Ammatillinen tieto

Lasertutka

2021-09-23
Lidar (Laser Radar) on tutkajärjestelmä, joka lähettää lasersäteen kohteen sijainnin ja nopeuden havaitsemiseksi. Sen toimintaperiaate on lähettää tunnistussignaali (lasersäde) kohteeseen ja sitten verrata kohteesta heijastuvaa vastaanotettua signaalia (kohdekaiku) lähetettyyn signaaliin, ja kunnollisen käsittelyn jälkeen saat asiaankuuluvaa tietoa kohteesta, kuten kohteen etäisyys, atsimuutti, korkeus, nopeus, asenne, tasainen muoto ja muut parametrit lentokoneiden, ohjusten ja muiden kohteiden havaitsemiseksi, seuraamiseksi ja tunnistamiseksi. Se koostuu laserlähettimestä, optisesta vastaanottimesta, levysoittimesta ja tietojenkäsittelyjärjestelmästä. Laser muuntaa sähköpulssit valopulsseiksi ja lähettää niitä. Optinen vastaanotin palauttaa sitten kohteesta heijastuneet valopulssit sähköisiksi pulsseiksi ja lähettää ne näytölle.
LiDAR on järjestelmä, joka yhdistää kolme tekniikkaa: laserin, globaalin paikannusjärjestelmän ja inertianavigointijärjestelmän, jota käytetään tietojen hankkimiseen ja tarkan DEM:n luomiseen. Näiden kolmen tekniikan yhdistelmä voi paikantaa kohteeseen osuvan lasersäteen pisteen suurella tarkkuudella. Se on edelleen jaettu yhä kypsyvämpään maasto-LiDAR-järjestelmään maanalaisten digitaalisten korkeusmallien saamiseksi ja kypsään hydrologiseen LIDAR-järjestelmään vedenalaisen DEM:n saamiseksi. Näiden kahden järjestelmän yhteinen piirre on laserien käyttö ilmaisussa ja mittauksessa. Tämä on myös alkuperäinen englanninkielinen käännös sanasta LiDAR, nimittäin: Light Detection And Ranging, lyhennettynä LiDAR.
Itse laserilla on erittäin tarkka etäisyyskyky, ja sen etäisyystarkkuus voi olla useita senttejä. LIDAR-järjestelmän tarkkuus riippuu laserin lisäksi myös sisäisistä tekijöistä, kuten laserin, GPS:n ja inertiamittausyksikön (IMU) synkronoinnista. . Kaupallisen GPS:n ja IMU:n kehittymisen myötä siitä on tullut mahdollista ja laajalti käytetty korkean tarkkuuden datan hankkiminen mobiilialustoista (kuten lentokoneista) LIDARin kautta.
LIDAR-järjestelmä sisältää yksisäteen kapeakaistaisen laserin ja vastaanottojärjestelmän. Laser tuottaa ja lähettää valopulssin, osuu kohteeseen ja heijastaa sen takaisin, ja lopulta vastaanotin vastaanottaa sen. Vastaanotin mittaa tarkasti valopulssin etenemisajan säteilystä heijastukseen. Koska valopulssit kulkevat valon nopeudella, vastaanotin vastaanottaa aina heijastuneen pulssin ennen seuraavaa pulssia. Koska valon nopeus tunnetaan, matka-aika voidaan muuntaa etäisyyden mittaukseksi. Yhdistämällä laserin korkeus, laserpyyhkäisykulma, GPS:stä saatu laserin sijainti ja INS:stä saatu lasersäteilyn suunta, kunkin maapisteen koordinaatit X, Y, Z voidaan laskea tarkasti. Lasersäteen emission taajuus voi vaihdella muutamasta pulssista sekunnissa kymmeniin tuhansiin pulsseihin sekunnissa. Esimerkiksi järjestelmässä, jonka taajuus on 10 000 pulssia sekunnissa, vastaanotin tallentaa 600 000 pistettä minuutissa. Yleisesti ottaen LIDAR-järjestelmän maapisteiden etäisyys vaihtelee 2-4 metrin välillä. [3]
Lidarin toimintaperiaate on hyvin samanlainen kuin tutkan. Käytettäessä laseria signaalilähteenä laserin lähettämä pulssilaseri osuu puihin, teihin, siltoihin ja maan päällä oleviin rakennuksiin aiheuttaen sirontaa ja osa valoaalloista heijastuu lidarin vastaanottimeen. Laitteessa laseretäisyyden periaatteen mukaisesti saadaan etäisyys lasertutkasta kohdepisteeseen. Pulssilaser skannaa jatkuvasti kohdeobjektia saadakseen tiedot kaikista kohdekohteen kohdepisteistä. Näillä tiedoilla kuvankäsittelyn jälkeen voidaan saada tarkkoja kolmiulotteisia kuvia.
Lidarin perustoimintaperiaate on sama kuin radiotutkan, eli tutkalähettävä järjestelmä lähettää signaalin, joka heijastuu kohteesta ja kerää vastaanottavaan järjestelmään ja määritetään kohteen etäisyys. mittaamalla heijastuneen valon käyttöaika. Mitä tulee kohteen radiaaliseen nopeudeen, se voidaan määrittää heijastuneen valon Doppler-taajuussiirtymällä tai se voidaan mitata mittaamalla kaksi tai useampia etäisyyksiä ja laskemalla muutosnopeus nopeuden saamiseksi. Tämä on ja on myös suorien havainnointitutkien perusperiaate. toimintaperiaate
Lidarin edut
Verrattuna tavalliseen mikroaaltouunitutkaan, koska se käyttää lasersädettä, lidarin toimintataajuus on paljon korkeampi kuin mikroaaltouunin, joten sillä on monia etuja, pääasiassa:
(1) Korkea resoluutio
Lidar pystyy saavuttamaan erittäin korkean kulman, etäisyyden ja nopeuden resoluution. Yleensä kulmaresoluutio on vähintään 0,1 mard, mikä tarkoittaa, että se pystyy erottamaan kaksi kohdetta 0,3 metrin etäisyydellä toisistaan ​​3 km:n etäisyydellä (tämä on mahdotonta mikroaaltouunitutkalle joka tapauksessa) ja voi seurata useita kohteita samanaikaisesti; alueen resoluutio voi olla Jopa 0.lm; nopeustarkkuus voi olla 10 m/s. Etäisyyden ja nopeuden korkea resoluutio tarkoittaa, että etäisyys-Doppler-kuvaustekniikkaa voidaan käyttää selkeän kuvan saamiseksi kohteesta. Korkea resoluutio on lidarin merkittävin etu, ja suurin osa sen sovelluksista perustuu tähän.
(2) Hyvä piilotus ja vahva anti-aktiivinen häiriökyky
Laser etenee suorassa linjassa, sillä on hyvä suuntaavuus ja säde on hyvin kapea. Se voidaan vastaanottaa vain sen etenemispolulla. Siksi vihollisen on erittäin vaikea siepata. Lasertutkan laukaisujärjestelmässä (lähettävä teleskooppi) on pieni aukko ja vastaanottoalue on kapea, joten se laukaistaan ​​tarkoituksella. Todennäköisyys, että laserhäiriösignaali tulee vastaanottimeen, on erittäin pieni; Lisäksi toisin kuin mikroaaltotutka, joka on herkkä luonnossa laajalti esiintyville sähkömagneettisille aalloille, luonnossa ei ole monia signaalilähteitä, jotka voivat häiritä lasertutkaa, joten lasertutka on anti-aktiivinen. Häiriökyky on erittäin vahva, soveltuu työskentelyyn yhä monimutkaisemmassa ja intensiivisemmässä informaatiosodankäyntiympäristössä.
(3) Hyvä matalan korkeuden tunnistus
Mikroaaltotutkan erilaisten maakohteiden kaikujen vaikutuksesta alhaisella korkeudella on tietty sokea alue (havaitsematon alue). Lidarissa vain valaistu kohde heijastuu, eikä maanpinnan kohteen kaiku vaikuta, joten se voi toimia "nollakorkeudessa", ja matalan korkeuden tunnistuskyky on paljon vahvempi kuin mikroaaltouunitutkan.
(4) Pieni koko ja kevyt
Yleensä tavallisen mikroaaltouunitutkan tilavuus on valtava, koko järjestelmän massa tallennetaan tonneina ja optisen antennin halkaisija voi olla useita metrejä tai jopa kymmeniä metrejä. Lidar on paljon kevyempi ja näppärämpi. Laukaisuteleskoopin halkaisija on yleensä vain senttimetrin tasolla ja koko järjestelmän massa on vain kymmeniä kiloja. Se on helppo asentaa ja purkaa. Lisäksi lidarin rakenne on suhteellisen yksinkertainen, huolto on kätevää, käyttö on helppoa ja hinta on alhainen.
Lidarin haitat
Ensinnäkin sää ja ilmapiiri vaikuttavat suuresti työhön. Yleensä laserin vaimennus on pieni kirkkaalla säällä ja etenemisetäisyys on suhteellisen pitkä. Huonolla säällä, kuten rankkasateessa, tiheässä savussa ja sumussa, vaimennus kasvaa jyrkästi ja vaikuttaa suuresti etenemisetäisyyteen. Esimerkiksi CO2-laserilla, jonka aallonpituus on 10,6 μm, on parempi ilmakehän läpäisykyky kaikista lasereista, ja vaimennus huonolla säällä on 6 kertaa aurinkoisten päivien vaimennus. Co2 lidarin käyttöalue maassa tai matalalla on 10-20 km aurinkoisena päivänä, kun taas huonolla säällä se on alle 1 km. Lisäksi ilmakehän kierto aiheuttaa myös lasersäteen vääristymistä ja tärinää, mikä vaikuttaa suoraan lidarin mittaustarkkuuteen.
Toiseksi lidarin erittäin kapeasta säteestä johtuen kohteiden etsiminen avaruudesta on erittäin vaikeaa, mikä vaikuttaa suoraan sieppauksen todennäköisyyteen ja yhteistyökykyisten kohteiden havaitsemistehokkuuteen. Se voi etsiä ja siepata kohteita vain pieneltä alueelta. Siksi lidar on vähemmän itsenäinen ja suora. Käytetään taistelukentällä kohteen havaitsemiseen ja etsimiseen.