Que haya luz ... LIDAR.
Como concepto, el lidar ha existido durante varias décadas. Sin embargo, el interés en esta tecnología ha aumentado dramáticamente en los últimos años, a medida que los sensores se vuelven más pequeños y complejos, y el alcance del uso de los productos con tecnología lidar se está expandiendo cada vez más.
La palabra lidar es una transliteración de LIDAR (Detección de luz y rango - Sistema de medición y detección de luz). Es una tecnología para obtener y procesar información sobre objetos distantes utilizando sistemas ópticos activos que utilizan el fenómeno de reflexión de la luz y su dispersión en entornos transparentes y translúcidos. Lidar como dispositivo es similar al radar, por lo que su aplicación es la observación y la detección, pero en lugar de las ondas de radio, como en un radar, utiliza la luz generada en la mayoría de los casos por un láser. El término lidar se usa a menudo en pie de igualdad con el término ladar, que significa detección y alcance láser, aunque, según Joe Buck, gerente de investigación de Coherent Technologies, una división del sistema espacial de Lockheed Martin, estos dos conceptos con Los puntos de vista técnicos son diferentes. “Cuando observas algo que se puede considerar como un objeto blando, como partículas o aerosoles en el aire, los expertos tienden a usar un lidar cuando hablan sobre la detección de estos objetos. Cuando miras objetos densos y sólidos, como un carro o un árbol, te inclinas hacia el término "ladar". Desde un punto de vista científico, consulte la sección Lidar: Cómo funciona para obtener un poco más de información sobre el lidar.
"Lidar ha sido objeto de investigación durante décadas desde su introducción en los primeros 60", continuó Buck. Sin embargo, el interés en él ha crecido significativamente desde principios de este siglo, gracias principalmente al progreso técnico. Citó la visualización utilizando como ejemplo una apertura sintetizada. Cuanto más grande sea el telescopio, más alta será la resolución del objeto. Si necesita una resolución extremadamente alta, es posible que necesite un sistema óptico mucho más grande, que puede no ser muy conveniente desde un punto de vista práctico. La visualización que utiliza una apertura sintetizada resuelve este problema utilizando una plataforma móvil y procesando señales para obtener una apertura real, que puede ser mucho más grande que una apertura física. Los radares de apertura sintética (PCA) se han utilizado durante muchas décadas. Sin embargo, fue solo al comienzo de 2000 que comenzaron las demostraciones prácticas de la formación de imágenes ópticas con apertura sintetizada, a pesar del hecho de que los láseres ya se usaban ampliamente en ese momento. “Realmente tomó más tiempo desarrollar fuentes ópticas que tuvieran suficiente estabilidad en una amplia gama de ajustes ... La mejora de los materiales, las fuentes de luz y los detectores (utilizados en los lidares) continúa. "No solo tiene la capacidad de realizar estas mediciones ahora, puede realizarlas en bloques pequeños, lo que hace que el sistema sea práctico en términos de tamaño, peso y consumo de energía".
Según Lockheed Martin, el interés por el lidar aumentó a principios de este siglo gracias, por supuesto, a los avances en tecnología. En la foto, el Wind Tracer de Lockheed Martin en la Guardia del aeropuerto de Munich.
También resulta más fácil y más práctico recopilar datos del lidar (o información recopilada por el lidar). Tradicionalmente, se recolectó a partir de sensores de aviones, dice Nick Rosengarten, jefe del Grupo de Productos de Explotación Geoespacial de la compañía BAE Systems. Sin embargo, hoy en día, los sensores pueden instalarse en vehículos terrestres o incluso en paquetes de hombro, lo que implica la recopilación de datos humanos. "Esto abre una serie de posibilidades, ahora los datos se pueden recopilar tanto en interiores como en exteriores", explicó Rosengarten. Matron Morris, jefe de la división de soluciones geoespaciales de Textron Systems, argumenta que “el lidar es un conjunto de datos realmente sorprendente porque proporciona el detalle más extenso de la superficie de la Tierra. Proporciona una imagen mucho más detallada y, si puedo decirlo, más tintada que la tecnología de datos de elevación del terreno (DTD) (datos digitales de elevación del terreno), que proporciona información sobre la altura de la superficie de la tierra en ciertos puntos. Quizás uno de los escenarios de uso más poderosos que escuché de nuestros clientes militares es el escenario de despliegue en un terreno desconocido, porque necesitan saber a dónde irán ... para subir al techo o subir la cerca. Los datos de DTED no te permiten ver esto. Ni siquiera verás edificios.
Morris observó que incluso algunos datos tradicionales de elevación de alta resolución no le permitirían ver estos elementos. Pero el lidar le permite hacer esto debido a su "inclinación de posición", un término que describe la distancia entre posiciones que se puede mostrar con precisión en la matriz de datos. En el caso de un lidar, las "posiciones de paso" se pueden reducir a centímetros, "para que pueda saber exactamente la altura del techo de un edificio o la altura de una pared o la altura de un árbol. Esto realmente eleva el nivel de conciencia tridimensional (3D) ". Además, se reduce el costo de los sensores lidar, así como su tamaño, lo que los hace más accesibles. “Hace diez años, los sistemas sensoriales lidar eran muy grandes y muy caros. Realmente tenían alto consumo de energía. Pero a medida que se desarrollaron, las tecnologías mejoraron, las plataformas se hicieron mucho más pequeñas, el consumo de energía disminuyó y la calidad de los datos que generaron aumentó ".
Paisaje urbano generado por el software Lidar Analyst de Textron. Le permite explorar el terreno, extraer paisajes 3D y mostrar información en los programas de visualización 3D.
Una serie de instantáneas de lidar, realizadas con la aplicación SOCET GXP de BAE Systems. El montaje de un mosaico (colección de imágenes secuenciales) se puede realizar con datos lidar, independientemente de cómo se obtuvieron.
Morris dijo que el uso principal de lidar en el campo militar es la planificación y las misiones de combate de 3D. Por ejemplo, el producto Lidar Analyst de su compañía para el modelado de condiciones de vuelo permite a los usuarios aceptar grandes cantidades de datos y "generar rápidamente estos modelos 3D, luego pueden planificar sus tareas con mucha precisión". Lo mismo es cierto para las operaciones de tierra. Morris explicó: "Nuestro producto se usa para planificar las rutas de entrada y salida al área objetivo, y como los datos de origen tienen una alta resolución, es posible realizar un análisis muy preciso de la situación dentro de la línea de visión".
Junto con Lidar Analyst, Textron desarrolló RemoteView, un producto de software de análisis de imágenes cuyos clientes son las estructuras militares y de inteligencia de los EE. UU. El software RemoteView puede usar varias fuentes de datos, incluidos los datos de un LIDAR. BAE Systems también proporciona software para el análisis geoespacial, su producto estrella aquí es SOCET GXP, que ofrece muchas características, incluido el uso de datos lidar. Además, como explicó Rosengarten, la compañía desarrolló la tecnología GXP Xplorer, que es una aplicación de gestión de datos. Estas tecnologías son muy adecuadas para uso militar. Rosengarten, por ejemplo, mencionó una herramienta para calcular la zona de aterrizaje de helicópteros, que forma parte del software SOCET GXP. "Puede tomar datos lidar y proporcionar a los usuarios información sobre áreas en tierra, que pueden ser suficientes para aterrizar un helicóptero". Por ejemplo, puede decirles si hay obstáculos verticales en el camino, por ejemplo, los árboles: "La gente puede usar esta herramienta para identificar las áreas que pueden ser más adecuadas como un punto de evacuación durante las crisis humanitarias". Rosengarten también enfatizó el potencial del método "montado en mosaico", donde se recopilan múltiples conjuntos de datos lidar de una zona específica y se "unen". Esto fue posible gracias a la "mayor precisión de los metadatos del sensor lidar en combinación con software como la aplicación SOCE GXP de BAE Systems, que puede convertir los metadatos en zonas precisas en la tierra, calculadas utilizando datos geoespaciales. El proceso se basa en datos lidar y no depende de cómo se recopilan estos datos ".
Lockheed Martin ve un posible uso militar para su tecnología WindTracer. Este es un producto comercial que utiliza un lidar para medir la cizalladura del viento en los aeropuertos. Esta tecnología se puede utilizar en la esfera militar para mejorar la precisión de las liberaciones en el aire. En la foto está WindTracer en el aeropuerto de Dubai
Cómo funciona: lidar
Lidar trabaja resaltando el objetivo con luz. En el lidar, se puede utilizar luz visible, ultravioleta o infrarroja cercana. El principio de lidar es simple. El objeto (superficie) se ilumina con un pulso de luz corto, se mide el tiempo, después de lo cual la señal volverá a la fuente. Lidar dispara pulsos rápidos y cortos de radiación láser sobre un objeto (superficie) a una frecuencia de hasta 150000 pulsos por segundo. El sensor en el dispositivo mide el intervalo de tiempo entre la transmisión de un impulso de luz y su reflexión, basado en una velocidad de luz constante igual a 299792 km / s. Al medir este intervalo de tiempo, puede calcular la distancia entre el lidar y una parte separada del objeto y, por lo tanto, construir una imagen del objeto en función de su posición con respecto al lidar.
Cizalladura del viento
Mientras tanto, el Sr. Buck señaló el posible uso militar de la tecnología WindTracer de Lockheed Martin. Tecnología comercial WindTracer utiliza un lidar para medir la cizalladura del viento en los aeropuertos. El mismo proceso se puede utilizar en la esfera militar, por ejemplo, para una liberación precisa en el aire. “Es necesario descargar los suministros desde una altura lo suficientemente grande, para esto los pone en paletas y deja caer los paracaídas. Ahora veamos donde aterrizan? Puede intentar predecir a dónde volarán, pero el problema es que a medida que disminuye, la cizalladura del viento a diferentes altitudes cambia su dirección, explicó. - ¿Y entonces cómo predices dónde aterrizará el palet? Si puede medir el viento y optimizar la trayectoria, entonces puede entregar las existencias con una precisión muy alta ".
Lidar también se utiliza en vehículos terrestres no tripulados. Por ejemplo, el fabricante de vehículos terrestres automáticos (AHA), la empresa Roboteam, creó una herramienta llamada Capa superior. Esta es una tecnología de mapeo 3D y de navegación autónoma que usa lidar. Top Layer usa el lidar de dos maneras, dice el CEO de Roboteam, Shahar Abukhazir. El primero permite mapear espacios cerrados en tiempo real. "A veces el video no es suficiente en condiciones subterráneas, por ejemplo, puede ser demasiado oscuro o la visibilidad deteriorada debido al polvo o el humo", agregó Abukhazira. - Las capacidades lidar le permiten alejarse de la situación con orientación cero y comprensión del entorno ... ahora dibuja un mapa de la habitación, dibuja un mapa del túnel. Inmediatamente puede comprender la situación, incluso si no ve nada e incluso si no sabe dónde se encuentra ".
La segunda aplicación de lidar es su autonomía, que ayuda al operador a controlar más de un sistema en un momento dado. "Un operador puede controlar una AHA, pero hay otras dos AHA que simplemente rastrean el aparato controlado por humanos y lo siguen automáticamente", explicó. De manera similar, un soldado puede entrar a la habitación, y la ANA simplemente lo sigue, es decir, no hay necesidad de dejar de lado оружие Para controlar el aparato. "Hace que el trabajo sea fácil e intuitivo". El AOT Probot más grande de Roboteam también tiene un lidar a bordo que lo ayuda a viajar largas distancias. "No puede requerir que el operador presione el botón durante tres días seguidos ... usa el sensor lidar para seguir simplemente a los soldados, o seguir a la máquina o incluso moverse automáticamente de un punto a otro, el lidar en estos Las situaciones ayudarán a evitar obstáculos ". Abuhazira espera grandes avances en esta área en el futuro. Por ejemplo, los usuarios querían tener una situación en la que una persona y la ANA interactúan como dos soldados. "Usted no se controlan entre sí. Se miran, se llaman y actúan exactamente como deberían. Creo que, en cierto sentido, obtendremos este nivel de comunicación entre las personas y los sistemas. Será más eficiente. Creo que los lidars nos llevan en esa dirección ".
El software TopLayer de Roboteam permite a AHA mapear espacios cerrados en tiempo real. A veces, la filmación de video no es suficiente en estas condiciones: puede ser oscuro o la visibilidad es insuficiente debido al polvo y el humo.
Ir bajo tierra
Abuhazira también espera que los sensores lidar mejoren las operaciones en condiciones subterráneas peligrosas. Los sensores Lidar proporcionan información adicional al realizar el mapeo de túneles. Además, señaló que a veces en un túnel pequeño y oscuro, el operador puede que ni siquiera entienda qué es lo que la AHA está conduciendo en la dirección equivocada. “Los sensores Lidar funcionan como un GPS en tiempo real y hacen que el proceso parezca un videojuego. Puedes ver tu sistema en el túnel, sabes dónde te mueves en tiempo real ".
Vale la pena señalar que los sensores lidar son otra fuente de datos y no deben considerarse como un reemplazo directo del radar. Buck señaló que existe una gran diferencia en la longitud de onda entre las dos tecnologías, que tienen sus ventajas y desventajas. A menudo, la mejor solución es utilizar ambas tecnologías, por ejemplo, medir los parámetros del viento utilizando una nube de aerosol. Las longitudes de onda más cortas de los sensores ópticos proporcionan una mejor definición de la dirección en comparación con las longitudes de onda más largas de un sensor de radiofrecuencia (radar). Sin embargo, las propiedades de transmisión de la atmósfera son muy diferentes para los dos tipos de sensores. “El radar puede pasar a través de ciertos tipos de nubes con las que el lidar sería difícil de manejar. Pero en la niebla, por ejemplo, el lidar puede mostrarse un poco mejor que el radar ".
Rosengarten dijo que la combinación de lidar con otras fuentes de luz, por ejemplo, datos pancromáticos (cuando la imagen se construye utilizando una amplia gama de ondas de luz) dará una imagen completa del área en estudio. Un buen ejemplo aquí es la definición de una pista de aterrizaje de helicóptero. Lidar puede escanear la zona y decir que no tiene sesgo, sin tener en cuenta que él realmente está mirando el lago. Este tipo de información se puede obtener utilizando otras fuentes de luz. Rosengarten cree que la industria finalmente se ocupará de la fusión de tecnologías, reuniendo varias fuentes de datos visuales y otros datos de luz. "Ella encontrará formas de reunir todos los datos en un solo paraguas ... Obtener información precisa y completa no es solo el uso de datos lidar, sino una tarea compleja que involucra todas las tecnologías disponibles".
En los materiales de los sitios:
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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