Som ett koncept har lidar funnits i decennier. Intresset för denna teknik har dock ökat kraftigt under de senaste åren, eftersom sensorer blir mindre, mer komplexa och omfattningen av produkter med lidar -teknik expanderar mer och mer.
Ordet lidar är en translitteration av LIDAR (Light Detection and Ranging). Detta är en teknik för att erhålla och bearbeta information om avlägsna objekt med hjälp av aktiva optiska system som använder fenomenet ljusreflektion och spridning i transparenta och halvtransparenta medier. Lidar som en enhet liknar en radar, därför är dess tillämpning observation och detektion, men i stället för radiovågor, som i en radar, använder den ljus som genereras i överväldigande flertalet fall av en laser. Begreppet lidar används ofta omväxlande med Ladar, som står för laserdetektering och sträckning, även om Joe Buck, forskningschef på Coherent Technologies, en del av Lockheed Martins rymdsystemsavdelning, säger att de två begreppen är från teknisk synvinkel är olika. "När du tittar på något som kan betraktas som ett mjukt föremål, som partiklar eller en aerosol i luften, tenderar experter att använda lidar när de talar om att upptäcka dessa föremål. När du tittar på fasta, fasta föremål som en bil eller ett träd, tenderar du att luta dig mot termen Ladar. " För lite mer information om lidar från vetenskaplig synvinkel, se avsnittet "Lidar: How It Works".
"Lidar har varit föremål för forskning i många decennier sedan starten i början av 1960 -talet," fortsatte Buck. Intresset för det har emellertid ökat märkbart sedan början av detta århundrade, först och främst tack vare den tekniska utvecklingen. Han använde syntetisk bländare som exempel. Ju större teleskopet är, desto högre kan objektets upplösning erhållas. Om du behöver extremt hög upplösning kan ett mycket större optiskt system behövas, vilket kanske inte är särskilt praktiskt ur praktisk synvinkel. Syntetisk bländaravbildning löser detta problem genom att använda en rörlig plattform och signalbehandling för att få en verklig bländare som kan vara mycket större än den fysiska bländaren. Syntetiska bländarradar (SAR) har använts i många decennier. Det var dock inte förrän i början av 2000 -talet som praktiska demonstrationer av optisk avbildning av syntetisk bländare började, trots att lasrar redan användes vid den tiden.”Det tog faktiskt mer tid att utveckla optiska källor som skulle ha tillräcklig stabilitet över ett stort antal justeringar … Förbättringen av material, ljuskällor och detektorer (används i lidar) fortsätter. Inte nog med att du nu har förmågan att göra dessa mätningar, du kan göra dem i små block, vilket gör systemen praktiska när det gäller storlek, vikt och strömförbrukning."
Det blir också lättare och mer praktiskt att samla in data från lidaren (eller information som samlas in av lidaren). Traditionellt har den monterats från flygsensorer, säger Nick Rosengarten, chef för Geospatial Exploitation Products Group på BAE Systems. Men idag kan sensorer installeras i markfordon eller till och med i ryggsäckar, vilket innebär insamling av människodata. "Detta öppnar upp en mängd olika möjligheter, data kan nu samlas in både inomhus och utomhus", förklarade Rosengarten. Matt Morris, chef för geospatiala lösningar på Textron Systems, säger:”Lidar är en riktigt fantastisk datauppsättning eftersom den ger de mest detaljerade detaljerna på jordens yta. Det ger en mycket mer detaljerad och så att säga mer tonad bild än DTED -teknik (Digital Terrain Elevation Data), som ger information om höjden av jordytan vid vissa punkter. Kanske ett av de mest kraftfulla användningsfall som jag har hört från våra militära kunder är scenariot med att sätta ut i obekant terräng, eftersom de behöver veta vart de ska ta vägen … för att klättra på ett tak eller klättra på ett staket. DTED -data låter dig inte se detta. Du kommer inte ens se byggnaderna."
Morris noterade att även vissa traditionella högupplösta terränghöjddata inte tillåter dig att se dessa funktioner. Men lidaren tillåter dig att göra detta på grund av dess "positionsavstånd" - en term som beskriver avståndet mellan positioner som kan visas exakt i datamängden. I fallet med en lidar kan "stigningen" reduceras till centimeter, "så att du exakt vet höjden på en byggnads tak eller höjden på en vägg eller höjden på ett träd. Detta ökar verkligen nivån på tredimensionell (3D) lägesmedvetenhet. " Dessutom minskar kostnaden för lidarsensorer liksom deras storlek, vilket gör dem mer överkomliga.”För tio år sedan var lidarsensorsystem mycket stora och mycket dyra. De hade verkligen hög strömförbrukning. Men när de utvecklades förbättrades teknologierna, plattformarna blev mycket mindre, energiförbrukningen minskade och kvaliteten på data som de genererade ökade."
Morris sade att den huvudsakliga användningen av lidaren på det militära området är i 3D -planering och utbildning av stridsuppdrag. Till exempel tillåter hans företags Lidar Analyst flygsimuleringsprodukt användare att ta in stora mängder data och "snabbt generera dessa 3D -modeller, då kan de planera sina uppdrag mycket exakt." Detsamma gäller för markoperationer. Morris förklarade: "Vår produkt används för att planera in- och utresor till målområdet, och eftersom rådata är högupplöst är det möjligt att genomföra mycket noggrann analys av situationen inom siktlinjen."
Tillsammans med Lidar Analyst har Textron utvecklat RemoteView, en bildanalysprogramvara för den amerikanska militären och underrättelsetjänster. RemoteView -programvaran kan använda en mängd olika datakällor, inklusive lidardata. BAE Systems tillhandahåller också programvara för geospatial analys, dess flaggskeppsprodukt här är SOCET GXP, som ger många funktioner, inklusive användning av lidardata. Dessutom förklarade Rosengarten att företaget har utvecklat GXP Xplorer -tekniken, som är en datahanteringsapplikation. Dessa tekniker är ganska lämpliga för militära tillämpningar. Rosengarten nämnde till exempel ett verktyg för att beräkna helikopterlandningszonen som är en del av SOCET GXP -programvaran. "Det kan ta lidardata och ge användarna information om områden på marken som kan vara tillräckliga för att en helikopter ska landa." Till exempel kan han berätta för dem om det finns vertikala hinder i vägen, till exempel träd: "Människor kan använda det här verktyget för att identifiera områden som kan vara bäst lämpade som en evakueringspunkt under humanitära kriser." Rosengarten framhöll också potentialen för kakelplattor, där flera lidaruppsättningar samlas in från ett specifikt område och sys ihop. Detta möjliggörs genom”den ökade trovärdigheten för lidarsensormetadata i kombination med programvara som BAE Systems SOCET GXP -applikation, som kan förvandla metadata till exakta zoner på marken, beräknat med hjälp av geospatiala data. Processen är baserad på lidardata och beror inte på hur data samlas in."
Hur det fungerar: lidar
Lidar fungerar genom att belysa målet med ljus. Lidaren kan använda ljus i synliga, ultravioletta eller nära infraröda områden. Principen för lidarens funktion är enkel. Objektet (ytan) belyses med en kort ljuspuls, tiden efter vilken signalen återgår till källan mäts. Lidar lanserar snabba korta pulser av laserstrålning på ett objekt (yta) med en frekvens på upp till 150 000 pulser per sekund. En sensor på enheten mäter tiden mellan överföringen av en ljuspuls och dess reflektion, med en konstant ljushastighet på 299792 km / s. Genom att mäta detta tidsintervall är det möjligt att beräkna avståndet mellan lidar och en separat del av objektet och därför bygga en bild av objektet baserat på dess position i förhållande till lidaren.
Vindskjuvning
Samtidigt pekade Buck på möjliga militära tillämpningar av Lockheed Martins WindTracer -teknik. Den kommersiella tekniken WindTracer använder lidar för att mäta vindskjuvning på flygplatser. Samma process kan användas inom det militära området, till exempel för precisionsluftdroppar.”Du måste släppa tillbehör från tillräckligt hög höjd, för detta lägger du dem på pallar och släpper dem från en fallskärm. Nu ska vi se var de landar? Du kan försöka förutsäga vart de ska ta vägen, men problemet är att när du sjunker ändrar vindskjuvningen riktning på olika höjder,”förklarade han. - Och hur förutspår du var pallen kommer att landa? Om du kan mäta vinden och optimera banan kan du leverera tillbehör med mycket hög noggrannhet.”
Lidar används också i obemannade markfordon. Till exempel har tillverkaren av automatiska markfordon (AHA), Roboteam, skapat ett verktyg som heter Top Layer. Det är en 3D -kartläggning och autonom navigeringsteknik som använder lidar. Top Layer använder lidar på två sätt, säger Shahar Abukhazira, chef för Roboteam. Den första möjliggör kartläggning av slutna utrymmen i realtid. "Ibland är videon otillräcklig under underjordiska förhållanden, till exempel kan det vara för mörkt eller synligheten har försämrats på grund av damm eller rök", tillade Abukhazira. - Lidars möjligheter gör att du kan komma bort från en situation med noll orientering och förståelse för miljön … nu kartlägger han rummet, han kartlägger tunneln. Omedelbart kan du förstå situationen, även om du inte ser någonting och även om du inte vet var du är."
Den andra användningen av lidar är dess autonomi, som hjälper operatören att styra mer än ett system vid varje givet tillfälle. "En operatör kan styra en AHA, men det finns två andra AHA: er som helt enkelt spårar och följer ett mänskligt kontrollerat fordon", förklarade han. På samma sätt kan en soldat komma in i lokalerna och ANA följer helt enkelt honom, det vill säga att det inte finns något behov av att lägga åt sidan vapen för att kunna använda apparaten. "Det gör jobbet enkelt och intuitivt." Roboteams större AHA Probot har också en lidar ombord för att hjälpa den att resa långa sträckor. "Du kan inte kräva att en operatör trycker på en knapp tre dagar i rad … du använder en lidarsensor för att helt enkelt följa soldaterna, eller följa bilen, eller till och med automatiskt flytta från en punkt till en annan, lidaren hjälper till dessa situationer. undvik hinder. " Abukhazira förväntar sig stora genombrott på detta område i framtiden. Till exempel ville användarna ha en situation där en människa och en ANA interagerar som två soldater.”Ni har inte kontroll över varandra. Man tittar på varandra, man ringer varandra och agerar precis som man ska. Jag tror att vi på ett sätt kommer att få denna kommunikationsnivå mellan människor och system. Det blir mer effektivt. Jag tror att lidarna leder oss i den riktningen."
Låt oss gå under jorden
Abukhazira hoppas också att lidarsensorer kommer att förbättra verksamheten i farliga underjordiska miljöer. Lidarsensorer ger ytterligare information vid kartläggning av tunnlar. Dessutom märkte han att operatören ibland inte ens inser att AHA leder åt fel håll i en liten och mörk tunnel. “Lidarsensorer fungerar som GPS i realtid och får processen att kännas som ett tv -spel. Du kan se ditt system i tunneln, du vet vart du är på väg i realtid."
Det är värt att notera att lidarsensorer är en annan datakälla och inte bör betraktas som en direkt ersättning för radar. Buck märkte att det är en stor skillnad i våglängd mellan de två teknikerna, som har sina egna fördelar och nackdelar. Ofta är den bästa lösningen att använda båda teknikerna, till exempel att mäta vindparametrar med ett aerosolmoln. Kortare våglängder för optiska sensorer ger bättre riktningsdetektering jämfört med längre våglängder för en RF -sensor (radar). Atmosfärens överföringsegenskaper är dock mycket olika för de två typerna av sensorer.”Radarn kan passera genom vissa typer av moln som skulle vara svåra för en lidar att hantera. Men i dimma kan till exempel lidar prestera något bättre än radar."
Rosengarten sa att kombinationen av lidaren med andra ljuskällor, såsom pankromatiska data (vid avbildning med ett brett spektrum av ljusvåglängder) ger en fullständig bild av intresseområdet. Ett bra exempel här är definitionen av en helikopterlandningsplats. Lidar kan skanna ett område och säga att det har nolllutning, oavsett att han faktiskt tittar på sjön. Denna typ av information kan erhållas genom användning av andra ljuskällor. Rosengarten tror att industrin i slutändan kommer att smälta ihop teknik och sammanföra olika källor för visuell och annan ljusdata. "Det kommer att hitta sätt att samla all data under ett paraply … Att få exakt och omfattande information är mer än att bara använda lidardata, men en komplex uppgift som involverar all tillgänglig teknik."
