Som et koncept har lidar eksisteret i årtier. Interessen for denne teknologi er imidlertid vokset kraftigt i de seneste år, da sensorer bliver mindre, mere komplekse, og omfanget af produkter med lidar -teknologi udvides mere og mere.
Ordet lidar er en translitteration af LIDAR (Light Detection and Ranging). Dette er en teknologi til indsamling og behandling af oplysninger om fjerne objekter ved hjælp af aktive optiske systemer, der bruger fænomenerne lysrefleksion og spredning i gennemsigtige og halvgennemsigtige medier. Lidar som en enhed ligner en radar, derfor er dens anvendelse observation og detektion, men i stedet for radiobølger, som i en radar, bruger den lys, der genereres i det overvældende flertal af tilfælde af en laser. Begrebet lidar bruges ofte i flæng med Ladar, der står for laserdetektering og rækkevidde, selvom Joe Buck, forskningschef hos Coherent Technologies, en del af Lockheed Martins rumsystemdivision, siger, at de to begreber er teknisk set forskellige. »Når man ser på noget, der kan betragtes som en blød genstand, f.eks. Partikler eller en aerosol i luften, har eksperter en tendens til at bruge lidar, når man taler om at opdage disse objekter. Når du ser på faste, faste genstande som en bil eller et træ, har du en tendens til at læne dig mod udtrykket Ladar. " For lidt mere information om lidar fra et videnskabeligt synspunkt, se afsnittet "Lidar: How It Works".
"Lidar har været genstand for forskning i mange årtier siden starten i begyndelsen af 1960'erne," fortsatte Buck. Interessen for det er imidlertid vokset mærkbart siden begyndelsen af dette århundrede, først og fremmest takket være den teknologiske udvikling. Han brugte syntetisk blændegengivelse som et eksempel. Jo større teleskopet er, jo højere kan objektets opløsning opnås. Hvis du har brug for ekstremt høj opløsning, kan der være behov for et meget større optisk system, som måske ikke er særlig praktisk set fra et praktisk synspunkt. Syntetisk blændebilleddannelse løser dette problem ved at bruge en bevægelig platform og signalbehandling til at opnå en egentlig blænde, der kan være meget større end den fysiske blænde. Syntetiske blænde radarer (SAR'er) har været i brug i mange årtier. Det var imidlertid først i begyndelsen af 2000'erne, at praktiske demonstrationer af optisk billeddannelse med syntetisk blænde begyndte, på trods af at lasere allerede var meget udbredt på det tidspunkt.”Faktisk tog det mere tid at udvikle optiske kilder, der ville have tilstrækkelig stabilitet over en lang række justeringer … Forbedringen af materialer, lyskilder og detektorer (brugt i lidars) fortsætter. Ikke alene har du nu mulighed for at foretage disse målinger, du er i stand til at gøre dem i små blokke, hvilket gør systemerne praktiske med hensyn til størrelse, vægt og strømforbrug."
Det bliver også lettere og mere praktisk at indsamle data fra lidaren (eller oplysninger indsamlet af lidaren). Traditionelt er det blevet samlet fra flysensorer, siger Nick Rosengarten, leder af Geospatial Exploitation Products Group hos BAE Systems. I dag kan sensorer imidlertid installeres i terrængående køretøjer eller endda i rygsække, hvilket indebærer indsamling af menneskelige data. "Dette åbner en lang række muligheder, data kan nu indsamles både indendørs og udendørs," forklarede Rosengarten. Matt Morris, Head of Geospatial Solutions hos Textron Systems, siger:”Lidar er et virkelig fantastisk datasæt, fordi det giver de mest detaljerede detaljer på jordens overflade. Det giver et meget mere detaljeret og så at sige mere tonet billede end DTED (Digital Terrain Elevation Data) -teknologi, som giver oplysninger om højden af jordoverfladen på bestemte punkter. Måske er en af de mest magtfulde anvendelsessager, jeg har hørt fra vores militære kunder, scenariet med indsættelse i ukendt terræn, fordi de har brug for at vide, hvor de skal hen … for at bestige et tag eller klatre et hegn. DTED -dataene tillader dig ikke at se dette. Du vil ikke engang se bygningerne."
Morris bemærkede, at selv nogle traditionelle terrænhøjde i høj opløsning ikke tillader dig at se disse funktioner. Men lidaren giver dig mulighed for at gøre dette på grund af dets "positionsafstand" - et udtryk, der beskriver afstanden mellem positioner, der kan vises nøjagtigt i dataserien. I tilfælde af en lidar kan “stigningen” reduceres til centimeter, “så du præcis kan kende højden på en bygnings tag eller højden på en væg eller højden på et træ. Dette øger virkelig niveauet for tredimensionel (3D) situationsfornemmelse. " Derudover falder omkostningerne ved lidarsensorer ligesom deres størrelse, hvilket gør dem mere overkommelige.”For ti år siden var lidarsensorsystemer meget store og meget dyre. De havde virkelig et højt strømforbrug. Men efterhånden som de udviklede sig, forbedredes teknologierne, platforme blev meget mindre, energiforbruget faldt, og kvaliteten af de data, de genererede, steg."
Morris sagde, at den største anvendelse af lidaren på det militære område er i 3D -planlægning og træning af kampmissioner. For eksempel giver hans virksomheds Lidar Analyst flyvesimuleringsprodukt brugerne mulighed for at optage store mængder data og "hurtigt generere disse 3D -modeller, så kan de planlægge deres missioner meget præcist." Det samme gælder for markoperationer. Morris forklarede: "Vores produkt bruges til at planlægge ind- og udrejseruter til målområdet, og da rådataene er i høj opløsning, er det muligt at foretage en meget præcis analyse af situationen inden for synsfeltet."
Sammen med Lidar Analyst har Textron udviklet RemoteView, et billedanalysesoftwareprodukt til det amerikanske militær og efterretningsagenturer. RemoteView -softwaren kan bruge en række forskellige datakilder, herunder lidardata. BAE Systems leverer også software til geospatial analyse, dets flagskibsprodukt her er SOCET GXP, som giver mange muligheder, herunder brug af lidardata. Derudover forklarede Rosengarten, at virksomheden har udviklet GXP Xplorer -teknologien, som er en datahåndteringsapplikation. Disse teknologier er ganske velegnede til militære applikationer. Rosengarten nævnte for eksempel et værktøj til beregning af helikopterlandingszonen, der er en del af SOCET GXP -softwaren. "Det kan tage lidardata og give brugerne oplysninger om områder på jorden, der kan være tilstrækkelige til, at en helikopter lander." For eksempel kan han fortælle dem, om der er lodrette forhindringer i vejen, f.eks. Træer: "Folk kan bruge dette værktøj til at identificere områder, der bedst egner sig som et evakueringspunkt under humanitære kriser." Rosengarten fremhævede også potentialet ved flisebelægning, hvor flere lidar datasæt indsamles fra et bestemt område og sys sammen. Dette er muliggjort af “den øgede loyalitet for lidarsensormetadata i kombination med software som BAE Systems 'SOCET GXP -applikation, som kan omdanne metadata til præcise zoner på jorden, beregnet ved hjælp af geospatiale data. Processen er baseret på lidardata og afhænger ikke af, hvordan dataene indsamles."
Sådan fungerer det: lidar
Lidar arbejder ved at belyse målet med lys. Lidaren kan bruge lys i de synlige, ultraviolette eller nær infrarøde områder. Princippet for drift af lidar er enkelt. Objektet (overfladen) belyses med en kort lyspuls, den tid, hvorefter signalet vender tilbage til kilden, måles. Lidar udsender hurtige korte pulser af laserstråling på et objekt (overflade) med en frekvens på op til 150.000 pulser pr. Sekund. En sensor på enheden måler tiden mellem transmissionen af en lyspuls og dens refleksion under forudsætning af en konstant lyshastighed på 299792 km / s. Ved at måle dette tidsinterval er det muligt at beregne afstanden mellem lidar og en separat del af objektet og derfor bygge et billede af objektet baseret på dets position i forhold til lidaren.
Vindskæring
I mellemtiden pegede Buck på mulige militære anvendelser af Lockheed Martins WindTracer -teknologi. Den kommercielle teknologi WindTracer bruger lidar til at måle vindskær i lufthavne. Den samme proces kan bruges på det militære område, for eksempel til præcisionsluftdråber. “Du er nødt til at tabe forsyninger fra en tilstrækkelig høj højde, til dette lægger du dem på paller og taber dem fra en faldskærm. Lad os nu se, hvor de lander? Du kan prøve at forudsige, hvor de vil gå hen, men problemet er, at når du går ned, skifter vindskiven retning i forskellige højder,”forklarede han. - Og hvordan forudsiger du så, hvor pallen vil lande? Hvis du kan måle vinden og optimere banen, kan du levere forsyninger med meget høj nøjagtighed.”
Lidar bruges også i ubemandede terrængående køretøjer. For eksempel har producenten af automatiske terrængående køretøjer (AHA'er), Roboteam, skabt et værktøj kaldet Top Layer. Det er en 3D -kortlægning og autonom navigationsteknologi, der bruger lidar. Top Layer bruger lidar på to måder, siger Shahar Abukhazira, chef for Roboteam. Den første tillader kortlægning af lukkede rum i realtid. "Nogle gange er videoen utilstrækkelig under underjordiske forhold, for eksempel kan den være for mørk, eller synligheden er forringet på grund af støv eller røg," tilføjede Abukhazira. - Lidars muligheder giver dig mulighed for at komme væk fra en situation med nul orientering og miljøforståelse … nu kortlægger han rummet, han kortlægger tunnelen. Umiddelbart kan du forstå situationen, selvom du ikke ser noget, og selvom du ikke ved, hvor du er."
Den anden brug af lidar er dens autonomi, der hjælper operatøren med at kontrollere mere end et system på et givet tidspunkt. "En operatør kan styre en AHA, men der er to andre AHA'er, der simpelthen sporer og følger et menneskestyret køretøj," forklarede han. På samme måde kan en soldat komme ind i lokalerne, og ANA følger ham simpelthen, det vil sige, at der ikke er behov for at lægge våben til side for at betjene apparatet. "Det gør jobbet enkelt og intuitivt." Roboteams større AHA Probot har også en lidar ombord for at hjælpe den med at rejse lange afstande. “Du kan ikke kræve, at en operatør trykker på en knap tre dage i træk … du bruger en lidarsensor til simpelthen at følge soldaterne eller følge bilen eller endda automatisk flytte fra et punkt til et andet, lidaren hjælper disse situationer. undgå forhindringer. " Abukhazira forventer store gennembrud på dette område i fremtiden. For eksempel ville brugerne have en situation, hvor et menneske og en ANA interagerer som to soldater.”I har ikke kontrol over hinanden. Man ser på hinanden, man kalder hinanden, og man handler præcis, som man skal. Jeg tror, at vi på en måde vil få dette kommunikationsniveau mellem mennesker og systemer. Det bliver mere effektivt. Jeg tror, at lidarerne fører os i den retning."
Lad os gå under jorden
Abukhazira håber også, at lidarsensorer vil forbedre driften i farlige underjordiske miljøer. Lidar -sensorer giver yderligere oplysninger ved kortlægning af tunneler. Derudover bemærkede han, at operatøren nogle gange i en lille og mørk tunnel måske ikke engang indser, at AHA fører i den forkerte retning. “Lidar -sensorer fungerer som GPS i realtid og får processen til at føles som et videospil. Du kan se dit system i tunnelen, du ved, hvor du skal hen i realtid."
Det er værd at bemærke, at lidarsensorer er en anden datakilde og ikke bør betragtes som en direkte erstatning for radar. Buck bemærkede, at der er en stor forskel i bølgelængde mellem de to teknologier, som har deres egne fordele og ulemper. Ofte er den bedste løsning at bruge begge teknologier, f.eks. Måling af vindparametre med en aerosolsky. Kortere bølgelængder af optiske sensorer giver bedre retningsdetektering sammenlignet med længere bølgelængder af en RF -sensor (radar). Atmosfærens transmissionsegenskaber er imidlertid meget forskellige for de to typer sensorer.”Radaren er i stand til at passere gennem bestemte typer skyer, der ville være vanskelige for en lidar at håndtere. Men i tåge kan lidar for eksempel fungere lidt bedre end radar."
Rosengarten sagde, at kombinationen af lidaren med andre lyskilder som f.eks. Pankromatiske data (ved billeddannelse ved hjælp af en lang række lysbølgelængder) vil give et komplet billede af interesseområdet. Et godt eksempel her er definitionen af et helikopterlandingssted. Lidar kan scanne et område og sige, at det har nul hældning, uanset at han faktisk kigger på søen. Denne type information kan opnås ved brug af andre lyskilder. Rosengarten mener, at industrien i sidste ende vil smelte sammen teknologier, der samler forskellige kilder til visuelle og andre lysdata. "Det vil finde måder at bringe alle dataene under en paraply … At få nøjagtige og omfattende oplysninger er mere end bare at bruge lidardata, men en kompleks opgave, der involverer alle tilgængelige teknologier."
