Kao koncept, lidar postoji decenijama. Međutim, zanimanje za ovu tehnologiju naglo je poraslo posljednjih godina, jer senzori postaju sve manji, složeniji, a opseg proizvoda s lidar tehnologijom sve se više širi.
Riječ lidar je transliteracija LIDAR -a (otkrivanje svjetlosti i rangiranje). Ovo je tehnologija za dobivanje i obradu informacija o udaljenim objektima pomoću aktivnih optičkih sistema koji koriste fenomene refleksije i rasipanja svjetlosti u prozirnim i poluprozirnim medijima. Lidar je kao uređaj sličan radaru, pa je njegova primjena promatranje i otkrivanje, ali umjesto radio valova, kao u radaru, koristi svjetlost koju u velikoj većini slučajeva stvara laser. Izraz lidar često se koristi naizmjenično s Ladar -om, koji označava lasersko otkrivanje i rangiranje, iako Joe Buck, voditelj istraživanja u Coherent Technologies, dio odjela za svemirske sisteme Lockheed Martina, kaže da su dva koncepta sa tehničke tačke gledišta različita. “Kada gledate nešto što bi se moglo smatrati mekim predmetom, poput čestica ili aerosola u zraku, stručnjaci imaju tendenciju koristiti lidar kada govore o otkrivanju tih objekata. Kada gledate čvrste, čvrste objekte poput automobila ili drveta, skloni ste naginjanju ka izrazu Ladar. " Za više informacija o lidaru sa znanstvenog stajališta pogledajte odjeljak "Lidar: Kako to funkcionira".
"Lidar je bio predmet istraživanja dugi niz decenija od svog početka, ranih 1960 -ih", nastavio je Buck. Međutim, interesovanje za njega primjetno je poraslo od početka ovog stoljeća, prije svega zahvaljujući tehnološkom napretku. Kao primjer je upotrijebio iscrtavanje sintetičkog otvora blende. Što je teleskop veći, može se postići veća rezolucija objekta. Ako vam je potrebna iznimno visoka rezolucija, tada će vam možda trebati mnogo veći optički sustav, što sa praktične točke gledišta možda nije baš praktično. Snimanje sintetičkim otvorom blende rješava ovaj problem korištenjem pokretne platforme i obradom signala kako bi se dobio stvarni otvor koji može biti mnogo veći od fizičkog otvora blende. Radari sa sintetičkim otvorom blende (SAR) koriste se već desetljećima. Međutim, tek početkom 2000 -ih započele su praktične demonstracije optičkog snimanja sa sintetičkim otvorom blende, uprkos činjenici da su laseri u to vrijeme već bili u širokoj upotrebi. “Zapravo, trebalo je više vremena za razvoj optičkih izvora koji bi imali dovoljnu stabilnost u širokom rasponu podešavanja … Poboljšanje materijala, izvora svjetlosti i detektora (koji se koriste u lidarima) nastavlja se. Ne samo da sada imate mogućnost mjerenja, već ih možete raditi i u malim blokovima, čineći sisteme praktičnim u pogledu veličine, težine i potrošnje energije."
Također postaje lakše i praktičnije prikupljati podatke iz lidara (ili podatke koje prikuplja lidar). Tradicionalno, sastavljen je od zračnih senzora, kaže Nick Rosengarten, šef Grupe proizvoda za geoprostornu eksploataciju u BAE Systems. Međutim, danas se senzori mogu instalirati u zemaljska vozila ili čak u naprtnjače, što podrazumijeva prikupljanje podataka o ljudima. "Ovo otvara čitav niz mogućnosti, podaci se sada mogu prikupljati i u zatvorenom i na otvorenom", objasnila je Rosengarten. Matt Morris, voditelj geoprostornih rješenja u Textron Systems, kaže: „Lidar je zaista nevjerojatan skup podataka jer pruža najdetaljnije detalje na Zemljinoj površini. Daje mnogo detaljniju i, da tako kažemo, nijansiranu sliku od DTED (Digital Terrain Elevation Data) tehnologije, koja pruža informacije o visini zemljine površine na određenim tačkama. Možda je jedan od najsnažnijih primjera koje sam čuo od naših vojnih kupaca scenarij razmještanja na nepoznatom terenu, jer oni moraju znati kamo će ići … da se popnu na krov ili popnu na ogradu. DTED podaci vam ne dopuštaju da to vidite. Nećete ni vidjeti zgrade."
Morris je primijetio da vam čak i neki tradicionalni podaci o visini terena visoke rezolucije neće dopustiti da vidite ove značajke. Ali lidar vam to omogućava zbog svog "razmaka pozicija" - pojma koji opisuje udaljenost između položaja koja se može precizno prikazati u nizu podataka. U slučaju lidara, „nagib“se može smanjiti na centimetre, „tako da možete točno znati visinu krova zgrade, visinu zida ili visinu drveta. Ovo zaista povećava nivo trodimenzionalne (3D) svjesnosti o situaciji. " Osim toga, cijena lidar senzora se smanjuje, kao i njihova veličina, što ih čini pristupačnijima. “Prije deset godina, sistemi senzora lidara bili su vrlo veliki i vrlo skupi. Zaista su imali veliku potrošnju energije. No kako su se razvijale, tehnologije su se poboljšavale, platforme su postajale sve manje, potrošnja energije se smanjivala, a kvaliteta podataka koje su generirali povećavala se."
Morris je rekao da se glavna upotreba lidara u vojnoj oblasti nalazi u 3D planiranju i obuci borbenih misija. Na primjer, proizvod za simulaciju leta njegove kompanije Lidar Analyst omogućava korisnicima da preuzmu velike količine podataka i "brzo generiraju ove 3D modele, a zatim mogu vrlo precizno planirati svoje misije". Isto vrijedi i za kopnene operacije. Morris je objasnio: "Naš proizvod se koristi za planiranje ulaznih i izlaznih ruta do ciljnog područja, a budući da su sirovi podaci visoke rezolucije, moguće je provesti vrlo preciznu analizu situacije unutar vidnog polja."
Zajedno sa Lidar Analyst, Textron je razvio RemoteView, softver za analizu slika za američke vojne i obavještajne agencije. Softver RemoteView može koristiti različite izvore podataka, uključujući podatke lidara. BAE Systems također nudi softver za geoprostornu analizu, čiji je vodeći proizvod ovdje SOCET GXP, koji pruža mnoge mogućnosti, uključujući i upotrebu podataka lidara. Osim toga, Rosengarten je objasnio da je kompanija razvila tehnologiju GXP Xplorer, koja je aplikacija za upravljanje podacima. Ove su tehnologije sasvim prikladne za vojnu primjenu. Rosengarten je, na primjer, spomenuo alat za izračunavanje zone slijetanja helikoptera koji je dio softvera SOCET GXP. "Može uzeti podatke lidara i pružiti korisnicima informacije o područjima na zemlji koja bi mogla biti dovoljna za slijetanje helikoptera." Na primjer, može im reći postoje li okomite prepreke na putu, poput drveća: "Ljudi mogu koristiti ovaj alat za identifikaciju područja koja bi mogla biti najbolje prilagođena kao mjesto evakuacije za vrijeme humanitarnih kriza." Rosengarten je također naglasio potencijal postavljanja pločica, gdje se više skupova podataka lidara prikuplja sa određenog područja i spajaju. To je omogućeno „povećanom vjernošću metapodataka senzora lidara u kombinaciji sa softverom kao što je aplikacija SOCET GXP kompanije BAE Systems, koja može pretvoriti metapodatke u precizne zone na zemlji, izračunate pomoću geoprostornih podataka. Proces se temelji na lidar podacima i ne ovisi o načinu prikupljanja podataka."
Kako to funkcionira: lidar
Lidar radi tako što osvetljava metu svetlošću. Lidar može koristiti svjetlo u vidljivom, ultraljubičastom ili bliskom infracrvenom području. Princip rada lidara je jednostavan. Objekt (površina) je osvijetljen kratkim svjetlosnim impulsom, mjeri se vrijeme nakon kojeg se signal vraća na izvor. Lidar lansira brze kratke impulse laserskog zračenja na objekt (površinu) s frekvencijom do 150.000 impulsa u sekundi. Senzor na uređaju mjeri vrijeme između prijenosa svjetlosnog impulsa i njegovog odraza, pretpostavljajući konstantnu brzinu svjetlosti od 299792 km / s. Mjerenjem ovog vremenskog intervala moguće je izračunati udaljenost između lidara i zasebnog dijela objekta i stoga izgraditi sliku objekta na osnovu njegovog položaja u odnosu na lidar.
Smicanje vetra
U međuvremenu, Buck je ukazao na moguće vojne primjene tehnologije WindTracer kompanije Lockheed Martin. Komercijalna tehnologija WindTracer koristi lidar za mjerenje smicanja vjetra na aerodromima. Isti proces se može koristiti u vojnoj oblasti, na primjer, za precizne kapljice. „Morate baciti zalihe s dovoljno velike nadmorske visine, jer ih stavljate na palete i bacate ih sa padobrana. Pogledajmo sada gdje slijeću? Možete pokušati predvidjeti kamo će ići, ali problem je u tome što dok se spuštate smicanje vjetra mijenja smjer na različitim visinama”, objasnio je. - I kako onda predviđate gdje će paleta pasti? Ako možete mjeriti vjetar i optimizirati putanju, tada možete isporučiti zalihe s vrlo velikom preciznošću.”
Lidar se koristi i u bespilotnim vozilima. Na primjer, proizvođač automatskih kopnenih vozila (AHA), Roboteam, stvorio je alat pod nazivom Top Layer. To je tehnologija 3D mapiranja i autonomne navigacije koja koristi lidar. Top Layer koristi lidar na dva načina, kaže Shahar Abukhazira, šef Roboteama. Prvi omogućava mapiranje zatvorenih prostora u stvarnom vremenu. "Ponekad je videozapis nedovoljan u podzemnim uvjetima, na primjer, može biti previše taman ili je vidljivost pogoršana zbog prašine ili dima", dodao je Abukhazira. - Lidarove sposobnosti omogućavaju vam da pobjegnete od situacije s nultom orijentacijom i razumijevanjem okoline … sada on preslikava sobu, mapira tunel. Odmah možete razumjeti situaciju, čak i ako ne vidite ništa, pa čak i ako ne znate gdje se nalazite."
Druga upotreba lidara je njegova autonomija, pomažući operateru da kontrolira više od jednog sistema u bilo kojem trenutku. "Jedan operater može kontrolirati jedan AHA, ali postoje još dva AHA koja jednostavno prate i prate vozilo kojim upravljaju ljudi", objasnio je. Slično, vojnik može ući u prostorije, a ANA ga jednostavno slijedi, odnosno nema potrebe odlagati oružje kako bi upravljao aparatom. "Posao čini jednostavnim i intuitivnim." Roboteam -ov veći AHA Probot takođe ima lidar koji mu pomaže da putuje na velike udaljenosti. „Ne možete zahtijevati od operatora da pritisne dugme tri dana zaredom … koristite lidar senzor da jednostavno pratite vojnike, ili pratite automobil, ili čak automatski prelazite s jedne točke na drugu, lidar će vam pomoći u izbjegavajte prepreke. " Abukhazira očekuje velike pomake u ovoj oblasti u budućnosti. Na primjer, korisnici su htjeli imati situaciju u kojoj čovjek i ANA komuniciraju poput dva vojnika. „Ne kontrolišete jedni druge. Gledate se, zovete jedno drugo i ponašate se baš kako treba. Vjerujem da ćemo u određenom smislu postići ovaj nivo komunikacije između ljudi i sistema. To će biti efikasnije. Vjerujem da nas lidari vode u tom smjeru."
Idemo u podzemlje
Abukhazira se također nada da će senzori lidara poboljšati rad u opasnim podzemnim okruženjima. Lidar senzori pružaju dodatne informacije pri mapiranju tunela. Osim toga, primijetio je da ponekad u malom i mračnom tunelu operater možda ni ne shvati da AHA vodi u pogrešnom smjeru. “Lidar senzori rade kao GPS u stvarnom vremenu i čine da se proces osjeća kao video igra. Možete vidjeti svoj sistem u tunelu, znate gdje idete u stvarnom vremenu."
Vrijedi napomenuti da su lidar senzori još jedan izvor podataka i ne bi se trebali smatrati izravnom zamjenom radara. Buck je primijetio da postoji velika razlika u valnoj duljini između dvije tehnologije, koje imaju svoje prednosti i nedostatke. Često je najbolje rješenje koristiti obje tehnologije, na primjer, mjerenje parametara vjetra aerosolnim oblakom. Kraće valne duljine optičkih senzora omogućuju bolju detekciju smjera u usporedbi s dužim valnim duljinama RF senzora (radara). Međutim, prijenosna svojstva atmosfere vrlo su različita za dvije vrste senzora. “Radar je sposoban proći kroz određene vrste oblaka s kojima bi se lidar teško mogao nositi. Ali u magli, na primjer, lidar može djelovati nešto bolje od radara."
Rosengarten je rekao da će kombiniranje lidara s drugim izvorima svjetlosti, poput panhromatskih podataka (pri snimanju pomoću širokog raspona svjetlosnih valnih dužina) dati potpunu sliku područja od interesa. Dobar primjer ovdje je definicija mjesta slijetanja helikoptera. Lidar može skenirati područje i reći da nema nulti nagib, bez obzira na to što zapravo gleda u jezero. Ova vrsta informacija može se dobiti korištenjem drugih izvora svjetlosti. Rosengarten vjeruje da će industrija na kraju spojiti tehnologije, okupljajući različite izvore vizualnih i drugih svjetlosnih podataka. "Pronaći će načine da sve podatke objedini pod jednim kišobranom … Dobijanje točnih i sveobuhvatnih informacija više je od običnog korištenja podataka lidara, već složen zadatak koji uključuje sve dostupne tehnologije."
