Som et konsept har lidar eksistert i flere tiår. Interessen for denne teknologien har imidlertid vokst kraftig de siste årene, ettersom sensorer blir mindre, mer komplekse, og omfanget av produkter med lidar -teknologi utvides mer og mer.
Ordet lidar er en translitterasjon av LIDAR (Light Detection and Ranging). Dette er en teknologi for å skaffe og behandle informasjon om fjerne objekter ved hjelp av aktive optiske systemer som bruker fenomenene lysrefleksjon og spredning i gjennomsiktige og halvgjennomsiktige medier. Lidar som en enhet ligner en radar, derfor er dens anvendelse observasjon og deteksjon, men i stedet for radiobølger, som i en radar, bruker den lys generert i de overveldende flertallet av tilfellene av en laser. Begrepet lidar brukes ofte om hverandre med Ladar, som står for laserdeteksjon og rekkevidde, selv om Joe Buck, forskningssjef ved Coherent Technologies, en del av Lockheed Martins romsystemdivisjon, sier at de to konseptene er fra teknisk synspunkt er forskjellige. "Når du ser på noe som kan betraktes som et mykt objekt, som partikler eller en aerosol i luften, har eksperter en tendens til å bruke lidar når de snakker om å oppdage objektene. Når du ser på solide, solide gjenstander som en bil eller et tre, har du en tendens til å lene deg mot begrepet Ladar. " For litt mer informasjon om lidar fra et vitenskapelig synspunkt, se avsnittet "Lidar: How It Works".
"Lidar har vært gjenstand for forskning i mange tiår siden oppstarten på begynnelsen av 1960 -tallet," fortsatte Buck. Imidlertid har interessen for det vokst merkbart siden begynnelsen av dette århundret, først og fremst takket være teknologisk fremgang. Han brukte syntetisk blenderåpning som et eksempel. Jo større teleskopet er, desto høyere kan objektets oppløsning oppnås. Hvis du trenger ekstremt høy oppløsning, kan det være nødvendig med et mye større optisk system, som kanskje ikke er veldig praktisk fra et praktisk synspunkt. Syntetisk blenderåpning løser dette problemet ved å bruke en plattform i bevegelse og signalbehandling for å oppnå en faktisk blenderåpning som kan være mye større enn den fysiske blenderåpningen. Syntetiske blenderradarer (SAR) har vært i bruk i mange tiår. Det var imidlertid først på begynnelsen av 2000 -tallet at praktiske demonstrasjoner av optisk avbildning av syntetisk blender begynte, til tross for at lasere allerede var mye brukt på den tiden. "Faktisk tok det mer tid å utvikle optiske kilder som ville ha tilstrekkelig stabilitet over et bredt spekter av justeringer … Forbedringen av materialer, lyskilder og detektorer (brukt i lidarer) fortsetter. Ikke bare har du nå muligheten til å ta disse målingene, du kan gjøre dem i små blokker, noe som gjør systemene praktiske når det gjelder størrelse, vekt og strømforbruk."
Det blir også enklere og mer praktisk å samle inn data fra lidaren (eller informasjon som er samlet inn av lidaren). Tradisjonelt har den blitt satt sammen fra flysensorer, sier Nick Rosengarten, leder for Geospatial Exploitation Products Group hos BAE Systems. I dag kan imidlertid sensorer installeres i bakkekjøretøyer eller til og med i ryggsekker, noe som innebærer innsamling av menneskelig data. "Dette åpner for en rekke muligheter, data kan nå samles inn både innendørs og utendørs," forklarte Rosengarten. Matt Morris, leder for geospatiale løsninger hos Textron Systems, sier: "Lidar er et virkelig fantastisk datasett fordi det gir de mest detaljerte detaljene på jordens overflate. Det gir et mye mer detaljert og så å si mer tonet bilde enn DTED (Digital Terrain Elevation Data) -teknologi, som gir informasjon om høyden av jordoverflaten på bestemte punkter. Kanskje en av de mest kraftfulle brukssakene jeg har hørt fra våre militære kunder, er scenariet med utplassering i ukjent terreng, fordi de trenger å vite hvor de skal dra … for å klatre på et tak eller klatre et gjerde. DTED -dataene lar deg ikke se dette. Du vil ikke engang se bygningene."
Morris bemerket at selv noen tradisjonelle høyoppløselige terrenghøyde data ikke lar deg se disse funksjonene. Men lidaren lar deg gjøre dette på grunn av "posisjonsavstanden" - et begrep som beskriver avstanden mellom posisjoner som kan vises nøyaktig i dataserien. Når det gjelder en lidar, kan "stigningen" reduseres til centimeter, "slik at du kan vite nøyaktig høyden på taket til en bygning eller høyden på en vegg eller høyden på et tre. Dette øker virkelig nivået på tredimensjonal (3D) situasjonsbevissthet. " I tillegg reduseres kostnadene for lidarsensorer i likhet med størrelsen, noe som gjør dem rimeligere. "For ti år siden var lidarsensorsystemer veldig store og veldig dyre. De hadde virkelig et høyt strømforbruk. Men etter hvert som de utviklet seg, ble teknologiene bedre, plattformene ble mye mindre, energiforbruket redusert og kvaliteten på dataene de genererte økte."
Morris sa at hovedbruken av lidaren i det militære feltet er i 3D -planlegging og opplæring av kampoppdrag. For eksempel lar selskapets Lidar Analyst flysimuleringsprodukt brukerne ta inn store mengder data og "raskt generere disse 3D -modellene, så kan de planlegge oppdragene sine veldig nøyaktig." Det samme gjelder for bakkeoperasjoner. Morris forklarte: "Produktet vårt brukes til å planlegge inn- og utreiseruter til målområdet, og siden rådataene har høy oppløsning, er det mulig å utføre svært nøyaktig analyse av situasjonen innenfor siktlinjen."
Sammen med Lidar Analyst har Textron utviklet RemoteView, et program for produktanalyse av billedanalyse for det amerikanske militæret og etterretningsbyråer. RemoteView -programvaren kan bruke en rekke datakilder, inkludert lidardata. BAE Systems tilbyr også programvare for geospatial analyse, flaggskipsproduktet her er SOCET GXP, som gir mange muligheter, inkludert bruk av lidardata. I tillegg forklarte Rosengarten at selskapet har utviklet GXP Xplorer -teknologien, som er et datahåndteringsprogram. Disse teknologiene er ganske egnet for militære applikasjoner. Rosengarten nevnte for eksempel et verktøy for å beregne helikopterlandingssonen som er en del av SOCET GXP -programvaren. "Det kan ta lidardata og gi brukerne informasjon om områder på bakken som kan være tilstrekkelige for at et helikopter kan lande." For eksempel kan han fortelle dem om det er vertikale hindringer i veien, for eksempel trær: "Folk kan bruke dette verktøyet til å identifisere områder som kan være best egnet som et evakueringspunkt under humanitære kriser." Rosengarten fremhevet også potensialet ved flislegging, der flere lidar datasett er samlet fra et bestemt område og sydd sammen. Dette er muliggjort av "den økte troskapen til lidarsensormetadata i kombinasjon med programvare som BAE Systems 'SOCET GXP -applikasjon, som kan gjøre metadata til presise soner på bakken, beregnet ved hjelp av geospatiale data. Prosessen er basert på lidardata og er ikke avhengig av hvordan dataene samles inn."
Slik fungerer det: lidar
Lidar fungerer ved å belyse målet med lys. Lidaren kan bruke lys i de synlige, ultrafiolette eller nær infrarøde områdene. Prinsippet for drift av lidar er enkelt. Objektet (overflaten) belyses med en kort lyspuls, tiden etter hvilken signalet går tilbake til kilden måles. Lidar lanserer raske korte pulser med laserstråling på et objekt (overflate) med en frekvens på opptil 150 000 pulser per sekund. En sensor på enheten måler tiden mellom overføringen av en lyspuls og refleksjonen, forutsatt en konstant lyshastighet på 299792 km / s. Ved å måle dette tidsintervallet er det mulig å beregne avstanden mellom lidaren og en egen del av objektet og derfor bygge et bilde av objektet basert på dets posisjon i forhold til lidaren.
Vindskjær
I mellomtiden pekte Buck på mulige militære anvendelser av Lockheed Martins WindTracer -teknologi. Den kommersielle teknologien WindTracer bruker lidar for å måle vindskjær på flyplasser. Den samme prosessen kan brukes på det militære feltet, for eksempel for presisjonsluftdråper. “Du må slippe forsyninger fra tilstrekkelig høy høyde, for dette legger du dem på paller og slipper dem fra en fallskjerm. La oss nå se hvor de lander? Du kan prøve å forutsi hvor de vil gå, men problemet er at når du går ned, endrer vindskjæret retning i forskjellige høyder,”forklarte han. - Og hvordan forutsier du hvor pallen vil lande? Hvis du kan måle vinden og optimalisere banen, kan du levere forsyninger med veldig høy nøyaktighet.”
Lidar brukes også i ubemannede bakkekjøretøyer. For eksempel har produsenten av automatiske bakkekjøretøyer (AHA), Roboteam, laget et verktøy kalt Top Layer. Det er en 3D -kartlegging og autonom navigasjonsteknologi som bruker lidar. Top Layer bruker lidar på to måter, sier Shahar Abukhazira, leder for Roboteam. Den første tillater sanntids kartlegging av lukkede mellomrom. "Noen ganger er videoen utilstrekkelig under underjordiske forhold, for eksempel kan den være for mørk eller synligheten har blitt dårligere på grunn av støv eller røyk," la Abukhazira til. - Lidars evner lar deg komme vekk fra en situasjon med null orientering og miljøforståelse … nå kartlegger han rommet, han kartlegger tunnelen. Umiddelbart kan du forstå situasjonen, selv om du ikke ser noe, og selv om du ikke vet hvor du er."
Den andre bruken av lidar er dens autonomi, som hjelper operatøren til å kontrollere mer enn ett system til enhver tid. "En operatør kan kontrollere en AHA, men det er to andre AHA-er som bare sporer og følger et menneskekontrollert kjøretøy," forklarte han. På samme måte kan en soldat gå inn i lokalene, og ANA følger ham ganske enkelt, det vil si at det ikke er nødvendig å legge til side våpen for å betjene apparatet. "Det gjør jobben enkel og intuitiv." Roboteams større AHA Probot har også en lidar ombord for å hjelpe den med å reise lange avstander. “Du kan ikke kreve at en operatør trykker på en knapp i tre dager på rad … du bruker en lidarsensor til å bare følge soldatene, eller følge bilen, eller til og med automatisk flytte fra et punkt til et annet, lidaren vil hjelpe disse situasjonene. unngå hindringer. " Abukhazira forventer store gjennombrudd på dette området i fremtiden. For eksempel ønsket brukerne å ha en situasjon der et menneske og en ANA samhandler som to soldater. "Dere har ikke kontroll over hverandre. Du ser på hverandre, du ringer hverandre, og du oppfører deg akkurat som du burde. Jeg tror at vi på en måte vil få dette kommunikasjonsnivået mellom mennesker og systemer. Det blir mer effektivt. Jeg tror lidarene leder oss i den retningen."
La oss gå under jorden
Abukhazira håper også lidarsensorer vil forbedre driften i farlige underjordiske miljøer. Lidar -sensorer gir tilleggsinformasjon ved kartlegging av tunneler. I tillegg la han merke til at noen ganger i en liten og mørk tunnel kan det hende at operatøren ikke engang innser at AHA leder i feil retning. “Lidar -sensorer fungerer som GPS i sanntid og får prosessen til å føles som et videospill. Du kan se systemet ditt i tunnelen, du vet hvor du skal i sanntid."
Det er verdt å merke seg at lidarsensorer er en annen datakilde og ikke bør betraktes som en direkte erstatning for radar. Buck la merke til at det er en stor forskjell i bølgelengde mellom de to teknologiene, som har sine egne fordeler og ulemper. Ofte er den beste løsningen å bruke begge teknologiene, for eksempel å måle vindparametere med en aerosolsky. Kortere bølgelengder til optiske sensorer gir bedre retningsdeteksjon sammenlignet med lengre bølgelengder til en RF -sensor (radar). Imidlertid er atmosfærens overføringsegenskaper svært forskjellige for de to typene sensorer. "Radaren er i stand til å passere gjennom visse typer skyer som det ville være vanskelig for en lidar å håndtere. Men i tåke, for eksempel, kan lidar prestere litt bedre enn radar."
Rosengarten sa at kombinasjon av lidaren med andre lyskilder som panchromatiske data (ved avbildning ved bruk av et bredt spekter av lysbølgelengder) vil gi et fullstendig bilde av interesseområdet. Et godt eksempel her er definisjonen av et helikopterlandingssted. Lidar kan skanne et område og si at det har null skråning, uavhengig av at han faktisk ser på innsjøen. Denne typen informasjon kan fås ved bruk av andre lyskilder. Rosengarten tror bransjen til slutt vil smelte sammen teknologier, og samle forskjellige kilder til visuelle og andre lysdata. "Det vil finne måter å bringe alle dataene under en paraply … Å få nøyaktig og omfattende informasjon er mer enn bare å bruke lidardata, men en kompleks oppgave som involverer all tilgjengelig teknologi."
