让光明......激光雷达
作为一个概念，激光雷达已经存在了几十年。 然而，随着传感器变得越来越小，越来越复杂，并且随着激光雷达技术的产品的使用范围越来越广，近年来对这种技术的兴趣急剧增加。
激光雷达一词是LIDAR（光探测和测距 - 光探测和测量系统）的音译。 它是一种利用有源光学系统获得和处理远距离物体信息的技术，该有源光学系统利用光的反射现象及其在透明和半透明环境中的散射现象。 激光雷达作为一种装置类似于雷达，因此它的应用是观察和探测，但它不是像雷达那样使用无线电波，而是利用激光在大多数情况下产生的光。 激光探测和测距这个术语通常与激光探测器和测距仪平等使用，但根据洛克希德马丁航天系统部门Coherent Technologies的研究经理Joe Buck说，这两个概念与技术观点不同。 “当你看到可被视为软物体的东西时，例如空气中的颗粒物质或气溶胶，专家们在谈论这些物体的探测时往往会使用激光雷达。 当你看到密集的坚固物体，如汽车或树木时，你会倾向于“ladar”这个词。 从科学的角度来看，有关激光雷达的更多信息，请参阅激光雷达：工作原理部分。
“自从60早期推出以来，激光雷达一直是研究的主题，”巴克继续说道。 然而，自本世纪初以来，对它的兴趣大大增加，主要得益于技术进步。 他引用了使用合成光圈的可视化作为例子。 望远镜越大，物体的分辨率就越高。 如果你需要极高的分辨率，那么你可能需要一个更大的光学系统，从实际的角度来看这可能不是很方便。 使用合成孔径的可视化通过使用移动平台和处理信号来解决该问题，以便获得可以比物理孔径大得多的真实孔径。 合成孔径雷达（PCA）已经使用了数十年。 然而，只有在2000开始时才开始实际演示合成孔径光学图像的形成，尽管激光器当时已被广泛使用。 “开发在广泛的调整范围内具有足够稳定性的光源确实需要更多的时间......材料，光源和探测器（用于激光雷达）的改进仍在继续。 您现在不仅能够执行这些测量，而且能够以小块执行这些测量，这使得系统在尺寸，重量和功耗方面都很实用。“
据洛克希德·马丁公司称，由于技术的进步，本世纪初对激光雷达的兴趣有所增加。 图为洛克希德·马丁在慕尼黑机场的卫兵WindTracer。
从激光雷达收集数据（或激光雷达收集的信息）也变得更容易和更实用。 传统上，它是从飞机传感器收集的，BAE Systems公司地理空间开发产品组负责人Nick Rosengarten说。 然而，今天，传感器可以安装在地面车辆上甚至是肩背包中，这意味着收集人类数据。 “这开辟了许多可能性，现在可以在室内和室外收集数据，”Rosengarten解释说。 德事隆系统地理空间解决方案部门负责人Matron Morris认为，“激光雷达是一个非常了不起的数据集，因为它提供了地球表面最广泛的细节。 它比数字地形高程数据（DTD）技术（数字地形高程数据）提供了更详细的，如果我可以这么说的话，它提供了有关地球表面在某些点的高度的信息。 也许我从军方客户那里听到的最强大的使用场景之一是在不熟悉的地形中部署场景，因为他们需要知道他们将去哪里......爬到屋顶或爬上围栏。 DTED数据不允许您看到这一点。 你甚至不会看到建筑物。“
莫里斯指出，即使是一些传统的高分辨率高程数据也不允许你看到这些元素。 但激光雷达允许你这样做，因为它的“位置间距” - 一个描述位置之间距离的术语，可以在数据阵列中准确显示。 在激光雷达的情况下，“阶梯位置”可以减少到厘米，“因此您可以准确地知道建筑物屋顶的高度或墙的高度或树的高度。 这确实提高了三维（3D）态势感知水平。“ 此外，激光雷达传感器的成本以及它们的尺寸减小了，这使得它们更容易接近。 “十年前，激光雷达感应系统非常庞大且非常昂贵。 他们确实有很高的功耗。 但随着它们的发展，技术得到改善，平台变得更小，能耗降低，产生的数据质量也提高了。“
由德事隆的Lidar Analyst软件生成的城市景观。 它允许您在3D可视化程序中探索地形，提取3D格局以及显示信息。
激光雷达的一系列快照，使用BAE Systems的SOCET GXP应用程序制作。 无论如何获得，都可以用激光雷达数据执行马赛克（顺序图像的集合）的安装。
莫里斯说，激光雷达在军事领域的主要用途是3D规划和测试战斗任务。 例如，他的公司用于飞行条件建模的Lidar Analyst产品允许用户接受大量数据并“快速生成这些3D模型，然后他们可以非常准确地计划他们的任务。” 地面作业也是如此。 莫里斯解释说：“我们的产品用于规划进入和退出目标区域的路径，由于源数据具有高分辨率，因此可以对视线内的情况进行非常准确的分析。”
与Lidar Analyst一起，德事隆开发了RemoteView，这是一种图像分析软件产品，其客户是美国的军事和情报结构。 RemoteView软件可以使用各种数据源，包括激光雷达的数据。 BAE Systems还提供地理空间分析软件，其旗舰产品是SOCET GXP，它提供许多功能，包括使用激光雷达数据。 此外，正如Rosengarten所解释的那样，该公司开发了GXP Xplorer技术，这是一种数据管理应用程序。 这些技术非常适合军事用途。 例如，Rosengarten提到了一种计算直升机着陆区的工具，它是SOCET GXP软件的一部分。 “它可以获取激光雷达数据并向用户提供有关地面区域的信息，这可能足以降落直升机。” 例如，他可以告诉他们路上是否有垂直障碍物，例如树木：“人们可以使用这个工具来识别可能最适合作为人道主义危机期间疏散点的区域。” Rosengarten还强调了“马赛克安装”方法的潜力，其中从特定区域收集多个激光雷达数据集并“拼接”在一起。 这是因为“激光雷达传感器元数据与BAE系统的SOCE GXP应用程序等软件相结合，可以将元数据转换为地球上的精确区域，使用地理空间数据计算得出。 该过程基于激光雷达数据，并不依赖于如何收集这些数据。“
洛克希德·马丁公司认为其WindTracer技术可能具有军事用途。 这是一种商业产品，使用激光雷达测量机场的风切变。 该技术可用于军事领域，以提高空中释放的准确性。 图为迪拜机场的WindTracer
工作原理：激光雷达
激光雷达通过用光突出目标来工作。 在激光雷达中，可以使用可见光，紫外光或近红外光。 激光雷达的原理很简单。 物体（表面）由短光脉冲照射，测量时间，之后信号将返回光源。 激光雷达以高达每秒150000个脉冲的频率触发快速，短脉冲的激光辐射到物体（表面）上。 设备上的传感器根据等于299792 km / s的恒定光速测量光脉冲传输与其反射之间的时间间隔。 通过测量此时间间隔，您可以计算激光雷达与物体的单独部分之间的距离，从而根据物体相对于激光雷达的位置构建物体的图像。
风切变
与此同时，巴克先生指出洛克希德·马丁公司的WindTracer技术可能会被军事用途。 商业技术WindTracer使用激光雷达测量机场的风切变。 可以在军事领域中使用相同的过程，例如，用于精确的空中释放。 “你需要从足够大的高度倾倒物资，为此你将它们放在托盘上并放下降落伞。 现在让我们看看他们降落的地方？ 他解释说，你可以尝试预测它们将飞向何处，但问题在于，当你下降时，不同海拔高度的风切变会改变它的方向。 - 然后你如何预测托盘落地的位置？ 如果您可以测量风并优化轨迹，那么您可以以非常高的精度交付库存。“
激光雷达还用于地面无人驾驶车辆。 例如，自动地面车辆（AHA）的制造商Roboteam公司创建了一种名为Top Layer的工具。 这是使用激光雷达的3D映射和自主导航技术。 Roboteam首席执行官Shahar Abukhazir表示，Top Layer以两种方式使用激光雷达。 第一个允许实时映射封闭空间。 “有时视频在地下条件下是不够的，例如，由于灰尘或烟雾，视频可能太暗或能见度恶化，”Abukhazira补充说。 - 激光雷达功能允许您摆脱零方向和对环境的理解的情况......现在它绘制了房间的地图，它绘制了隧道的地图。 即使你什么也看不见，即使你不知道自己身在何处，你也可以立即了解情况。“
激光雷达的第二个应用是其自主性，帮助操作员在任何给定时刻控制多个系统。 “一名操作员可以控制一个AHA，但还有另外两个AHA只是跟踪人控设备并自动跟踪它，”他解释说。 同样，一名士兵可以进入房间，而ANA只是跟随他，也就是说，没有必要放在一边 武器 为了控制设备。 “它使工作变得简单直观。” Roboteam较大的AHA Probot还配备了机载激光雷达，可以帮助它长途跋涉。 “你不能要求操作员连续三天按下按钮......你使用激光雷达传感器来跟随士兵，或者跟随机器甚至自动从一个点移动到另一个点，这些激光雷达情况将有助于避免障碍。“ Abuhazira预计未来该领域将取得重大突破。 例如，用户希望有一个人和ANA像两个士兵一样互动的情况。 “你不能互相控制。 你互相看着对方，互相打电话，按照你的意愿行事。 我相信，从某种意义上说，我们将在人与系统之间实现这种水平的沟通。 它会更有效率。 我认为激光雷达引领我们走向那个方向。“
Roboteam的TopLayer软件允许AHA实时映射封闭空间。 有时视频拍摄在这些条件下是不够的：它可能是黑暗的，或者由于灰尘和烟雾而导致能见度不足。
去地下
Abuhazira还希望激光雷达传感器能够改善危险地下条件下的操作。 激光雷达传感器通过执行隧道映射提供附加信息。 此外，他指出，有时在一个小而黑暗的隧道中，操作员可能甚至不了解AHA在错误方向上的导向。 “激光雷达传感器就像实时GPS一样工作，使这个过程看起来像一个视频游戏。 你可以在隧道中看到你的系统，你知道你在哪里实时移动。“
值得注意的是，激光雷达传感器是另一种数据来源，不应被视为雷达的直接替代品。 巴克指出，两种技术之间的波长存在很大差异，这两种技术各有优缺点。 通常最好的解决方案是使用两种技术，例如，使用气溶胶云测量风参数。 与较长波长的射频传感器（雷达）相比，较短波长的光学传感器提供了更好的方向定义。 然而，对于两种类型的传感器，大气的传输特性是非常不同的。 “雷达能够通过某些类型的云，激光雷达难以处理。 但在雾中，激光雷达可能会比雷达显示出更好的效果。“
Rosengarten表示，激光雷达与其他光源的组合，例如，全色数据（当图像使用各种光波构建时）将给出所研究区域的完整图像。 这里的一个很好的例子是直升机着陆垫的定义。 激光雷达可以扫描该区域，并说她没有偏见，没有考虑到他实际上在看湖。 可以通过使用其他光源获得这种类型的信息。 Rosengarten认为，该行业最终将处理技术的融合，将各种视觉和其他光数据源汇集在一起。 “她将找到将所有数据集中在一个伞下的方法......获取准确而全面的信息不仅仅是激光雷达数据的使用，而是涉及所有可用技术的复杂任务。”
在网站的材料上：
www.nationaldefensemagazine.org
www.lockheedmartin.com
www.baesystems.com
www.textron.com
www.robo-team.com
www.robotshop.com
www.Geo-Plus.com
www.nplus1.ru
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