Pengetahuan Profesional

Radar Laser

2021-09-23
Lidar (Laser Radar) ialah sistem radar yang mengeluarkan pancaran laser untuk mengesan kedudukan dan kelajuan sesuatu sasaran. Prinsip kerjanya adalah untuk menghantar isyarat pengesanan (pancaran laser) ke sasaran, dan kemudian membandingkan isyarat yang diterima (gema sasaran) yang dipantulkan dari sasaran dengan isyarat yang dihantar, dan selepas pemprosesan yang betul, anda boleh mendapatkan maklumat yang berkaitan tentang sasaran, seperti Jarak sasaran, azimut, altitud, kelajuan, sikap, malah bentuk dan parameter lain, untuk mengesan, menjejak dan mengenal pasti pesawat, peluru berpandu dan sasaran lain. Ia terdiri daripada pemancar laser, penerima optik, meja putar dan sistem pemprosesan maklumat. Laser menukar denyutan elektrik kepada denyutan cahaya dan memancarkannya. Penerima optik kemudian memulihkan denyutan cahaya yang dipantulkan dari sasaran kepada denyutan elektrik dan menghantarnya ke paparan.
LiDAR ialah sistem yang mengintegrasikan tiga teknologi: laser, sistem penentududukan global dan sistem navigasi inersia, digunakan untuk mendapatkan data dan menjana DEM yang tepat. Gabungan ketiga-tiga teknologi ini boleh mengesan tempat pancaran laser mengenai objek dengan ketepatan yang tinggi. Ia dibahagikan lagi kepada sistem LiDAR rupa bumi yang semakin matang untuk mendapatkan model ketinggian digital tanah dan sistem LIDAR hidrologi matang untuk mendapatkan DEM bawah air. Ciri umum kedua-dua sistem ini ialah penggunaan laser untuk pengesanan dan pengukuran. Ini juga merupakan terjemahan asal perkataan LiDAR dalam bahasa Inggeris, iaitu: Light Detection And Ranging, disingkat sebagai LiDAR.
Laser itu sendiri mempunyai keupayaan julat yang sangat tepat, dan ketepatan julatnya boleh mencapai beberapa sentimeter. Selain laser itu sendiri, ketepatan sistem LIDAR juga bergantung kepada faktor dalaman seperti penyegerakan laser, GPS dan unit ukuran inersia (IMU). . Dengan pembangunan GPS dan IMU komersial, ia telah menjadi mungkin dan digunakan secara meluas untuk mendapatkan data berketepatan tinggi daripada platform mudah alih (seperti dalam kapal terbang) melalui LIDAR.
Sistem LIDAR termasuk laser jalur sempit rasuk tunggal dan sistem penerima. Laser menjana dan memancarkan nadi cahaya, mengenai objek dan memantulkannya kembali, dan akhirnya diterima oleh penerima. Penerima dengan tepat mengukur masa perambatan nadi cahaya daripada pancaran kepada pantulan. Oleh kerana denyutan cahaya bergerak pada kelajuan cahaya, penerima sentiasa menerima nadi yang dipantulkan sebelum denyutan seterusnya. Memandangkan kelajuan cahaya diketahui, masa perjalanan boleh ditukar kepada ukuran jarak. Menggabungkan ketinggian laser, sudut pengimbasan laser, kedudukan laser yang diperoleh daripada GPS dan arah pancaran laser yang diperolehi daripada INS, koordinat X, Y, Z bagi setiap titik tanah boleh dikira dengan tepat. Kekerapan pancaran pancaran laser boleh berkisar daripada beberapa denyutan sesaat hingga berpuluh-puluh ribu denyutan sesaat. Sebagai contoh, sistem dengan frekuensi 10,000 denyutan sesaat, penerima akan merekodkan 600,000 mata dalam satu minit. Secara umumnya, jarak titik tanah sistem LIDAR adalah antara 2-4m. [3]
Prinsip kerja lidar sangat serupa dengan radar. Menggunakan laser sebagai sumber isyarat, laser berdenyut yang dipancarkan oleh laser mengenai pokok, jalan raya, jambatan dan bangunan di atas tanah, menyebabkan penyebaran, dan sebahagian daripada gelombang cahaya akan dipantulkan ke penerimaan lidar. Pada peranti, mengikut prinsip julat laser, jarak dari radar laser ke titik sasaran diperolehi. Laser nadi secara berterusan mengimbas objek sasaran untuk mendapatkan data semua titik sasaran pada objek sasaran. Selepas pemprosesan pengimejan dengan data ini, imej tiga dimensi yang tepat boleh diperolehi.
Prinsip kerja lidar yang paling asas adalah sama seperti radar radio, iaitu, isyarat dihantar oleh sistem pemancar radar, yang dipantulkan oleh sasaran dan dikumpulkan oleh sistem penerima, dan jarak sasaran ditentukan dengan mengukur masa berjalan cahaya yang dipantulkan. Bagi halaju jejari sasaran, ia boleh ditentukan oleh anjakan frekuensi Doppler cahaya yang dipantulkan, atau ia boleh diukur dengan mengukur dua atau lebih jarak dan mengira kadar perubahan untuk mendapatkan halaju. Ini adalah dan juga merupakan prinsip asas radar pengesanan langsung. prinsip kerja
Kelebihan Lidar
Berbanding dengan radar gelombang mikro biasa, kerana ia menggunakan pancaran laser, frekuensi operasi lidar jauh lebih tinggi daripada gelombang mikro, jadi ia membawa banyak kelebihan, terutamanya:
(1) Resolusi tinggi
Lidar boleh memperoleh resolusi sudut, jarak dan kelajuan yang sangat tinggi. Biasanya resolusi sudut tidak kurang daripada 0.1mard, yang bermaksud bahawa ia boleh membezakan dua sasaran pada jarak 0.3m pada jarak 3km (ini adalah mustahil untuk radar gelombang mikro dalam apa jua keadaan), dan boleh menjejaki berbilang sasaran pada masa yang sama; resolusi julat boleh Sehingga 0.lm; resolusi kelajuan boleh mencapai dalam 10m/s. Peleraian jarak dan halaju yang tinggi bermakna teknologi pengimejan jarak Doppler boleh digunakan untuk mendapatkan imej sasaran yang jelas. Peleraian tinggi ialah kelebihan paling ketara bagi lidar, dan kebanyakan aplikasinya adalah berdasarkan perkara ini.
(2) Penyembunyian yang baik dan keupayaan gangguan anti-aktif yang kuat
Laser merambat dalam garis lurus, mempunyai kearah yang baik, dan rasuknya sangat sempit. Ia hanya boleh diterima pada laluan penyebarannya. Oleh itu, amat sukar bagi musuh untuk memintas. Sistem pelancaran radar laser (teleskop pemancar) mempunyai apertur kecil, dan kawasan penerimaan adalah sempit, jadi ia sengaja dilancarkan. Kebarangkalian bahawa isyarat jamming laser memasuki penerima adalah sangat rendah; di samping itu, tidak seperti radar gelombang mikro, yang terdedah kepada gelombang elektromagnet yang wujud secara meluas di alam semula jadi, tidak terdapat banyak sumber isyarat yang boleh mengganggu radar laser dalam alam semula jadi, jadi radar laser adalah anti-aktif Keupayaan gangguan adalah sangat kuat, sesuai untuk bekerja dalam persekitaran peperangan maklumat yang semakin kompleks dan sengit.
(3) Prestasi pengesanan altitud rendah yang baik
Disebabkan oleh pengaruh pelbagai gema objek tanah dalam radar gelombang mikro, terdapat kawasan tertentu kawasan buta (kawasan tidak dapat dikesan) pada ketinggian rendah. Untuk lidar, hanya sasaran yang bercahaya akan mencerminkan, dan tiada kesan gema objek tanah, jadi ia boleh berfungsi pada "altitud sifar", dan prestasi pengesanan altitud rendah jauh lebih kuat daripada radar gelombang mikro.
(4) Saiz kecil dan ringan
Secara amnya, jumlah radar gelombang mikro biasa adalah besar, jisim keseluruhan sistem direkodkan dalam tan, dan diameter antena optik boleh mencapai beberapa meter atau bahkan berpuluh-puluh meter. Lidar adalah lebih ringan dan lebih lincah. Diameter teleskop pelancar biasanya hanya paras sentimeter, dan jisim keseluruhan sistem hanya berpuluh-puluh kilogram. Ia mudah disediakan dan dibuka. Selain itu, struktur lidar agak mudah, penyelenggaraannya mudah, operasinya mudah, dan harganya rendah.
Kelemahan lidar
Pertama sekali, kerja sangat dipengaruhi oleh cuaca dan suasana. Secara amnya, pengecilan laser adalah kecil dalam cuaca cerah, dan jarak penyebaran agak panjang. Dalam cuaca buruk seperti hujan lebat, asap tebal dan kabus, pengecilan meningkat dengan mendadak dan jarak penyebaran sangat terjejas. Sebagai contoh, laser co2 dengan panjang gelombang berfungsi 10.6μm mempunyai prestasi penghantaran atmosfera yang lebih baik antara semua laser, dan pengecilan dalam cuaca buruk adalah 6 kali ganda daripada hari cerah. Julat co2 lidar yang digunakan di atas tanah atau di altitud rendah ialah 10-20km pada hari yang cerah, manakala ia dikurangkan kepada kurang daripada 1 km pada cuaca buruk. Selain itu, peredaran atmosfera juga akan menyebabkan pancaran laser diherotkan dan goyah, yang secara langsung menjejaskan ketepatan pengukuran lidar.
Kedua, disebabkan pancaran lidar yang sangat sempit, sangat sukar untuk mencari sasaran di angkasa, yang secara langsung mempengaruhi kebarangkalian pemintasan dan kecekapan pengesanan sasaran bukan koperasi. Ia hanya boleh mencari dan menangkap sasaran dalam julat yang kecil. Oleh itu, lidar kurang bebas dan langsung. Digunakan dalam medan perang untuk pengesanan dan pencarian sasaran.