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
按Ctrl 输入

注意到一个错误 突出显示文字并按。 CTRL + ENTER

24 评论
信息
亲爱的读者,您必须对出版物发表评论 注册。

Ужезарегистрированы? 登录

  1. taskha 26九月2017 07:34
    • 2
    • 0
    +2
    无论如何获得环境信息。 这完全是关于数据处理算法的完善。
    毕竟,正如Dersu Uzala所说 - 眼睛在那里,看起来没有......
    还在这里 - 看书,看到 - 无花果 眨眼
  2. Lopatov 26九月2017 08:27
    • 0
    • 0
    0
    非常有前途的技术。 顺便说一下,它是我们积极开发的。 例如,您可以回想起为紧急部开发的NPK“精密仪器系统”中的“ ASDM-Lidar”

    通常,有许多应用程序。 从3D映射到醉酒司机钓鱼
    1. 灰兄弟 26九月2017 09:22
      • 1
      • 0
      +1
      Quote:锹
      顺便说一下,它是我们积极开发的。

      在机器视觉中,正在使用该技术。
      1. SKS_PRO 28九月2017 14:26
        • 1
        • 0
        +1
        如果该机器人具有正常的机器视觉,那么组装人员的注意力肯定存在问题。 好吧,要么用“ RPG”向后射击,这个装置就毫无目的地退缩)))
        1. 灰兄弟 28九月2017 14:34
          • 0
          • 0
          0
          Quote:SKS_PRO
          这个单位倒退了

          存根在哪一侧-向下并附上一根,这样您就不会在空管中发光
          而这个“大黄蜂”地雷,不是RPG。
          1. SKS_PRO 28九月2017 14:51
            • 0
            • 0
            0
            让“大黄蜂”而不是本质-显然是匆忙搞砸了,因此是明显的失误。
            结果,它们被带有箭头“射击地点”的贴纸照亮。
            更好看:
    2. 下士。 26九月2017 09:39
      • 1
      • 0
      +1
      我喜欢风的转变。
      火炮和轰炸(如本文所述,井和着陆)。
      1. Lopatov 26九月2017 10:38
        • 4
        • 0
        +4
        Quote:下士
        我喜欢风的转变。

        火炮首选雷达来确定风参数。 在现代化的“微笑”上穿上新的DMK。 但是从理论上讲,激光雷达更加隐秘。 顺便说一句,不仅是火炮。 例如,该系统可以放在水箱上。 并经过小型化和装备狙击对。

        实际上,在火炮中,可能使用的领域更加广泛。
        -3D映射。 在山区和城镇尤为重要。 这样一来,弹丸“飞向”目标时就不会撞到高层,并选择封闭的OP,这样敌人甚至不会像我们的“青霉素”那样观察火炬。 目前,考虑所有这些点是非常耗时的事情。
        -确定射弹的初始速度的偏差。 比多普勒弹道雷达更神秘。 显然,中国人采用的正是这项技术
        -用带有激光高度计的系统替换无线电保险丝。 我读到,我们对此进行了调查,并证明了其有效性,包括在烟尘噪声的情况下。 这样的保险丝不受Mercury等REP复合物的影响
        -归位系统的目标识别。 法国人研发了这种传感器,以装备智能弹药筒的自对准战斗元件
        -在光学侦察系统中的应用。 即使在苏联时期,PRP上也出现了“祖先”,这是一个活跃的激光夜1PN61 True,代替了计算机,还有一个操作员转动了“范围”手轮。 在目前的技术水平上,激光雷达可以非常有效地补充热成像仪,可以立即确定许多用途的范围。 操作员只需标记它们。
        1. Svateev 1十月2017 18:24
          • 1
          • 0
          +1
          Quote:锹
          并经过小型化和装备狙击对。

          美好的一天!
          LPR-3已在完整的狙击对中工作。 但我批评他:在热像仪中检测到该对,并且该对未屏蔽。
          通常,本文的作者在开始时就正确地划分了激光雷达(软测量-风)和激光雷达(对激光测距仪很难测量),并且在本文过程中,测距仪也开始称激光雷达。
          1. Lopatov 1十月2017 19:06
            • 0
            • 0
            0
            Quote:Svateev
            LPR-3已在完整的狙击对中工作。

            欢迎光临!
            我不是在谈论测距仪,而是在谈论用于确定风参数的激光雷达系统。 小型化后,狙击手将能够确定射击前的气氛状态。 在狙击手对的位置定义的弹道速度和方向比表面的精确得多。
            好吧,拖车,微爆,弹道温度,弹道压力的存在。 这将使拍摄更加准确。



            Quote:Svateev
            但我批评他:在热像仪中检测到该对,并且该对未屏蔽。

            一般来说,情况很奇怪。 我认为,电子光学的现代发展长期以来使创建相当精确的电子短程立体声测距仪成为可能。 是的,这将非常昂贵,特别是如果除了可见光之外,还引入了一个红外通道。 但是训练一个好的狙击手更加昂贵。
            从被动的角度看,我们似乎曾经拥有过久的DSP-30和DSP-30M
            1. Svateev 1十月2017 20:21
              • 0
              • 0
              0
              Quote:锹
              我认为,电子光学的现代发展长期以来使创建相当精确的电子短程立体声测距仪成为可能。
              从被动的角度看,我们似乎曾经拥有过久的DSP-30和DSP-30M

              很高兴与有能力的人交谈!
              还有一个防空肩膀和一个立体声管...
              不要考虑揭露。 最近,在一次会议上,梁赞学校的一位代表证实了我的警告,即热像仪中可以看到LPR-3光束,这令当局感到惊讶。 五年来,视频已在国外热像仪制造商的网站上发布,就像热像仪看到激光(当然是其波长)一样。
              1. Lopatov 1十月2017 21:08
                • 0
                • 0
                0
                Quote:Svateev
                好吧,立体声管...

                立体声管无法测量范围。 与人眼相比,由于更大的立体感,两个物体在相对范围内的相对位置更容易区分。
                但是要进行测量,您需要一个立体声测距仪。 它看起来像立体声电子管,但不是。 地面DS-09及其变型; DS-1及其变体以及DS-2及其变体。 底座分别为0.9米,1米和2米。 简而言之,健康的东西不适合狙击手夫妇。
  3. d ^ Amir 26九月2017 09:55
    • 2
    • 0
    +2
    允许用户获取大量数据并“快速生成这些3D模型,然后他们可以非常准确地计划其任务”。 地面行动也是如此。


    似乎是时候转向技术了....拥有如此高科技的人工景观没有时间....
  4. 教授 26九月2017 10:05
    • 5
    • 0
    +5
    这项技术已经安装在每辆进口到以色列的新车上。 此外,国家还补贴旧车的安装。 系统(几乎是自动驾驶员)向驾驶员发出信号,如果他没有保持距离或者行人出现在行车道上或者是否在没有打开转向信号的情况下重建驾驶员(例如,他在车轮上睡着并且越过左侧或右侧的分界线)。 根据交通运输部的说法,该系统将事故风险降低26%,受伤和死亡风险降低11%。 当然,该系统基于激光雷达。 此外,开发和制造上述系统的公司以10亿美元的价格购买了英特尔。
    1. Lopatov 26九月2017 10:41
      • 1
      • 0
      +1
      Quote:教授
      当然,该系统基于激光雷达

      对吧? 他们似乎写了关于声学的文章。 超声波。
      1. 教授 26九月2017 11:38
        • 1
        • 0
        +1
        Quote:锹
        Quote:教授
        当然,该系统基于激光雷达

        对吧? 他们似乎写了关于声学的文章。 超声波。

        在它上面。 在我的车和这个配偶。
        https://www.mobileye.com/our-technology/
        EyeQ®系列的Mobileye系统级芯片(SoC)可提供广泛的应用。 如果你正在观看,你将能够关注相机 激光雷达s.
    2. 胡须31 27九月2017 20:28
      • 0
      • 0
      0
      带有激光雷达传感器的导航系统仅发出危险信号或主动干预驾驶,例如:紧急制动,汽油加速器控制,变速箱控制? 在广告中,我看到了远光切换,这是自动的吗? 导航和控制显示是投影在挡风玻璃上还是仅仅是导航计算机计算的演示而不显示信息? 谢谢!
      1. 教授 27九月2017 21:12
        • 0
        • 0
        0
        在我的机器上积极干预,例如紧急制动。 通过汽车,妻子系统仅发出声音信号并在记分板上发布数据。
        1. 胡须31 28九月2017 20:34
          • 1
          • 0
          +1
          下一步,汽车处于自动驾驶模式。 以色列在引进有用的创新方面做得很好,您很幸运,您生活在技术进步的最前沿。 该技术可以最大程度地减少道路上的人员伤亡并减少交通拥堵的数量,对国家的经济影响可以节省数十亿美元。 关于EREFII,请保持安静。
          1. Svateev 1十月2017 18:18
            • 0
            • 0
            0
            Quote:Beard31
            您很幸运,您生活在技术进步的最前沿。

            我也很幸运! 在我们的卫星城市Volzhsky,Volgabus公司开发并推广了一辆没有驾驶员的公共汽车;他们称之为Matryoshka。 经常在新闻中闪烁,并且已经显示了普京……众所周知,如果没有激光雷达,也可以做到。 舌
            Naberezhnye Chelny的居民也很幸运,在那里,没有驾驶员的卡玛兹也自然而然地得到了测试。 与激光雷达。
            而且我建议您不要嫉妒以色列人,而要去最近的汽车商店,订购一辆具有相同激光雷达的汽车,正如教授所描述的那样。 他们将把它交付给您,并为您感到高兴... LOL
            然后这里的护士解散了! 只是来自以色列官员的人收受贿赂以采取这样的限制:仅使用此类系统进口汽车。 是
            1. 教授 1十月2017 19:47
              • 0
              • 0
              0
              Quote:Svateev
              然后这里的护士解散了! 只是来自以色列官员的人收受贿赂以采取这样的限制:仅使用此类系统进口汽车。

              嗯,当然是贿赂。 怎么回事? Mobilai贿赂福特和宝马,将Mobilai系统投入其中 SERIAL 汽车,而他的Mobilai每年净赚250 000 000。 好吧,Mobilai给特斯拉贿赂安装Moblay SERIAL 当然,特斯拉和英特尔以10亿美元的价格收购了Mobilai,以便进行回滚。 不可能。 wassat
              1. Svateev 1十月2017 20:30
                • 1
                • 0
                +1
                Quote:教授
                而Mobilai本人每年净赚250亿美元。

                关于什么,以及关于金钱的犹太人 LOL
                好像大笔收入是防止贿赂的保证。 恰好相反! 就像一位著名的犹太人在那儿说的那样:“骆驼爬进针眼要比有钱人去天堂更容易”? 然后,他知道赚了多少钱...
                是的,不要提醒我。您以全世界有多少贿赂为例,有钱的宝马和其他德国汽车巨头销售您的产品? 他们必须向美国法院支付多少贿赂罚款?
                Quote:教授
                英特尔当然以16亿美元的价格收购了Mobilay。 不能这样。

                你是如此天真,你认为在这样的交易中没有回滚 笑
                1. 教授 2十月2017 12:46
                  • 0
                  • 0
                  0
                  Quote:Svateev
                  关于什么,以及关于金钱的犹太人

                  你看到公司的成功是用香蕉来衡量的。 笑

                  Quote:Svateev
                  你是如此天真,你认为在这样的交易中没有回滚

                  我写信告诉你,一切都是为了贿赂和回扣。 我和你争论吗? 而且宝马很糟糕,英特尔谷仓也是如此。 我们将在无人驾驶KAMAZ和Matryek的道路上等待。 与此同时,我希望你不要生病,只在正确的地方过马路,然后100再保险。 hi
                  1. Svateev 2十月2017 12:55
                    • 1
                    • 0
                    +1
                    Quote:教授
                    同时,我希望你不要生病

                    很高兴与知识分子打交道! 当他无可反对时,他至少会聪明地粗鲁…… 好