektorjev (ki se uporabljajo v lidarjih) se nadaljuje. Zdaj ne samo, da lahko izvajate te meritve, ampak jih lahko izvajate tudi v majhnih blokih, zaradi česar so sistemi praktični glede na velikost, težo in porabo energije."
Prav tako postane lažje in bolj praktično zbiranje podatkov iz lidarja (ali podatkov, ki jih zbira lidar). Tradicionalno so ga sestavljali iz letalskih senzorjev, pravi Nick Rosengarten, vodja skupine izdelkov za geoprostorsko izkoriščanje pri BAE Systems. Vendar pa je danes senzorje mogoče namestiti v zemeljska vozila ali celo v nahrbtnike, kar pomeni zbiranje človeških podatkov. "To odpira cel kup možnosti, zdaj je mogoče podatke zbirati tako v zaprtih prostorih kot na prostem," je pojasnil Rosengarten. Matt Morris, vodja geoprostorskih rešitev pri Textron Systems, pravi: »Lidar je resnično neverjeten nabor podatkov, saj zagotavlja najbolj podrobne podrobnosti na zemeljski površini. Daje veliko bolj podrobno in tako rekoč bolj obarvano sliko kot tehnologija DTED (Digital Terrain Elevation Data), ki zagotavlja informacije o višini zemeljske površine na določenih točkah. Morda je eden najmočnejših primerov uporabe, ki sem jih slišal od naših vojaških strank, scenarij razporeditve na neznanem terenu, ker morajo vedeti, kam bodo šli … da se povzpnejo na streho ali preplezajo ograjo. Podatki DTED vam tega ne omogočajo. Zgradb sploh ne boste videli."
Morris je opozoril, da vam tudi nekateri tradicionalni podatki o višini terena z visoko ločljivostjo ne bodo omogočili ogleda teh funkcij. Toda lidar vam to omogoča zaradi "razmika med položaji" - izraza, ki opisuje razdaljo med položaji, ki jo je mogoče natančno prikazati v podatkovnem nizu. V primeru lidarja se lahko "nagib" zmanjša na centimetre, "tako da lahko natančno veste višino strehe stavbe ali višino stene ali višino drevesa. To resnično poveča raven zavedanja tridimenzionalne (3D) situacije. " Poleg tega se znižujejo stroški senzorjev lidar in njihova velikost, zaradi česar so dostopnejši. »Pred desetimi leti so bili senzorski sistemi lidar zelo veliki in zelo dragi. Res so imeli visoko porabo energije. Toda z razvojem so se tehnologije izboljšale, platforme so postale veliko manjše, poraba energije se je zmanjšala in kakovost podatkov, ki so jih ustvarili, se je povečala."
Morris je dejal, da je glavna uporaba lidarja na vojaškem področju v 3D načrtovanju in usposabljanju bojnih misij. Na primer, izdelek za simulacijo letenja njegovega podjetja Lidar Analyst uporabnikom omogoča zbiranje velikih količin podatkov in "hitro ustvarjanje teh 3D modelov, nato pa lahko zelo natančno načrtujejo svoje misije". Enako velja za zemeljske operacije. Morris je pojasnil: "Naš izdelek se uporablja za načrtovanje vstopnih in izstopnih poti na ciljno območje, in ker so neobdelani podatki visoke ločljivosti, je mogoče izvesti zelo natančno analizo stanja v vidnem polju."
Skupaj z Lidar Analyst je Textron razvil RemoteView, programski izdelek za analizo slik za ameriške vojaške in obveščevalne agencije. Programska oprema RemoteView lahko uporablja različne vire podatkov, vključno s podatki lidarja. BAE Systems ponuja tudi programsko opremo za geoprostorske analize, njen vodilni izdelek tukaj je SOCET GXP, ki ponuja številne zmogljivosti, vključno z uporabo podatkov lidarja. Poleg tega je Rosengarten pojasnil, da je podjetje razvilo tehnologijo GXP Xplorer, ki je aplikacija za upravljanje podatkov. Te tehnologije so zelo primerne za vojaške namene. Rosengarten je na primer omenil orodje za izračun območja pristajanja helikopterja, ki je del programske opreme SOCET GXP. "Lahko vzame podatke lidarja in uporabnikom posreduje informacije o območjih na tleh, ki bi lahko zadoščala za pristanek helikopterja." Lahko jim na primer pove, če so na poti navpične ovire, na primer drevesa: "Ljudje lahko s tem orodjem prepoznajo območja, ki bi bila med humanitarnimi krizami najbolj primerna za evakuacijsko točko." Rosengarten je izpostavil tudi potencial polaganja ploščic, kjer se z določenega območja zbere in zšiva več naborov podatkov lidarja. To omogoča "povečana zvestoba metapodatkov senzorjev lidarja v kombinaciji s programsko opremo, kot je aplikacija SOCET GXP podjetja BAE Systems, ki lahko metapodatke spremeni v natančna območja na tleh, izračunana z uporabo geoprostorskih podatkov. Postopek temelji na podatkih lidarja in ni odvisen od načina zbiranja podatkov."
Kako deluje: lidar
Lidar deluje tako, da cilj osvetli s svetlobo. Lidar lahko uporablja svetlobo v vidnem, ultravijoličnem ali bližnjem infrardečem območju. Načelo delovanja lidarja je preprosto. Objekt (površina) je osvetljen s kratkim svetlobnim impulzom, meri se čas, po katerem se signal vrne k viru. Lidar sproži hitre kratke impulze laserskega sevanja na predmet (površino) s frekvenco do 150.000 impulzov na sekundo. Senzor na napravi meri čas med prenosom svetlobnega impulza in njegovim odbojem ob predpostavki konstantne hitrosti svetlobe 299792 km / s. Z merjenjem tega časovnega intervala je mogoče izračunati razdaljo med lidarjem in ločenim delom predmeta in tako sestaviti podobo predmeta glede na njegov položaj glede na lidar.
Škarje za veter
Buck je medtem opozoril na možne vojaške aplikacije tehnologije Lockheed Martin WindTracer. Komercialna tehnologija WindTracer uporablja lidar za merjenje striženja vetra na letališčih. Enak postopek je mogoče uporabiti na vojaškem področju, na primer za natančne kapljice. "Zaloge morate spustiti z dovolj velike nadmorske višine, zato jih položite na palete in jih spustite s padala. Zdaj pa poglejmo, kje pristanejo? Lahko poskusite predvideti, kam bodo šli, toda težava je v tem, da med spuščanjem strižne smeri vetra spreminjajo smer na različnih nadmorskih višinah, «je pojasnil. - In kako potem predvidevate, kje bo paleta pristala? Če lahko izmerite veter in optimizirate pot, lahko zaloge dostavite z zelo visoko natančnostjo."
Lidar se uporablja tudi v kopenskih vozilih brez posadke. Na primer, proizvajalec avtomatskih kopenskih vozil (AHA), Roboteam, je ustvaril orodje, imenovano Top Layer. Gre za 3D kartiranje in avtonomno navigacijsko tehnologijo, ki uporablja lidar. Top Layer uporablja lidar na dva načina, pravi Shahar Abukhazira, vodja podjetja Roboteam. Prvi omogoča preslikavo zaprtih prostorov v realnem času. "Včasih video ni dovolj v podzemnih razmerah, na primer je lahko preveč temen ali se je vidljivost poslabšala zaradi prahu ali dima," je dodal Abukhazira. - Lidarjeve zmogljivosti vam omogočajo, da se umaknete iz situacije z ničelno orientacijo in razumevanjem okolja … zdaj kartira sobo, preslikava predor. Takoj lahko razumete situacijo, tudi če ne vidite ničesar in tudi če ne veste, kje ste."
Druga uporaba lidarja je njegova avtonomija, ki operaterju v vsakem trenutku pomaga nadzirati več kot en sistem. "En upravljavec lahko nadzoruje eno AHA, vendar obstajata še dve drugi AHA, ki preprosto sledita in sledita vozilu, ki ga upravlja človek," je pojasnil. Prav tako lahko vojak vstopi v prostore in ANA mu preprosto sledi, to pomeni, da za delovanje aparata ni treba odložiti orožja. "Delo je preprosto in intuitivno." Roboteamov večji AHA Probot ima na krovu tudi lidar, ki mu pomaga potovati na dolge razdalje. "Od operaterja ne morete zahtevati, da tri dni zaporedoma pritisne gumb … uporabite senzor lidarja, da preprosto sledite vojakom ali sledite avtomobilu ali celo samodejno premikate od ene točke do druge, lidar bo pomagal pri izogibajte se oviram. " Abukhazira v prihodnje pričakuje velike preboje na tem področju. Na primer, uporabniki so želeli imeti situacijo, v kateri človek in ANA sodelujeta kot dva vojaka. "Ne nadzorujete drug drugega. Gledate se, kličete in ravnate točno tako, kot bi morali. Verjamem, da bomo v določenem smislu dobili to raven komunikacije med ljudmi in sistemi. Učinkovitejša bo. Verjamem, da nas lidarji vodijo v to smer."
Gremo pod zemljo
Abukhazira tudi upa, da bodo senzorji lidarja izboljšali delovanje v nevarnih podzemnih okoljih. Senzorji Lidar zagotavljajo dodatne informacije pri kartiranju tunelov. Poleg tega je opazil, da se operater včasih v majhnem in temnem tunelu sploh ne zaveda, da AHA vodi v napačno smer. »Senzorji Lidar v realnem času delujejo kot GPS in naredijo proces kot videoigra. V predoru lahko vidite svoj sistem, v realnem času veste, kam greste."
Omeniti velja, da so senzorji lidar še en vir podatkov in jih ne smemo obravnavati kot neposredno zamenjavo radarja. Buck je opazil, da obstaja velika razlika v valovni dolžini med tema dvema tehnologijama, ki imata svoje prednosti in slabosti. Pogosto je najboljša rešitev uporaba obeh tehnologij, na primer merjenje parametrov vetra z aerosolnim oblakom. Manjše valovne dolžine optičnih senzorjev zagotavljajo boljše smerno zaznavanje v primerjavi z daljšimi valovnimi dolžinami RF -senzorja (radarja). Vendar se prenosne lastnosti ozračja pri obeh vrstah senzorjev zelo razlikujejo. "Radar lahko prehaja skozi določene vrste oblakov, s katerimi bi se lidar težko spopadel. Toda v megli lahko na primer lidar deluje nekoliko bolje kot radar."
Rosengarten je dejal, da bo združevanje lidarja z drugimi svetlobnimi viri, kot so pankromatski podatki (pri slikanju z uporabo širokega spektra svetlobnih valovnih dolžin), dalo popolno sliko področja, ki nas zanima. Dober primer tukaj je opredelitev mesta za pristanek helikopterja. Lidar lahko skenira območje in reče, da nima nagiba, ne glede na to, da dejansko gleda v jezero. Tovrstne informacije je mogoče pridobiti z uporabo drugih svetlobnih virov. Rosengarten verjame, da bo industrija na koncu združila tehnologije in združila različne vire vizualnih in drugih svetlobnih podatkov. "Našel bo načine, kako vse podatke združiti pod en dežnik … Pridobivanje natančnih in izčrpnih informacij je več kot le uporaba podatkov lidarja, ampak zapletena naloga, ki vključuje vse razpoložljive tehnologije."
