Lidar (Laser Radar) è un sistema radar che emette un raggio laser per rilevare la posizione e la velocità di un bersaglio. Il suo principio di funzionamento è inviare un segnale di rilevamento (raggio laser) al bersaglio, quindi confrontare il segnale ricevuto (eco bersaglio) riflesso dal bersaglio con il segnale trasmesso e, dopo un'adeguata elaborazione, è possibile ottenere informazioni rilevanti sul bersaglio, come la distanza del bersaglio, l'azimut, l'altitudine, la velocità, l'assetto, anche la forma e altri parametri, in modo da rilevare, tracciare e identificare aerei, missili e altri bersagli. È costituito da un trasmettitore laser, un ricevitore ottico, un giradischi e un sistema di elaborazione delle informazioni. Il laser converte gli impulsi elettrici in impulsi luminosi e li emette. Il ricevitore ottico ripristina quindi gli impulsi luminosi riflessi dal target in impulsi elettrici e li invia al display. LiDAR è un sistema che integra tre tecnologie: laser, sistema di posizionamento globale e sistema di navigazione inerziale, utilizzato per ottenere dati e generare DEM accurati. La combinazione di queste tre tecnologie può individuare il punto del raggio laser che colpisce l'oggetto con elevata precisione. È ulteriormente suddiviso nel sistema LiDAR del terreno sempre più maturo per ottenere modelli digitali di elevazione del terreno e nel sistema LIDAR idrologico maturo per ottenere DEM sott'acqua. La caratteristica comune di questi due sistemi è l'uso di laser per il rilevamento e la misurazione. Questa è anche la traduzione inglese originale della parola LiDAR, ovvero: LIght Detection And Ranging, abbreviata in LiDAR. Il laser stesso ha una capacità di portata molto precisa e la sua precisione di portata può raggiungere diversi centimetri. Oltre al laser stesso, la precisione del sistema LIDAR dipende anche da fattori interni come la sincronizzazione del laser, del GPS e dell'unità di misura inerziale (IMU). . Con lo sviluppo del GPS commerciale e dell'IMU, è diventato possibile e ampiamente utilizzato ottenere dati ad alta precisione da piattaforme mobili (come sugli aerei) tramite LIDAR. Il sistema LIDAR comprende un laser a banda stretta a raggio singolo e un sistema di ricezione. Il laser genera ed emette un impulso luminoso, colpisce l'oggetto e lo riflette indietro e viene infine ricevuto dal ricevitore. Il ricevitore misura accuratamente il tempo di propagazione dell'impulso luminoso dall'emissione alla riflessione. Poiché gli impulsi luminosi viaggiano alla velocità della luce, il ricevitore riceve sempre l'impulso riflesso prima dell'impulso successivo. Dato che la velocità della luce è nota, il tempo di viaggio può essere convertito in una misura della distanza. Combinando l'altezza del laser, l'angolo di scansione del laser, la posizione del laser ottenuta dal GPS e la direzione di emissione del laser ottenuta dall'INS, è possibile calcolare con precisione le coordinate X, Y, Z di ogni punto di terra. La frequenza di emissione del raggio laser può variare da pochi impulsi al secondo a decine di migliaia di impulsi al secondo. Ad esempio, un sistema con una frequenza di 10.000 impulsi al secondo, il ricevitore registrerà 600.000 punti in un minuto. In generale, la distanza tra i punti a terra del sistema LIDAR varia da 2 a 4 m. [3] Il principio di funzionamento del lidar è molto simile a quello del radar. Usando il laser come sorgente del segnale, il laser pulsato emesso dal laser colpisce alberi, strade, ponti ed edifici a terra, causando la dispersione e parte delle onde luminose verrà riflessa alla ricezione del lidar. Sul dispositivo, secondo il principio del raggio laser, si ottiene la distanza dal radar laser al punto target. Il laser a impulsi scansiona continuamente l'oggetto target per ottenere i dati di tutti i punti target sull'oggetto target. Dopo l'elaborazione delle immagini con questi dati, è possibile ottenere immagini tridimensionali accurate. Il principio di funzionamento più basilare del lidar è lo stesso del radar radio, ovvero un segnale viene inviato dal sistema di trasmissione radar, che viene riflesso dal bersaglio e raccolto dal sistema di ricezione, e viene determinata la distanza del bersaglio misurando il tempo di percorrenza della luce riflessa. Per quanto riguarda la velocità radiale del bersaglio, può essere determinata dallo spostamento di frequenza Doppler della luce riflessa, oppure può essere misurata misurando due o più distanze e calcolando la velocità di variazione per ottenere la velocità. Questo è ed è anche il principio di base dei radar a rilevamento diretto. principio di funzionamento Vantaggi di Lidar Rispetto al normale radar a microonde, poiché utilizza un raggio laser, la frequenza operativa del lidar è molto superiore a quella del microonde, quindi porta molti vantaggi, principalmente: (1) Alta risoluzione Lidar può ottenere una risoluzione di angolo, distanza e velocità estremamente elevata. Solitamente la risoluzione angolare non è inferiore a 0,1mard, il che significa che può distinguere due bersagli distanti 0,3 m a una distanza di 3 km (questo è comunque impossibile per i radar a microonde) e può tracciare più bersagli contemporaneamente; la risoluzione dell'intervallo può essere Fino a 0.lm; la risoluzione della velocità può raggiungere entro 10 m/s. L'elevata risoluzione della distanza e della velocità significa che la tecnologia di imaging a distanza Doppler può essere utilizzata per ottenere un'immagine chiara del bersaglio. L'alta risoluzione è il vantaggio più significativo di lidar e la maggior parte delle sue applicazioni si basano su questo. (2) Buon occultamento e forte capacità di interferenza anti-attiva Il laser si propaga in linea retta, ha una buona direttività e il raggio è molto stretto. Può essere ricevuto solo sul suo percorso di propagazione. Pertanto, è molto difficile per il nemico da intercettare. Il sistema di lancio del radar laser (telescopio trasmittente) ha una piccola apertura e l'area ricevibile è stretta, quindi viene lanciato intenzionalmente. La probabilità che il segnale di disturbo laser entri nel ricevitore è estremamente bassa; inoltre, a differenza del radar a microonde, che è suscettibile alle onde elettromagnetiche che esistono ampiamente in natura, non ci sono molte sorgenti di segnale che possono interferire con il radar laser in natura, quindi il radar laser è anti-attivo L'abilità di interferenza è molto forte, adatto per lavorare nell'ambiente sempre più complesso e intenso della guerra dell'informazione. (3) Buone prestazioni di rilevamento a bassa quota A causa dell'influenza di vari echi di oggetti a terra nel radar a microonde, c'è una certa area di area cieca (area non rilevabile) a bassa quota. Per il lidar, solo il bersaglio illuminato rifletterà e non vi è alcun impatto dell'eco dell'oggetto terrestre, quindi può funzionare a "altitudine zero" e le prestazioni di rilevamento a bassa quota sono molto più forti di quelle del radar a microonde. (4) Dimensioni ridotte e peso leggero In generale, il volume del normale radar a microonde è enorme, la massa dell'intero sistema è registrata in tonnellate e il diametro dell'antenna ottica può raggiungere diversi metri o addirittura decine di metri. Il lidar è molto più leggero e più abile. Il diametro del telescopio di lancio è generalmente solo di un centimetro e la massa dell'intero sistema è di poche decine di chilogrammi. È facile da installare e smontare. Inoltre, la struttura del lidar è relativamente semplice, la manutenzione è conveniente, l'operazione è facile e il prezzo è basso. Svantaggi del lidar Innanzitutto il lavoro risente molto del clima e dell'atmosfera. Generalmente, l'attenuazione del laser è piccola con tempo sereno e la distanza di propagazione è relativamente lunga. In caso di maltempo come forti piogge, fumo denso e nebbia, l'attenuazione aumenta notevolmente e la distanza di propagazione ne risente notevolmente. Ad esempio, il laser co2 con una lunghezza d'onda di lavoro di 10,6 μm ha le migliori prestazioni di trasmissione atmosferica tra tutti i laser e l'attenuazione in caso di maltempo è 6 volte quella delle giornate di sole. Il range di co2 lidar utilizzato a terra oa bassa quota è di 10-20 km in una giornata di sole, mentre si riduce a meno di 1 km in caso di maltempo. Inoltre, la circolazione atmosferica causerà anche la distorsione e il jitter del raggio laser, il che influisce direttamente sull'accuratezza della misurazione del lidar. In secondo luogo, a causa del raggio estremamente stretto del lidar, è molto difficile cercare bersagli nello spazio, il che influisce direttamente sulla probabilità di intercettazione e sull'efficienza di rilevamento di bersagli non cooperativi. Può cercare e catturare obiettivi solo in un piccolo raggio. Pertanto, lidar è meno indipendente e diretto. Utilizzato sul campo di battaglia per il rilevamento e la ricerca di bersagli.
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