Като концепция, лидар съществува от десетилетия. Интересът към тази технология обаче нарасна рязко през последните години, тъй като сензорите стават все по -малки, по -сложни и обхватът на продуктите с лидарна технология се разширява все повече и повече.
Думата lidar е транслитерация на LIDAR (Light Detection and Ranging). Това е технология за получаване и обработка на информация за отдалечени обекти с помощта на активни оптични системи, които използват явленията на отражение и разсейване на светлината в прозрачни и полупрозрачни среди. Лидарът като устройство е подобен на радар, поради което приложението му е наблюдение и откриване, но вместо радиовълни, както в радар, той използва светлина, генерирана в по -голямата част от случаите от лазер. Терминът лидар често се използва взаимозаменяемо с Ladar, което означава лазерно откриване и обхващане, въпреки че Джо Бък, ръководител на изследванията в Coherent Technologies, част от подразделението за космически системи на Lockheed Martin, казва, че двете концепции са от техническа гледна точка различни. „Когато погледнете нещо, което може да се счита за мек предмет, като прахови частици или аерозол във въздуха, експертите са склонни да използват лидар, когато говорят за откриване на тези обекти. Когато гледате твърди, твърди предмети като кола или дърво, тогава сте склонни да се наведете към термина Ладар. За малко повече информация за лидар от научна гледна точка, вижте раздела „Лидар: Как работи“.
„Лидар е обект на изследване в продължение на много десетилетия от създаването му в началото на 60 -те години“, продължи Бък. Интересът към него обаче нараства забележимо от началото на този век, благодарение преди всичко на технологичния прогрес. Като пример той използва рендериране на синтетична бленда. Колкото по -голям е телескопът, толкова по -висока е разделителната способност на обекта. Ако имате нужда от изключително висока разделителна способност, тогава може да е необходима много по -голяма оптична система, която може да не е много практична от практическа гледна точка. Изображението със синтетична бленда решава този проблем, като използва движеща се платформа и обработка на сигнала, за да се получи действителна бленда, която може да бъде много по -голяма от физическата бленда. Радарите със синтетична апертура (SARs) се използват от много десетилетия. Едва в началото на 2000 -те започнаха практически демонстрации на оптични изображения със синтетична апертура, въпреки факта, че по това време лазерите вече бяха широко използвани. „Всъщност беше необходимо повече време за разработване на оптични източници, които да имат достатъчна стабилност в широк диапазон от настройки … Подобряването на материалите, източниците на светлина и детекторите (използвани в лидарите) продължава. Сега не само имате възможност да правите тези измервания, но и можете да ги правите на малки блокове, което прави системите практични по отношение на размер, тегло и консумация на енергия."
Също така става по -лесно и по -практично събирането на данни от лидара (или информацията, събрана от лидара). Традиционно той се сглобява от самолетни сензори, казва Ник Розенгартен, ръководител на групата продукти за геопространствена експлоатация в BAE Systems. Днес обаче сензорите могат да бъдат инсталирани в наземни превозни средства или дори в раници, което предполага събиране на човешки данни. „Това отваря множество възможности, сега данните могат да се събират както на закрито, така и на открито“, обясни Розенгартен. Мат Морис, ръководител на геопространствени решения в Textron Systems, казва: „Лидарът е наистина невероятен набор от данни, защото предоставя най -подробните детайли на земната повърхност. Той дава много по -подробно и, така да се каже, по -оцветено изображение от технологията DTED (Digital Terrain Elevation Data), която предоставя информация относно котата на земната повърхност в определени точки. Може би един от най -мощните случаи на използване, които съм чувал от нашите военни клиенти, е сценарият за разполагане в непознат терен, защото те трябва да знаят къде ще отидат … да се изкачат на покрив или да се изкачат на ограда. Данните DTED не ви позволяват да видите това. Дори няма да видите сградите."
Морис отбеляза, че дори някои традиционни данни за височината на терена с висока резолюция няма да ви позволят да видите тези функции. Но лидарът ви позволява да направите това поради "разстоянието между позициите" - термин, описващ разстоянието между позициите, което може да бъде точно показано в масива от данни. В случай на лидар, „стъпката“може да бъде намалена до сантиметри, „така че можете да знаете точно височината на покрива на сградата или височината на стена или височината на дърво. Това наистина повишава нивото на триизмерна (3D) ситуационна информираност. " В допълнение, цената на сензорите за лидар намалява, както и техният размер, което ги прави по -достъпни. „Преди десет години лидарните сензорни системи бяха много големи и много скъпи. Те наистина имаха висока консумация на енергия. Но с развитието им технологиите се подобриха, платформите станаха много по -малки, потреблението на енергия намаля и качеството на генерираните от тях данни се увеличи."
Морис каза, че основното използване на лидара във военната област е в 3D планиране и обучение на бойни мисии. Например продуктът за симулация на полет на неговата компания Lidar Analyst позволява на потребителите да вземат големи количества данни и „бързо да генерират тези 3D модели, след което могат да планират много точно мисиите си“. Същото важи и за наземните операции. Морис обясни: "Нашият продукт се използва за планиране на входни и изходни маршрути до целевата зона и тъй като необработените данни са с висока разделителна способност, е възможно да се извърши много точен анализ на ситуацията в рамките на видимостта."
Заедно с Lidar Analyst, Textron разработи RemoteView, софтуерен продукт за анализ на изображения за американските военни и разузнавателни агенции. Софтуерът RemoteView може да използва различни източници на данни, включително лидарни данни. BAE Systems също предоставя софтуер за геопространствен анализ, неговият водещ продукт тук е SOCET GXP, който предоставя много възможности, включително използването на лидарни данни. Освен това Розенгартен обясни, че компанията е разработила технологията GXP Xplorer, която е приложение за управление на данни. Тези технологии са доста подходящи за военни приложения. Розенгартен например спомена инструмент за изчисляване на зоната за кацане на хеликоптер, който е част от софтуера SOCET GXP. "Той може да вземе лидарни данни и да предостави на потребителите информация за области на земята, които може да са достатъчни за кацане на хеликоптер." Например, той може да им каже дали по пътя има вертикални препятствия, като например дървета: „Хората могат да използват този инструмент, за да идентифицират области, които биха могли да бъдат най -подходящи за евакуация по време на хуманитарни кризи“. Розенгартен също подчерта потенциала на облицовката, където множество набори от данни от лидар се събират от определена област и се зашиват заедно. Това става възможно благодарение на „повишената вярност на метаданните на сензора за лидар в комбинация със софтуер като приложението SOCET GXP на BAE Systems, което може да превърне метаданните в точни зони на земята, изчислени с помощта на геопространствени данни. Процесът се основава на лидарни данни и не зависи от начина на събиране на данните."
Как работи: lidar
Lidar работи, като осветява целта със светлина. Лидарът може да използва светлина във видимия, ултравиолетовия или близкия инфрачервен диапазон. Принципът на действие на лидара е прост. Обектът (повърхността) се осветява с кратък светлинен импулс, измерва се времето, след което сигналът се връща към източника. Lidar изстрелва бързи кратки импулси от лазерно лъчение върху обект (повърхност) с честота до 150 000 импулса в секунда. Сензор на устройството измерва времето между предаването на светлинен импулс и неговото отражение, приемайки постоянна скорост на светлината от 299792 km / s. Чрез измерване на този интервал от време е възможно да се изчисли разстоянието между лидара и отделна част от обекта и следователно да се изгради изображение на обекта въз основа на позицията му спрямо лидара.
Срязване на вятъра
Междувременно Бък посочи възможните военни приложения на технологията WindTracer на Lockheed Martin. Търговската технология WindTracer използва лидар за измерване на срязването на вятъра на летищата. Същият процес може да се използва във военната област, например за прецизни капки за въздух. „Трябва да захвърлите запасите от достатъчно голяма надморска височина, за това ги поставяте на палети и ги изпускате от парашут. Сега да видим къде кацат? Можете да опитате и да предвидите къде ще отидат, но проблемът е, че докато се спускате, срязването на вятъра променя посоката на различни височини “, обясни той. - И тогава как предвиждате къде ще кацне палетът? Ако можете да измервате вятъра и да оптимизирате траекторията, тогава можете да доставяте доставки с много висока точност."
Lidar се използва и в безпилотни наземни превозни средства. Например, производителят на автоматични наземни превозни средства (AHA), Roboteam, е създал инструмент, наречен Top Layer. Това е технология за 3D картографиране и автономна навигация, която използва lidar. Top Layer използва лидар по два начина, казва Шахар Абухазира, ръководител на Roboteam. Първият позволява картографиране на затворени пространства в реално време. „Понякога видеото е недостатъчно в подземни условия, например може да е твърде тъмно или видимостта да се е влошила поради прах или дим“, добави Абухазира. - Възможностите на Lidar ви позволяват да се измъкнете от ситуация с нулева ориентация и разбиране на околната среда … сега той картографира стаята, той картографира тунела. Веднага можете да разберете ситуацията, дори и да не виждате нищо и дори да не знаете къде се намирате."
Второто използване на lidar е неговата автономност, като помага на оператора да контролира повече от една система във всеки даден момент. „Един оператор може да контролира един AHA, но има още два AHA, които просто проследяват и следват превозно средство, управлявано от човека“, обясни той. По същия начин войник може да влезе в помещенията и ANA просто го следва, тоест няма нужда да оставяте настрана оръжия, за да управлявате апарата. "Това прави работата проста и интуитивна." По -големият AHA Probot на Roboteam също има лидар на борда, който му помага да пътува на дълги разстояния. „Не можете да изисквате оператор да натиска бутон в продължение на три последователни дни … използвате сензор за лидар, за да следвате просто войниците, или да следвате колата, или дори автоматично да се движите от една точка в друга, лидарът ще ви помогне в тези ситуации. избягвайте препятствията. " Абухазира очаква големи пробиви в тази област в бъдеще. Например, потребителите искаха да имат ситуация, в която човек и ананас взаимодействат като двама войници. „Вие не контролирате един друг. Гледате се, обаждате се и действате точно както трябва. Вярвам, че в известен смисъл ще получим това ниво на комуникация между хората и системите. Ще бъде по -ефективно. Вярвам, че лидарите ни водят в тази посока."
Да отидем под земята
Абухазира също се надява, че сензорите на лидар ще подобрят работата в опасни подземни среди. Сензорите Lidar предоставят допълнителна информация при картографиране на тунели. Освен това той забеляза, че понякога в малък и тъмен тунел операторът може дори да не осъзнае, че AHA води в грешна посока. „Сензорите Lidar работят като GPS в реално време и правят процеса да се чувства като видео игра. Можете да видите вашата система в тунела, знаете къде отивате в реално време."
Заслужава да се отбележи, че лидарните сензори са друг източник на данни и не трябва да се считат за директна подмяна на радара. Бък забеляза, че има голяма разлика в дължината на вълната между двете технологии, които имат своите предимства и недостатъци. Често най -доброто решение е да се използват и двете технологии, например измерване на параметрите на вятъра с аерозолен облак. По -късите дължини на вълните на оптичните сензори осигуряват по -добро откриване на посоката в сравнение с по -дългите дължини на вълните на RF сензор (радар). Предавателните свойства на атмосферата обаче са много различни за двата типа сензори. „Радарът е в състояние да премине през определени видове облаци, с които би било трудно да се справи лидар. Но при мъгла например лидар може да се представи малко по -добре от радар."
Розенгартен каза, че комбинирането на лидара с други източници на светлина, като например панхроматични данни (при изобразяване, използвайки широк диапазон от дължини на светлинните вълни), ще даде пълна картина на зоната на интерес. Добър пример тук е дефиницията на място за кацане на хеликоптер. Лидар може да сканира област и да каже, че тя има нулев наклон, независимо от факта, че всъщност гледа към езерото. Този тип информация може да бъде получена чрез използването на други източници на светлина. Розенгартен вярва, че индустрията в крайна сметка ще съчетава технологии, обединявайки различни източници на визуални и други светлинни данни. "Той ще намери начини да обедини всички данни под един чадър … Получаването на точна и изчерпателна информация е нещо повече от просто използване на лидарни данни, но сложна задача, включваща всички налични технологии."
