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Radar láser

2021-09-23
Lidar (Laser Radar) es un sistema de radar que emite un rayo láser para detectar la posición y la velocidad de un objetivo. Su principio de funcionamiento es enviar una señal de detección (rayo láser) al objetivo, y luego comparar la señal recibida (eco del objetivo) reflejada desde el objetivo con la señal transmitida, y después del procesamiento adecuado, puede obtener información relevante sobre el objetivo, como la distancia del objetivo, el acimut, la altitud, la velocidad, la actitud, incluso la forma y otros parámetros, para detectar, rastrear e identificar aeronaves, misiles y otros objetivos. Consiste en un transmisor láser, un receptor óptico, un plato giratorio y un sistema de procesamiento de información. El láser convierte pulsos eléctricos en pulsos de luz y los emite. El receptor óptico luego restaura los pulsos de luz reflejados desde el objetivo a pulsos eléctricos y los envía a la pantalla.
LiDAR es un sistema que integra tres tecnologías: láser, sistema de posicionamiento global y sistema de navegación inercial, que se utiliza para obtener datos y generar DEM precisos. La combinación de estas tres tecnologías puede localizar el punto del rayo láser que golpea el objeto con gran precisión. Se divide además en el sistema LiDAR de terreno cada vez más maduro para obtener modelos digitales de elevación del suelo y el sistema LIDAR hidrológico maduro para obtener DEM submarino. La característica común de estos dos sistemas es el uso de láseres para detección y medición. Esta es también la traducción original al inglés de la palabra LiDAR, a saber: Detección y rango de luz, abreviado como LiDAR.
El láser en sí tiene una capacidad de alcance muy precisa, y su precisión de alcance puede alcanzar varios centímetros. Además del propio láser, la precisión del sistema LIDAR también depende de factores internos como la sincronización del láser, el GPS y la unidad de medida inercial (IMU). . Con el desarrollo de GPS e IMU comerciales, se ha vuelto posible y ampliamente utilizado obtener datos de alta precisión desde plataformas móviles (como en aviones) a través de LIDAR.
El sistema LIDAR incluye un láser de banda estrecha de un solo haz y un sistema de recepción. El láser genera y emite un pulso de luz, golpea el objeto y lo refleja, y finalmente es recibido por el receptor. El receptor mide con precisión el tiempo de propagación del pulso de luz desde la emisión hasta la reflexión. Debido a que los pulsos de luz viajan a la velocidad de la luz, el receptor siempre recibe el pulso reflejado antes del siguiente pulso. Dado que se conoce la velocidad de la luz, el tiempo de viaje se puede convertir en una medida de distancia. Combinando la altura del láser, el ángulo de exploración del láser, la posición del láser obtenida del GPS y la dirección de emisión del láser obtenida del INS, se pueden calcular con precisión las coordenadas X, Y, Z de cada punto del suelo. La frecuencia de emisión del rayo láser puede variar desde unos pocos pulsos por segundo hasta decenas de miles de pulsos por segundo. Por ejemplo, un sistema con una frecuencia de 10.000 pulsos por segundo, el receptor registrará 600.000 puntos en un minuto. En términos generales, el espacio entre puntos en el suelo del sistema LIDAR oscila entre 2 y 4 m. [3]
El principio de funcionamiento del lidar es muy similar al del radar. Usando el láser como fuente de señal, el láser pulsado emitido por el láser golpea árboles, carreteras, puentes y edificios en el suelo, causando dispersión, y parte de las ondas de luz se reflejarán en la recepción del lidar. En el dispositivo, de acuerdo con el principio de rango láser, se obtiene la distancia desde el radar láser hasta el punto objetivo. El láser de pulso escanea continuamente el objeto de destino para obtener los datos de todos los puntos de destino en el objeto de destino. Después del procesamiento de imágenes con estos datos, se pueden obtener imágenes tridimensionales precisas.
El principio de funcionamiento más básico del lidar es el mismo que el del radar de radio, es decir, el sistema de transmisión del radar envía una señal, que es reflejada por el objetivo y recogida por el sistema receptor, y se determina la distancia del objetivo. midiendo el tiempo de funcionamiento de la luz reflejada. En cuanto a la velocidad radial del objetivo, se puede determinar mediante el cambio de frecuencia Doppler de la luz reflejada, o se puede medir midiendo dos o más distancias y calculando la tasa de cambio para obtener la velocidad. Este es y es también el principio básico de los radares de detección directa. principio de funcionamiento
Ventajas de Lidar
En comparación con el radar de microondas ordinario, debido a que utiliza un rayo láser, la frecuencia de operación del lidar es mucho más alta que la del microondas, por lo que ofrece muchas ventajas, principalmente:
(1) Alta resolución
Lidar puede obtener una resolución de ángulo, distancia y velocidad extremadamente alta. Por lo general, la resolución angular no es inferior a 0,1 mard, lo que significa que puede distinguir dos objetivos separados por 0,3 m a una distancia de 3 km (esto es imposible para el radar de microondas en cualquier caso) y puede rastrear múltiples objetivos al mismo tiempo; la resolución del rango puede ser de hasta 0.lm; La resolución de velocidad puede alcanzar 10 m/s. La alta resolución de la distancia y la velocidad significa que la tecnología de imágenes Doppler de distancia se puede utilizar para obtener una imagen clara del objetivo. La alta resolución es la ventaja más significativa de lidar y la mayoría de sus aplicaciones se basan en esto.
(2) Buena ocultación y fuerte capacidad de interferencia antiactiva.
El láser se propaga en línea recta, tiene buena directividad y el haz es muy estrecho. Solo se puede recibir en su ruta de propagación. Por lo tanto, es muy difícil de interceptar para el enemigo. El sistema de lanzamiento del radar láser (telescopio transmisor) tiene una apertura pequeña y el área de recepción es estrecha, por lo que se lanza intencionalmente. La probabilidad de que la señal de interferencia del láser entre en el receptor es extremadamente baja; Además, a diferencia del radar de microondas, que es susceptible a las ondas electromagnéticas que existen ampliamente en la naturaleza, no hay muchas fuentes de señal que puedan interferir con el radar láser en la naturaleza, por lo que el radar láser es antiactivo. La capacidad de interferencia es muy fuerte. adecuado para trabajar en el entorno de guerra de información cada vez más complejo e intenso.
(3) Buen rendimiento de detección a baja altitud
Debido a la influencia de varios ecos de objetos terrestres en el radar de microondas, existe una cierta área ciega (área indetectable) a baja altitud. Para lidar, solo se reflejará el objetivo iluminado, y no hay impacto del eco del objeto terrestre, por lo que puede funcionar a "altitud cero", y el rendimiento de detección a baja altitud es mucho más fuerte que el del radar de microondas.
(4) tamaño pequeño y peso ligero
En general, el volumen del radar de microondas ordinario es enorme, la masa de todo el sistema se registra en toneladas y el diámetro de la antena óptica puede alcanzar varios metros o incluso decenas de metros. El lidar es mucho más ligero y más diestro. El diámetro del telescopio de lanzamiento es generalmente de solo un centímetro y la masa de todo el sistema es de solo decenas de kilogramos. Es fácil de montar y desmontar. Además, la estructura del lidar es relativamente simple, el mantenimiento es conveniente, la operación es fácil y el precio es bajo.
Desventajas de LIDAR
En primer lugar, el trabajo se ve muy afectado por el clima y la atmósfera. En general, la atenuación del láser es pequeña en clima despejado y la distancia de propagación es relativamente larga. Con mal tiempo, como lluvia intensa, humo denso y niebla, la atenuación aumenta considerablemente y la distancia de propagación se ve muy afectada. Por ejemplo, el láser de co2 con una longitud de onda de trabajo de 10,6μm tiene el mejor rendimiento de transmisión atmosférica entre todos los láseres, y la atenuación con mal tiempo es 6 veces mayor que la de los días soleados. El alcance del lidar de co2 utilizado en tierra oa baja altura es de 10 a 20 km en un día soleado, mientras que se reduce a menos de 1 km con mal tiempo. Además, la circulación atmosférica también hará que el rayo láser se distorsione y se altere, lo que afecta directamente la precisión de la medición del lidar.
En segundo lugar, debido al haz extremadamente estrecho de lidar, es muy difícil buscar objetivos en el espacio, lo que afecta directamente la probabilidad de intercepción y la eficiencia de detección de objetivos no cooperativos. Solo puede buscar y capturar objetivos en un rango pequeño. Por lo tanto, LIDAR es menos independiente y directo. Se utiliza en el campo de batalla para la detección y búsqueda de objetivos.