P: Czym jest LiDAR?
- udział
- opublikowany
- 2025/7/8
A:
LiDAR, znany również jako Light Detection and Ranging, to system łączący technologie laserowe, GPS (Global Positioning System) i IMU (Inertial Measurement Unit) w celu gromadzenia danych i generowania precyzyjnych numerycznych modeli terenu (DEM). Dzięki połączeniu tych trzech technologii, LiDAR może precyzyjnie zlokalizować miejsce, w którym wiązka laserowa trafia w obiekt, i osiągnąć dokładność pomiaru na poziomie centymetra. Największymi zaletami LiDAR-u są jego precyzja i wydajność działania.
LiDAR może precyzyjnie i precyzyjnie uzyskiwać informacje, takie jak odległość i prędkość celu, lub uzyskiwać obrazowanie celu. Zasada działania LiDAR-u polega na skierowaniu wiązki laserowej przez jednostkę skanującą, która tworzy odchylenie kąta wiązki, a następnie oddziałuje z celem, generując echa odbiciowe/rozproszone. Gdy odbiornik jest aktywny, fotony odbite z pierwotnej ścieżki mogą do niego dotrzeć. Odbiornik odbiera sygnał za pośrednictwem fotodetektora i uzyskuje informacje, takie jak odległość i prędkość celu, lub uzyskuje obrazowanie trójwymiarowe poprzez przetwarzanie sygnału.
LiDAR składa się z czterech podstawowych systemów: systemu emisji lasera, systemu odbioru lasera, systemu przetwarzania informacji oraz systemu skanowania. Te cztery systemy współpracują ze sobą, aby uzyskać dużą ilość informacji o położeniu w krótkim czasie i wykorzystać je do modelowania trójwymiarowego.
1. Układ emisji lasera: Źródło lasera okresowo napędza emiter lasera, aby emitował impulsy laserowe. Modulator laserowy steruje kierunkiem i liczbą emitowanych wiązek laserowych za pomocą kontrolera wiązki, a emitowany laser jest kierowany na obiekt docelowy za pomocą układu optycznego emisji.
2. Układ odbioru laserowego: Fotodetektor odbiera promień lasera odbity od obiektu docelowego za pomocą układu optycznego odbioru i generuje sygnał odbiorczy.
3. System przetwarzania informacji: Otrzymane sygnały są wzmacniane, przetwarzane i konwertowane na sygnały cyfrowe. Moduł przetwarzania informacji oblicza następnie kształt powierzchni, właściwości fizyczne i inne cechy obiektu docelowego, aby utworzyć model docelowy.
4. System skanowania: obraca się ze stałą prędkością, skanując samolot i generując w czasie rzeczywistym informacje o jego położeniu.
Klasyfikacja LiDAR-u może być dokonana na podstawie różnych czynników:
1. Klasyfikacja funkcjonalna i użytkowa: LiDAR śledzący (do pomiaru odległości i kąta), LiDAR wskazujący ruch celu (do uzyskiwania informacji Dopplera o celu), LiDAR do pomiaru prędkości przepływu (do pomiaru informacji Dopplera), LiDAR do wykrywania ścinania wiatru, LiDAR do identyfikacji celu, LiDAR obrazujący (do pomiaru odbitych sygnałów intensywności i odległości różnych części celu) oraz LiDAR wykrywający wibracje.
2. Klasyfikacja systemów roboczych: LiDAR Dopplera, LiDAR z syntetyczną aperturą, LiDAR z absorpcją różnicową, LiDAR z matrycą fazową, LiDAR przenośny, LiDAR naziemny, LiDAR montowany na pojazdach, LiDAR lotniczy, LiDAR pokładowy, LiDAR kosmiczny i LiDAR montowany na pociskach rakietowych.
3. Klasyfikacja medium roboczego: LiDAR półprzewodnikowy, LiDAR gazowy, LiDAR półprzewodnikowy, LiDAR półprzewodnikowy pompowany diodami itp.
4. Klasyfikacja technologii detekcji: typ detekcji bezpośredniej, typ detekcji koherentnej.
5. Klasyfikacja platform: przenośny LiDAR, naziemny LiDAR, montowany na pojazdach, lotniczy LiDAR, okrętowy LiDAR, kosmiczny LiDAR i montowany na pociskach, i inne.
Lidar można klasyfikować według kilku czynników:
1. Funkcja i cel: Obejmuje to radar śledzący (do pomiaru odległości i kąta), radar wskazujący ruch celu (w celu uzyskania informacji Dopplera o celu), radar pomiaru prędkości przepływu (w celu pomiaru informacji Dopplera), radar wykrywania ścinania wiatru, radar rozpoznawania celów, radar obrazujący (w celu pomiaru intensywności odbicia i odległości różnych części celu) oraz radar wykrywający wibracje.
2. System operacyjny: Obejmuje on lidary dopplerowskie, lidary obrazujące z syntetyczną aperturą, lidary z absorpcją różnicową, lidary z anteną fazową, lidary przenośne, lidary naziemne, lidary montowane w pojazdach, lidary lotnicze, lidary pokładowe i lidary satelitarne.
3. Medium robocze: obejmuje ono lidar półprzewodnikowy, lidar gazowy, lidar półprzewodnikowy, lidar półprzewodnikowy pompowany diodami itp.
4. Technologia wykrywania: obejmuje ona detekcję bezpośrednią i detekcję koherentną.
5. Platforma: obejmuje lidar przenośny, lidar naziemny, lidar montowany na pojazdach, lidar lotniczy, lidar pokładowy, lidar stacjonarny i lidar przenoszony przez pociski rakietowe.
Zalety radaru laserowego obejmują:
1. Wysoka rozdzielczość: Radar laserowy może osiągnąć wysoką rozdzielczość kątową, odległościową i prędkościową, co oznacza, że może generować bardzo wyraźne obrazy przy użyciu technik obrazowania Dopplera.
2. Wysoka dokładność: wiązki laserowe rozchodzą się po liniach prostych, mają dobrą kierunkowość, wąskie wiązki i niskie rozproszenie, co przekłada się na wysoką dokładność.
3. Wysoka odporność na zakłócenia aktywne: W przeciwieństwie do radarów mikrofalowych i milimetrowych, na które łatwo oddziałują powszechnie występujące w naturze fale elektromagnetyczne, radar laserowy ma niewiele źródeł zakłóceń w naturze, co czyni go wysoce odpornym na zakłócenia aktywne.
4. Urządzenie charakteryzuje się wyjątkowo wysoką rozdzielczością odległości, kąta i prędkości. Dokładność wykrywania mieści się w granicach centymetrów, co umożliwia precyzyjną identyfikację konkretnych konturów i odległości przeszkód bez pomijania lub błędnej oceny przeszkód znajdujących się na drodze.
5. Bogate pozyskiwanie informacji: Radar laserowy może bezpośrednio pozyskiwać informacje, takie jak odległość, kąt, intensywność odbicia i prędkość obiektów, a także generować wielowymiarowe obrazy obiektów. Lasery wysokiej częstotliwości mogą uzyskać około 1,5 miliona informacji o położeniu punktów w ciągu jednej sekundy, precyzyjnie odtwarzając trójwymiarowe cechy otaczającego środowiska na podstawie informacji o odległości z tych chmur punktów.
6. Działanie w każdych warunkach pogodowych: W przeciwieństwie do radaru milimetrowego, radar laserowy może wykrywać ciała ludzkie, a jego zasięg wykrywania jest większy niż zasięg kamer.
7. Duży zasięg detekcji: Długość fali radaru laserowego wynosi tysiące nanometrów, charakteryzuje się dobrą kierunkowością, brakiem sterowania i brakiem dyfuzji wraz ze wzrostem odległości. Nie jest ograniczony pikselami ani światłem.