Kontseptsiya sifatida lider allaqachon o'n yildan beri mavjud. Shu bilan birga, ushbu texnologiyaga qiziqish hali ham keskin o'sib bormoqda, sensor bo'laklari kichikroq, murakkablashmoqda va lidar texnologiyasi bilan mahsulotlarning turg'unlik doirasi yanada kengaymoqda.

Lider so'zi LIDAR (Light Detection and Ranging) ning tarjimasidir. Ushbu texnologiya faol optik tizimlar yordamida uzoqdagi ob'ekt haqidagi ma'lumotlarni ushlaydi va qayta ishlaydi, bu ko'rinadigan va ko'rinadigan o'rta hududlarda yorug'lik va rang ko'rinishini aniqlaydi. Lidar radarga o'xshaydi, shuning uchun uning turg'unligi radar kabi radio to'lqinlarini almashtirishdan ko'ra aniqlash va aniqlash bilan bir xil bo'ladi, bunda yorug'lik hosil bo'ladi, bu ko'p hollarda lazer tomonidan ishlab chiqariladi. Lidar atamasi ko'pincha ladar atamasi bilan almashtiriladi, bu lazerni aniqlash va masofani belgilashni anglatadi, ammo Coherent Technologies kompaniyasining oldindan kuzatuv robotlari bo'yicha mutaxassisi Jo Bakning so'zlariga ko'ra, u Lockheed Martinning kosmik tizimlari bo'limiga kiritilishi kerak. Texnik nuqtai nazardan, qirg'in. "Agar siz yumshoq ob'ekt, masalan, qattiq zarracha yoki shamoldagi aerozol sifatida ko'rishingiz mumkin bo'lgan narsaga hayron bo'lsangiz, Fahivtsi bu ob'ektlarni aniqlash haqida gapirganda g'alaba qozonadi. Agar siz katta, qattiq narsaga, masalan, mashina yoki daraxtga hayron bo'lsangiz, unda siz ladar atamasiga tushib qolasiz. Rahbar haqidagi ilmiy nuqtai nazardan hisobot "Lidar: u qanday ishlaydi" bo'limida.

"Lidar 1960-yillarning boshlarida paydo bo'lganidan beri ko'p o'n yillar davomida tadqiqot mavzusi bo'lib kelgan", deb davom etdi Bak. Biroq, bu asrning boshidan boshlab texnologik taraqqiyot oldidan qiziqish aniq ortdi. Biz qo'shimcha sintetik diafragma yordamida vizualizatsiyani qo'lladik. Teleskop qanchalik katta bo'lsa, ob'ektning aniq belgilarini olish mumkin. Agar siz juda yuqori ajratish masofalarini talab qilsangiz, sizga ancha katta optik tizim kerak bo'lishi mumkin, bu amaliy nuqtai nazardan amaliy bo'lmasligi mumkin. Qo'shimcha sintezlangan diafragma orqasidagi vizualizatsiya qulab tushayotgan vikor platformasining tuzilishi va jismoniy diafragmaga qaraganda boyroq bo'lishi mumkin bo'lgan faol diafragmani olib tashlash orqali signalni qayta ishlash uchun muammo tug'diradi. Sintetik diafragma radarlari (SAR) o'n yildan ortiq vaqtdan beri qo'llanilmoqda. Biroq, 2000-yillarning boshida, o'sha paytda lazerlar allaqachon keng qo'llanilganiga qaramay, diafragma sintezidan optik tasvirlarni shakllantirishning amaliy namoyishlari boshlandi. “Haqiqatda, optik qurilmalarni ishlab chiqish uchun bir soatdan ko'proq vaqt kerak bo'ldi, chunki keng ko'lamli tartibga solishda barqarorlik etarli bo'lmaydi ... Materiallarning yangilanishi, asboblar va detektorlarning yorug'ligi (rahbarlar tomonidan qo'llaniladi) bezovta qilmoqda. "Siz hozir nafaqat binoni o'zgartirishni amalga oshira olmaysiz, balki o'lchamlari amaliy bo'lgan, balki energiyani tejaydigan tizimlarni yaratish uchun ularni kichik bloklarga aylantira olmaysiz."

Bundan tashqari, rahbardan ma'lumotlarni yig'ish (yoki rahbar tomonidan to'plangan ma'lumotlar) sodda va amaliyroq bo'ladi. An'anaga ko'ra, u BAE Systems Geospatial Exploitation Products Group mutaxassisi Nik Rosengarten kabi halokatli transport vositalarining sensorlaridan yig'ilgan. Biroq, bugungi datchiklar yerdagi transport vositalariga yoki odamlarga ma'lumotlar to'plamini uzatuvchi ryukzaklarga o'rnatilishi mumkin. "Bu shuni anglatadiki, imkoniyatning past darajasi bor va ma'lumotlarni endi uyda ham, ochiq joylarda ham to'plash mumkin", deb tushuntirdi Rosengarten. Textron Systems geofazoviy yechimlar boʻlimining yetakchisi Met Morris “lidar chindan ham hayratlanarli maʼlumotlar toʻplamiga ega va u Yer yuzasida ajoyib tafsilotlarni taqdim etishini tasdiqlaydi. Bu DTED (Digital Terrain Elevation Data) topografik balandliklarining raqamli ma'lumotlarining yangi texnologiyasidan foydalangan holda yanada batafsilroq va ta'bir joiz bo'lsa, yanada nozik tasvirni taqdim etadi, bu esa muhim nuqtalarda yer yuzasining balandligi haqida ma'lumot beradi. Ehtimol, hikoyadagi eng qiyin stsenariylardan biri bu bizning harbiy deputatlarimizga bo'lgan munosabatim va stsenariy noma'lum joyda yonish va ular qaerga borishlarini bilishlari kerak ... yo'llarda ko'tarilish yoki panjara ustiga chiqish. DTED ma'lumotlari buni amalga oshirishga imkon bermaydi. Siz undan hech qachon kasal bo'lmaysiz."

Morrisning ta'kidlashicha, baland alohida binolarga ega bo'lgan hududning rel'efiga nuqtalarning balandligi to'g'risida ma'lum an'anaviy ma'lumotlarni berish ushbu elementlarni qo'shishga imkon bermaydi. Va etakchi o'qi sizga o'z pozitsiyangiz chegarasi orqali ishlashga imkon beradi - bu ma'lumotlar qatorida aniq ko'rsatilishi mumkin bo'lgan pozitsiyalar orasidagi masofani tavsiflovchi atama. Rahbarga ko'ra, "cho'qqi holati" santimetrga o'zgartirilishi mumkin, "shuning uchun siz binoning balandligini, devor balandligini yoki daraxtning balandligini aniq belgilashingiz mumkin. Bu haqiqatan ham arzimas (3D) vaziyatdan xabardorlik darajasini oshiradi. Bundan tashqari, sensorli etakchilarning mavjudligi, ularning o'lchamlari kabi, ularni yanada qulayroq qilish uchun kamayadi. “O'n yil oldin lidar sensor tizimlari bundan ham kattaroq va undan ham qimmatroq edi. Yuqori energiya sarfi tufayli hidlar juda kam. Rivojlanayotgan dunyoda, takomillashtirilgan texnologiyalar, platformalar sezilarli darajada kichiklashdi, energiya iste'moli kamaydi va ular tomonidan ishlab chiqarilgan ma'lumotlar hajmi oshdi.

Morrisning ta'kidlashicha, harbiy galuzda lidardan asosiy foydalanish 3D rejalashtirish va jangovar topshiriqlarni bajarishdir. Masalan, uning kompaniyasining odamlar ongini modellashtirishga mo‘ljallangan Lidar Analyst mahsuloti ishlab chiquvchilarga juda ko‘p ma’lumotlarni olish va tezda 3D modellarni yaratish imkonini beradi, shunda ular hatto o‘z ishlarini aniq rejalashtirishlari mumkin. Xuddi shu narsa yerdagi operatsiyalar uchun ham amal qiladi. Morris tushuntirdi: "Bizning mahsulotimiz hududga kirish va chiqish yo'nalishlarini rejalashtirish uchun mo'ljallangan va hafta oxiri ma'lumotlari juda farqlanganligi sababli, to'g'ridan-to'g'ri ko'rish chiziqlari orasidagi vaziyatni aniqroq tahlil qilish mumkin."

Textron Lidar Analyst-dan RemoteView-ni chiqardi - dasturiy mahsulot Tahlil shuni ko'rsatadiki, Amerika harbiy va razvedka tuzilmalari rahbarlarining o'rinbosarlari. RemoteView dasturi har xil turdagi ma'lumotlarga, jumladan, yetakchi ma'lumotlariga kirishi mumkin. BAE Systems ham umid qilmoqda xavfsizlik dasturi(PP) geofazoviy tahlil uchun uning flagman mahsuloti SOCET GXP bo'lib, u turli imkoniyatlarni, jumladan, lidar ma'lumotlarini olishni ta'minlaydi. Bundan tashqari, Rosengarten tushuntirganidek, kompaniya ma'lumotlarni boshqarish dasturi bo'lgan GXP Xplorer texnologiyasini ishlab chiqdi. Ushbu texnologiya harbiy maqsadlarda foydalanish uchun to'liq mos keladi. Masalan, Rosengarten SOCET GXP dasturiy ta'minot omboriga kiritilgan vertolyotning qo'nish zonasini ochish vositasi haqida o'yladi. "Biz lidar ma'lumotlarini to'plashimiz va uchuvchilarga vertolyotni qo'ndirish uchun etarli bo'lishi mumkin bo'lgan yerdagi joylar haqida ma'lumot berishimiz mumkin." Misol uchun, siz ularga yo'lda, masalan, daraxtda vertikal o'tish joylari mavjudligini aytishingiz mumkin: "Odamlar ushbu vositadan gumanitar Riz soati davomida evakuatsiya nuqtasi sifatida eng mos keladigan zonalarni belgilash uchun foydalanishlari mumkin." Rosengarten, shuningdek, agar ma'lum bir hududdan lidar ma'lumotlarining bir nechta massivlari tanlansa va birma-bir "tikilgan" bo'lsa, "tesellation" usulining imkoniyatlari haqida gapirdi. Bu "bilan bog'liq holda mumkin bo'ldi. aniqligi oshdi BAE Systems kompaniyasining SOCET GXP dasturi kabi dasturiy ta'minot bilan birgalikda muz sensorlarining metama'lumotlari qo'shimcha geofazoviy ma'lumotlar bilan qo'llab-quvvatlanadigan metama'lumotlarni erdagi aniq hududlarga tarjima qilishi mumkin. Jarayon lidar ma'lumotlarida yotadi va to'plangan ma'lumotlarda saqlanadi.

Bu qanday ishlaydi: rahbar

Lidar nishonni yorug'lik bilan yoritish orqali ishlaydi. Lidar yorug'likni faqat ko'rinadigan, ultrabinafsha yoki yaqin infraqizil diapazonlarda aniqlay oladi. Lidarning ishlash printsipi oddiy. Ob'ekt (yuqori) qisqa yorug'lik zarbasi bilan yoritiladi, soat o'lchanadi, shundan so'ng dzherelga o'girish uchun signal beriladi. Lidar sekundiga 150 000 impulsgacha bo'lgan chastotada ob'ektga (sirtga) lazer tarqalishining tez, qisqa pulslarini chiqaradi. Qurilmadagi sensor yorug'likning doimiy tezligi natijasida hosil bo'lgan yorug'lik impulsining uzatilishi va uning tasvirlari orasidagi bir soatlik intervalni o'lchaydi, bu taxminan 299,792 km / s. Vaqtinchalik, siz rahbar va ob'ektning atrofdagi qismi o'rtasidagi masofani hisoblashingiz mumkin va shuning uchun rahbarning pozitsiyasidan kelib chiqqan holda ob'ektning tasvirini yaratishingiz mumkin.

Zsuv shamoli

Tim Bak Lockheed Martinning WindTracer texnologiyasini ta'kidladi. WindTracer tijorat texnologiyasi aeroportlarda shamolni boshqarish uchun shamol yetakchisi hisoblanadi. Aynan shu jarayon harbiy sohada, masalan, sirtdan aniq olib tashlash uchun ishlatilishi mumkin. “Siz zahiralaringizni baland balandlikda tashlashingiz kerak, buning uchun siz ularni taglikka qo'yib, parashyutdan tushirishingiz kerak. Endi ketaylik, nega biz tushmaymiz? Qaerga uchish kerakligini aniqlashga urinib ko'rishingiz mumkin, ammo muammo shundaki, siz tushayotganingizda turli balandlikdagi shamol bosimi o'z yo'nalishini o'zgartiradi, deb tushuntirdi u. - Va bu xabarni qanday etkazasiz, qo'nish uchun taglik qayerda? "Agar siz shamolni nazorat qila olsangiz va traektoriyani optimallashtirsangiz, ta'minotni juda yuqori aniqlik bilan yetkazib bera olasiz."

Lidar shuningdek, yerga asoslangan uchuvchisiz transport tizimlarida ham qo'llaniladi. Masalan, avtomatlashtirilgan yer usti vositalari (AHA) ishlab chiqaruvchisi Roboteam kompaniyasi Top Layer deb nomlangan vositani yaratdi. Bu Vikorist rahbari bo'lgan xaritalash va avtonom navigatsiya uchun 3D texnologiyasi. Roboteam kompaniyasining asosiy dizayneri Shahar Abuxazira tomonidan ochib berilganidek, Top Layer yetakchiga ikki jihatdan ta'sir qiladi. Birinchisi, real vaqtda yopiq joylarni xaritalash imkonini beradi. Ba'zan yer osti ongida video yetarli emas, masalan, u juda qorong'i bo'lishi mumkin yoki ko'rish arra orqali xiralashgan yoki xiralashgan, - deya qo'shib qo'ydi Abuxazir. - Ledarning imkoniyatlari nol orientatsiya bilan vaziyatlarni tushunish va o'ta aniqlik bilan tushunish imkonini beradi... endi siz xonaning xaritasini yaratishingiz mumkin, tunnel xaritasini yaratishingiz mumkin. Albatta, siz vaziyatni tushuna olasiz, go'yo siz hech narsani bilmasangiz va qayerda ekanligingizni bilmasangiz."

Ledarning yana bir qo'llanilishi uning avtonomiyasida bo'lib, operatorga istalgan vaqtda bir nechta tizimlarni boshqarishga yordam beradi. "Bir operator bitta AHA yoki ikkita boshqa AHAni boshqarishi mumkin, ular oddiygina inson qurilmasini kuzatib boradi va avtomatik ravishda kuzatib boradi", deb tushuntirdi u. Ushbu unvonda askar maydonga chiqishi mumkin va ANA shunchaki uni kuzatib boradi, shuning uchun uni apparat bilan davolash uchun tankga qo'yishning hojati yo'q. "Robotning qiymati oddiy va intuitivdir." Roboteamning kattaroq AHA Proboti ham bortda yetakchiga ega bo‘lib, u uzoq masofalarni bosib o‘tishga yordam beradi. “Siz operator oldiga kira olmaysiz, shuning uchun uch kundan keyin tugmani bosasiz... siz radar sensoridan oddiygina askarlarni kuzatib borish yoki mashinani kuzatib borish yoki yo'l-yo'riq ko'rsatish uchun foydalanasiz. avtomatik rejim"Bir nuqtadan boshqasiga o'ting, bu vaziyatlarda etakchi sizga mos kelmaslikka yordam beradi." Abuxazira bu galusdagi buyuk tubsizliklarning kelajagiga nazar tashlaydi. Misol uchun, askarlar bir kishi va ANA ikki askar kabi o'zaro ta'sir qiladigan vaziyatni xohlashdi. “Siz bir-biringizni boshqarolmaysiz. Birin-ketin hayratlanasiz, bir-biringizga qo‘ng‘iroq qilib, o‘zingizni aybdordek tutasiz. Men xonandaning his-tuyg'ularini odamlar va tizimlar o'rtasidagi muloqotga bo'lgan g'ayratini inkor etayotganini hurmat qilaman. Bu yanada samarali bo'ladi. Rahbarlar bizni bevosita boshqarib turishini hurmat qilaman”.

Keling, erga boraylik

Abuxazir, shuningdek, lidar retseptorlari xavfli er osti onglari ustida operatsiyalarni amalga oshirish orqali qisqartirilganidan shubhalanadi. Lidar retseptorlari qo'shimcha ma'lumotni, shu jumladan tunnellarni xaritalashni ta'minlaydi. Bundan tashqari, men ba'zan kichik va qorong'i tunnelda operator AHA noto'g'ri yo'nalishda ekanligini tushunmasligini qadrlayman. “Lidar sensorlari real vaqtda GPS kabi ishlaydi va video oʻyinga oʻxshash jarayonni amalga oshiradi. Siz tizimingizni tunnelga ishga tushirishingiz mumkin, siz real vaqtda qayerga qulab tushayotganingizni bilasiz.

Shuni ta'kidlash kerakki, lidar retseptorlari boshqa ma'lumotlar manbai bo'lib, ularni radarni to'g'ridan-to'g'ri almashtirish sifatida ko'rib chiqmaslik kerak. U bu ikki texnologiya o‘rtasida katta farq borligini, ikkalasining ham o‘ziga xos afzalliklari va kamchiliklari borligini tushundi. Ko'pincha eng yaxshi qarorlarê ikkala texnologiyadan foydalanish, masalan, aerozol tumanlari yordamida shamol parametrlarini o'zgartirish. Optik sensorlarning qisqa umr ko'rish muddati radiochastota sensori (radar) uzoq umriga qaraganda yaxshiroq ishlashni ta'minlaydi. Biroq, atmosfera uzatish kuchi ikki turdagi sensorlar uchun hatto farq qiladi. “Qurilish radari qo'shiq turlarining qorong'uligidan o'tadi, ular bilan rahbarga duch kelish qiyin bo'ladi. Masalan, tumanda ham lidar o‘zini radardan biroz yaxshiroq ko‘rsatishi mumkin”.

Rosengartenning ta'kidlashicha, lidarni boshqa yorug'lik manbalari bilan birlashtirish, masalan, pankromatik ma'lumotlar (agar tasvirlar yorug'lik manbalarining keng diapazoni bo'lsa) kuzatilayotgan hududning yangi rasmini beradi. Bu erda yaxshi dumba vertolyot uchun qo'nish moslamasi. Lidar hududni skanerlashi va ko'lga qaraganlardan qat'i nazar, nol elementli zarba borligini aytishi mumkin. Ushbu turdagi ma'lumotni boshqa yorug'lik manbalaridan olib tashlash mumkin. Rosengarten, sanoat, oldindan, vizual va boshqa yorug'lik ma'lumotlarining turli sohalarini birlashtirib, eng ilg'or texnologiyalar bilan shug'ullanishini qadrlaydi. "Siz barcha ma'lumotlarni bitta soyabon ostida saqlash yo'llarini topasiz ... To'g'ri va keng qamrovli ma'lumotni topish nafaqat lidar ma'lumotlarini qidirish, balki barcha mavjud texnologiyalarni har tomonlama tushunishdir."

Sayt materiallari uchun:
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

Maqolada ob'ektlarni ochiq havoda lazerli skanerlash texnologiyasiga yaqindan qarash, ushbu texnologiyani amalga oshiradigan va mobil robot komplekslarida qo'llaniladigan qurilmalar ko'rib chiqiladi.

LIDAR TEXNOLOGIYASIGA NAZOR
LIDAR atamasi (inglizcha yorug'likni aniqlash va diapazondan) optik diapazonda ishlaydigan va lazer nuri sifatida ishlaydigan radar tizimlariga ishora qiladi. Ko'pincha xorijiy mamlakatlarda siz shunga o'xshash atamalardan foydalanishingiz mumkin - LADAR (Laser Detection and Ranging) va Laser Radar. Mobil yerdagi robototexnika majmualarida va uchuvchisiz uchish apparatlarida (UAV) bu texnologiya juda muhim rol o'ynaydi: u avtomatik ravishda katta fazoda arzimas xaritani (sahnani) yaratish va apparatga fazoviy yo'naltirish uchun ishlatiladi. LIDAR tizimlarining turli xil versiyalari mavjud, ammo umuman olganda, ularning barchasi tizimning ishlash printsipini ko'rsatadigan quyidagi asosiy elementlarni o'z ichiga oladi: foton massivi (ko'pincha lazer);
● foton detektori;
● sensorli lanset;
● optik qism.

Katta maydonlardagi ob'ektlargacha bo'lgan masofani hisoblash uchun ularni uzatish va qabul qilish (buzilgan signallar) momentlarini qayd etishning yuqori aniqligi bilan parvoz vaqti (ToF) tipidagi vikorist tipidagi LIDAR tizimlari lazer tarqalishining qisqa impulslari. yoki er yuzasida (masalan, UAVdan topografik tadqiqot paytida). Bunday simulyatsiyalar seriyasini qurilmaning joylashuvi va yo'nalishi haqidagi ma'lumotlar bilan birlashtirgandan so'ng, bosish uchun bo'sh joy maydonida paydo bo'lgan ahamiyatsiz sahna yaratiladi. Ko'pincha bu sahna nuqta deb ataladigan koordinatalar (x, y, z) massivi sifatida saqlanadi.

Turg'unlikning turli sohalari uchun LIDAR qurilmalari yo'qligidan qat'i nazar, ularning barchasi bir xil to'plamni tashkil qiladi. funktsional birliklar(bo'lim 1-rasm), masalan:
● displey quyi tizimi (lazerni uzatish va qabul qilish);
● skanerlash quyi tizimi;
● joylashishni aniqlash va yo'naltirish quyi tizimi;
● keruvannya tizimi;
● o'lponlar to'plami.

PIDSYSTEM VIMIRU VIDSTANI
Boshqa LIDAR qurilmalarining funksionalligi tamoyillari karartma stantsiyasining funktsiyasini amalga oshirishda yotadi. LIDAR tizimining eng muhim komponenti - tasvirlash quyi tizimi - lazer uzatish va elektro-optik qabul qiluvchi kabi ichki quyi tizimlardan iborat. Lazer uzatish fokuslangan almashtirgich ko'rinishida energiya hosil qiladi, u qurilmadan chiqishdan oldin bir qator transformatsion komponentlardan o'tadi: qabul qiluvchi kalit, kengaytirgich, chiqish teleskopik optikasi va boshqalar. LIDAR tizimi suiiste'mol qilinishi mumkin har xil turlari lazerlar, lekin ko'pincha qattiq holatdagi Nd: YAG lazeri, uning faol yadrosi neodimiy ionlari bilan biriktirilgan itriy alyuminiy granatasi (Y3Al5O12). Uzoq olamlarni lazerli skanerlash turli xil kabuklar ustida ishlaydi, lekin ko'pincha quyidagilar qo'llaniladi:
● 1064 nm (infraqizil diapazonga yaqin) - topografik skanerlar uchun;
● 532 nm (yashil) - batimetrik (chuqurlikni o'zgartiruvchi) skanerlar uchun;
● 600–1000 nm - tijorat maqsadlarida foydalanish uchun mo'ljallangan yerga asoslangan qurilmalar uchun;
● ~1500 nm - ilmiy maqsadlarda o'rganilayotgan yerni skanerlash tizimlari uchun.

Lazer lazerining yakuniy samaradorligini tanlash bir qator omillarga bog'liq:
● skanerlangan ob'ektlarning kuchi;
● dowkill xususiyatlari;
● vikor detektorining sezgirligi;
● ko'zni parvarish qilishning zarur darajasi;
● qurilishga qo'shilishi mumkin edi.

Uzoq muddatli foydalanish paytida lazerning intensivligini saqlab turish kerak. Elektro-optik qabul qiluvchi lazer tomonidan almashtirilgan va tarqalgan lazer energiyasini aniqlaydi va uni qo'shimcha kirish optikasi yordamida yorug'likka sezgir detektorga qaratadi.

Topshiriq berish usullari
Lazer almashinuvini uzatish va qabul qilish momentlarining belgilangan qiymatlari dozada yorug'likda o'tkaziladigan soatni parchalash va keyin olib tashlangan ob'ektga etib borish uchun aniqlanadi. LIDAR tizimi ikkita rejimdan birini talab qiladi, ular stansiyani xiralashtirish usulini ko'rsatadi: impuls rejimi yoki doimiy rejim. Puls modulyatsiyasi bo'lgan tizimlarda, shuningdek, parvoz vaqti tizimlari tomonidan boshqariladi, lazer bitta yorug'lik impulslarini tarqatadi. yuqori chastotali ergashish. Impuls signali uzatilgan paytdan boshlab pechka qabul qilish uchun orqaga burilgan vaqtgacha o'tgan soat o'lchanadi. Lazer tasviri yaratilgan ob'ekt yuzasida quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin bo'lgan nuqtaga turing: D = 0,5 × c × t, (1) bu erda c - yorug'likning oquvchanligi, t - yorug'lik oqimi. yorug'lik yo'lini ko'zgu nuqtasiga o'tishning oxirgi soati, keyin orqaga (Roundtrip), D - aylanish nuqtasiga turing. Uzluksiz ishlaydigan tizimlarda lazer tebranadi doimiy signal, Ungacha sinusoidal amplituda modulyatsiyasi turg'unlashadi. Bunday holda, yorug'likning uzatishdan qabul qilishgacha bo'lgan soati uzatilgan va qabul qilingan signallarning faza o'zgarishiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi: (2) de - faza o'zgarishi, T - signal davri. Belgilangan soat t dan so'ng, birinchi bosqichda bo'lgani kabi, D chizig'ining o'tishi (1) formula yordamida hisoblanadi. Ahamiyatsizlikni kamaytirish uchun vikoristan boy tonli sinusoidal modulyatsiyadan foydalanishi mumkin. Shuningdek, to'xtovsiz hvilya, vikorystsya bilan tizimlarda muqobil usul- Chiziqli chastotali modulyatsiya bilan. Bunday uzatish va qabul qilish tizimlarida signallar aralashtiriladi va tashuvchining chastotasida joylashgan ma'lumotlarni demodulyatsiya qilish va olib tashlash uchun kogerent qabul qiluvchi ishlatiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, (1) va (2) darajalar o'tkaziladi, shuning uchun detektor bir soat davomida harakatsiz qoladi. Haddan tashqari quritilgan detektor bilan bog'liq muammolar uchun quyidagilarga tuzatishlar kiritish kerak bo'ladi.

Aniqlash usullari
Aslida, LIDAR tizimlari ikkita aniqlash usuliga ega: to'g'ridan-to'g'ri va izchil. To'g'ridan-to'g'ri aniqlash bilan qabul qiluvchi signalni to'g'ridan-to'g'ri kirish optik kuchlanishiga mutanosib ravishda kuchlanish yoki oqimga aylantiradi. Qabul qiluvchilar ko'chki fotodiodlari va fotoelektron multiplikatorlarni o'z ichiga olishi mumkin. LIDAR detektorlari fotonlarni foton nisbati rejimida qayta ishlashlari mumkin. Ushbu rejimda o'rnatilgan detektor oz sonli fotonlarni ham qayd qiladi va davolash rejimida Geiger ko'p sonli fotonlarni aniqlash uchun sezgir bo'ladi. Qabul qilgichning elektron sxemasi qabul qiluvchidagi fotonlar oqimi uchun soatlik tuzatish bilan hosil bo'lgan oqimning xiralashishini amalga oshiradi, buning natijasida optik chiqishni qabul qilish momenti to'g'ridan-to'g'ri xiralashadi. Kogerent rad etishni aniqlashda optik signal qo'shimcha mahalliy osilator orqasidagi mahalliy osilatorga ulanadi, keyin u fotosensitiv elementga qaratilgan. Aralashtirilganda ma'lumot akustik signalga aylanadi, bu to'g'ridan-to'g'ri aniqlash usuli bilan solishtirganda shovqinni kamaytiradi va optik filtr chiqariladi.

Yugurish uchun promin va massiv
Ta'riflangan aniqlash usullari va aniqlash usullari astarlarning turli geometriyasini o'z ichiga olishi muhimdir. Umuman olganda, ko'pgina tijorat LIDAR tizimlari "savdodan ishga tushirish" tamoyili bo'yicha ishlaydi, bu erda bitta uzatilgan impuls uchun optik signallarning qiymati uchun bir yoki bir nechta qiymatlar (odatda 2 dan 5 gacha) o'rnatiladi, bu esa barcha aylanishlarga aylanadi. bir xil ta'lim yo'nalishlari (bir necha marta aylanish). Joriy impuls uchun maqsadli quyi tizim o'quv liniyasining yo'nalishini o'zgartiradi va keyin chiqish qiymati yana qayd etiladi. Ushbu usul - nuqta skanerlash usuli - chiziqli rejimda ishlaydigan LIDAR tizimlarida muammoli bo'lishi mumkin, bunda lazer energiyasi kuzatilgan sirtning kichik maydoniga qaratilgan va dguku va razraxunku masofasini qayd qilish uchun kuchli signalni talab qiladi. . Shu bilan birga, katta sirt maydonini yoritish uchun lazer nurlaridan foydalanadigan LIDAR tizimlari ham mavjud. Bunday holda, u massivdagi har bir teri pikseli uchun qiymatni hisoblash uchun kadrlar bo'yicha matritsa detektori bilan jihozlangan. Yuqori darajadagi xodimlarga ega ushbu tizimlar past signal kuchini talab qiladi. Ular uzatilgan impuls uchun yuzlab va minglab stantsiyalarni qayd qiladi.

ROSYLTERNAL PIDSISTEMASI (SCANUVANNIA)
Bunday hollarda, nafaqat ob'ektga masofani aniqlash, balki butun hududni o'rganish kerak bo'lganda, LIDAR tizimi noma'lum nuqtalarni aniqlashni amalga oshirishi kerak. Kosmosning maqsadli maydonining sahnasini yaratish uchun LIDAR qurilmasining umumiy kombinatsiyasi va uzatiladigan optik signal o'tadigan ateşleme quyi tizimining robotlari qo'llaniladi. Tebranuvchi vikoristan nometalllarida bazalarni yaratish uchun quyi tizimni amalga oshirishning kengaytirilgan varianti. To'g'ridan-to'g'ri ko'rish chizig'ida keyingi o'zgarish mavjud, shundan so'ng optik signal yo'qoladi va qo'lda ushlab turadigan oynaning yordami ortida ishlaydi. Bu oyna burchakda (bir qarashda) uning yuzasida yotadigan va qoida tariqasida strukturaga to'g'ridan-to'g'ri parallel bo'lgan eksa atrofida aylanadi. Ushbu oyna sizga bo'shliqning butun maydonini skanerlash va kerakli kenglikdagi sahnani yaratish imkonini beradi, bu oynaning kesilishi bilan ko'rsatiladi (bo'lim kichik 2).

Tebranuvchi oynaga asoslangan quyi tizim sinusoidal otishma hosil qiladi. Bunday holda, urish chastotasi berilgan ko'rish burchagiga (sahna kengligi) proportsionaldir. Ushbu to'ldirish usulining asosiy kamchiliklari oynaning mos kelmaydigan suyuqligidir. Ish aylanishi davomida oyna tinchlanishi, sekinlashishi, yo'nalishini o'zgartirishi va yana tezlashishi mumkin. Doimiy chastotada tebranadigan xiralashtirish natijasida nuqtalarning notekis zichligi (qorong'i skanerlashning o'rtasida kamroq nuqta va chekkalarda ko'proq) bilan sahna hosil bo'ladi. Lazerni yoqish quyi tizimi Leica va Optech lazer skanerlarida tebranuvchi, turg'un va muzlab qoladigan qo'shimcha oynaga almashtiriladi. Alternativ usul asoslarni o'rab turgan vikoristik prizmalarga skanerlash. Bunday chayqalish quyi tizimida qirralari oynaga o'xshash bo'lgan boy qirrali prizma simmetriya o'qi atrofida doimiy ravishda o'raladi. Lazer lazer prizmaning bir yuzidan ikkinchisiga to'lqinsimon tarzda o'tadi, buning natijasida qurilma ta'sirida hosil bo'lgan massiv nuqta past parallel chiziqlardan iborat (bo'lim 3-rasm).

O'zgaruvchan oyna qismlarini yo'q qilishning ushbu variantini amalga oshirish qiyin va kalibrlash natijalarini qayta ishlash qiyin bo'lganligi sababli. Aylanadigan prizmali LIDAR tizimlari Avstriyaning Riegl kompaniyasi tomonidan ishlab chiqariladi. Skanerlash quyi tizimi uchun uchinchi variant - bu atrofga o'ralgan vikorist oyna. Ushbu versiyadagi butun o'rash oynaning yuzasiga perpendikulyar ravishda yotqizilgan (bo'lim. 4-rasm).

Oynaning sirtining burmasining orqasida, o'rash o'qiga perpendikulyar bo'lgan sirtdan elliptik egri kabi lazer kesimining gardishi hosil bo'ladi. Ushbu usulning afzalligi shundaki, teri nuqtasi ikki kun davomida skanerdan o'tkaziladi. Shu bilan birga, elliptik tartib skanerlash natijalarini qayta ishlashni, shuningdek, yangi vimirlar va murakkab vazifalarni qayta ishlashni sezilarli darajada murakkablashtiradi. Bundan tashqari, bir xil hududdagi nuqtaning bo'laklari turli pozitsiyalardan chiqariladi (tizimning bo'laklari yiqilib, kosmosdagi yo'nalishini o'zgartiradi), shu tarzda olib tashlangan nuqta ko'p miqdordagi shovqinga olib kelishi mumkin. Lazer boshini qo'shimcha oynaga almashtirish uchun ishlatiladigan tizimlarning dumbalari Leica AHAB DragonEye skanerlari bo'lib chiqadi. Mexanik yoritishga muqobil ravishda lazer nurlarini maqsadli hududga yo'naltirish uchun optik tolali quyi tizim hozirda ko'plab LIDAR tizimlarida o'rnatilgan. Ushbu usul yordamida optik tolali kanallar va qurilmaning boshqa optik kanallari o'rtasidagi ulanishlarni o'rnatish orqali barqaror skanerlash geometriyasiga erishiladi. Lazer to'g'ridan-to'g'ri optik tolali nurning orqasidan o'tadi va teri impulsini to'g'ridan-to'g'ri skanerlash qaysi optik tolali kanal orqali o'tadigan yo'nalishda yotadi. Shu kabi nurlar tizimi an'anaviy optikada ham qo'llaniladi (bo'lim 5-rasm).

JOYIYLANISH VA ORİENTATSIYA PIDSISTEMI
Uchun amaliy vikiriston Skanerlash lazerli masofa o'lchagichlar tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlar, qurilmadan ob'ektlargacha bo'lgan qiymatlarning bir qatori va skanerlash qirralarining qiymatlari etarli emas. Qo'shimcha bo'shliqdagi ma'lumotlarning ishonchliligiga (arzimas qorong'u nuqta yoki sirtdagi ma'lumotlarga ega bo'lgan ikki o'lchovli tasvir ko'rinishida) faqat teri nuqtasi uchun mutlaq qiymatlar qabul qilinganligi sababli erishish mumkin. impulsni qabul qilish vaqtida LIDAR tizimining harakatlanmaydigan platformasining ochiq havoda yo'nalishi. Bunday hisob-kitoblar uchun orientatsiya va joylashishni aniqlash quyi tizimi qo'llaniladi. Ushbu quyi tizim ikkita asosiy komponentni o'z ichiga oladi: global joylashishni aniqlash tizimining qabul qiluvchi moduli (GLONASS yoki GPS) va inertial navigatsiya birligi (IMU). GPS qabul qiluvchisidan olingan ma'lumotlar har qanday vaqtda yuk ko'tarmaydigan platformaning rivojlanishini qayd etish uchun ishlatiladi. GPS koordinatalarini aniqlash usullarining xilma-xilligini hisobga olgan holda, LIDAR tizimlari odatda signalni statsionar qayta ishlashga nisbatan differentsial keyingi ishlov berishga tayanadi. tayanch stantsiya yoki real vaqtda differentsial yangilanishlar. Aniqroq ma'lumotlar to'plamini olish uchun tayanch stantsiyaning joylashuvi lazer masofa o'lchagich platformasiga o'rnatiladi. Platformaning yo'nalishi virtualizatsiya qurilmasining qo'shimcha inertial bloki bilan taqlid qilinadi, unda giroskoplar va akselerometrlar o'lchanadi. GPS va IMU ma'lumotlari platformada qayd etiladi va birlashtiriladi (ma'lumotlarni qayta ishlashdan keyingi vaqtga bog'liq).

BOSHQARISH TIZIMI (TIZIMNI BOSHQARUVCHI)
Soyalarni yaratish uchun LIDAR tizimini o'rnatadigan barcha quyi tizimlar ehtiyotkorlik bilan ishlashi kerak. Ushbu ma'lumotlarning ahamiyati butunlay teri quyi tizimining parametrlariga va ularning ishining o'zaro bog'liqligiga bog'liq. Sensor parametrlarini o'rnatish va robotli quyi tizimlarni boshqarish lazerli masofa o'lchagichning tizim boshqaruvchisini boshqaradi.

MA'LUMOT KONVENSIYASI
Yakuniy LIDAR ma'lumotlari GPS va IMU koordinata qiymatlari, o'lchangan balandlik qiymatlari va boshqa quyi tizimlardan ba'zi ma'lumotlarni o'z ichiga olgan fayllarni o'z ichiga oladi. LIDAR tizimining fragmentlari katta hajmdagi ma'lumotlarni yaratishi mumkin va uzatish tizimi yig'ilgandan so'ng darhol saqlanadigan ma'lumotlarni saqlaydi.

AMALIY AKTYA: VELODYNE HDL-64E
Bir dumba kabi, keling, uzoq dunyoning lazerli skanerlash qurilmasiga qaraylik yuqori ruxsati bilan Velodyne tomonidan ishlab chiqarilgan HDL-64E. Xuddi shu 64 bosqichli LIDAR uch o'lchovli skanerlashda uchuvchisiz transport vositalariga bo'lingan Google tomonidan. Lazer masofa sensori avtomobilning chinakam avtonom bo'lishiga imkon beruvchi asosiy komponentlardan biriga aylandi.

Haydovchisiz avtomashinaga o'rnatilgan Velodyne qurilmasi (kichik 6-bo'lim) katta hajmdagi maydonda hisobotning ahamiyatsiz xaritasini yaratadi. Bort kompyuteri LIDAR-dan, yuqori aniqlikdagi kartalardan, qolipdan olingan ma'lumotlarni birlashtiradi Har xil modellar robot-mashinaga o'z-o'zidan, kodni o'zgartirish bilan bog'liq muammolarsiz va qoidalarni buzmasdan oyoq kiyimlarini almashtirishga imkon beradigan ma'lumotlar yo'l ruhu. HDL-64E masofa o'lchagich modelida 26,5 ° ko'rish burchagi bilan teng masofadagi sektor maydonlarining ko'rinishini ta'minlash uchun 64 juft turli detektor birliklari mavjud. Azimutda 360 graduslik ko'rishni ta'minlash uchun butun optik blok aylanadigan (div. 7-rasm) va har bir chiziqda 600 aylanish chastotasida aylanadigan stendga o'rnatiladi.

Agar kerak bo'lsa, bu chastotani ketma-ket interfeys orqali oddiy matnli buyruqni uzatish orqali 300...900 rpm oralig'ida sozlash mumkin. Ushbu ketma-ket port skaner proshivkasini yangilash uchun ishlatilishi mumkin. Velodyne masofa o'lchagichi 2 sm dan ortiq bo'lmagan og'ish bilan 120 m gacha maksimal masofaga ega. Optik blokning o'rash chastotasidan qat'i nazar, qurilma barqaror ravishda yuqori ma'lumotlar tezligini hosil qiladi - sekundiga 1 million ball, bu 0,05 ° gorizontal kesishmaga to'g'ri keladi. Qurilma tebranish oqimini minimallashtirish va sahnaning barqaror tasvirini ta'minlash uchun statik va dinamik muvozanatlangan. HDL-64E teri lazeri 5 ns (50% amplitudada maksimal cho'qqi intensivligi 60 Vt) optik puls ishlab chiqaradi. Yuqori kuchlanish, past kuchlanishli lazerni o'rnatishning vikoristik ishlashiga imkon beruvchi flyback konvertor sxemasi tomonidan ishlab chiqarilgan 30 A darajasida generatorda tepalik oqimini yaratish kerak. Chiqish lazer nurlari linzalarga qaratilgan. Nishonga tegsa, tebranishning bir qismi to'g'ridan-to'g'ri quroldan chiqariladi. Bu yorug'likning linzalar tizimi va UV filtri orqali o'tishiga imkon beradi va shu bilan fonning optik yoritilishini kamaytiradi (signal-shovqin nisbatini oshiradi). Optimal tizimning linzalari ishlab chiqaradigan ko'chki fotodiodiga qaratilgan elektr signali , optik zichlikka mutanosib. Lazer va ko'chki fotodiodi detektor zavodida maksimal sezgirlikni ta'minlash va signalning oshib ketishini minimallashtirish va shu bilan eng samarali sensor-detektor juftligini yaratish uchun o'rnatiladi. Ko'chki fotodiodi va kuchaytirgich sxemasi tomonidan aniqlangan signalning kuchiga asoslanib, tizim minimal zarur qo'zg'alish darajasini saqlab, lazer pulsining amplitudasini o'zgartiradi. Lazer intensivligini bunday avtomatik sozlash, birinchi navbatda, optik blokning isitilishini pasaytiradi va uning ishonchliligini oshiradi, boshqacha qilib aytganda, detektorlarning to'yinganlik rejimiga kirishiga to'sqinlik qiladi. Aks holda, detektor juda ko'p optik energiyani ushlaganida, to'yinganlik rejimi ishga tushadi va detektordan chiqish uchun sezilarli soat kerak bo'ladi (chunki u impulslarning o'tish davridan oshib ketadi, bu muqarrar ravishda signal yo'qligini hal qilishga olib keladi. aniqlangan). Uchinchidan, signalning intensivligi shovqin bilan tenglashtirilishi bilanoq, uni aniqlashni qiyinlashtiradi, tizim avtomatik ravishda lazer intensivligi darajasini moslashtiradi. Bu, masalan, sezgirlik chegarasiga (120 m) yaqin bo'lgan paytlarda yoki qora matli sirtning zaif tasviri bilan mumkin. Chiqish signali kuchaytiriladi va 3 gigagertsli namuna olish chastotasida analog-raqamli konvertorga uzatiladi. Raqamlashtirishdan so'ng detektordan signal raqamli signal protsessoriga (DSP) uzatiladi, bu ma'lumotlarni tahlil qilish va signalning aylanish vaqtini sozlash uchun kuchli algoritmdan foydalanadi. Qisqa optik impulslarning signalga nisbati yuqori chastotali ishlov berish bilan birgalikda tizimni ko'proq ajratishni ta'minlaydi. Yuqori bosimli detektor juftligi 32 ta lazerdan iborat ikkita guruhga bo'lingan. Bir guruh modulning yuqori qismiga joylashtiriladi va ko'rish maydonining yuqori yarmiga to'g'rilanadi va birinchisi ostida joylashgan boshqa guruh ko'rish maydonining pastki yarmiga to'g'rilanadi. Yuqori optik blokning bo'laklari katta masofalarni tebranish uchun ishlatiladi, bu erda ular kichikroq masofalarda tebranishlarni o'tkazish uchun ishlatiladigan kattaroq, pastki blokdagi optik impulslar orasida joylashgan. Qurilma standart 100BaseT Ethernet porti orqali ma'lumotlarni yetkazib beradi. Axborot kadrlar kabi uzluksiz uzatiladi. Ramka yaratish chastotasi optik blokni o'rash chastotasi bilan bir xil (600 rpm - 10 Gts). Bir soniyada uzatiladigan ma'lumotlar milliondan ortiq nuqtani qamrab oladi. Ma'lumotlar paketlarida tebranish sensori-detektorining teri juftligi uchun tebranishning joylashuvi va intensivligi, shuningdek, tegishli kesish koordinatasi haqida ma'lumotlar mavjud. Ushbu ma'lumotlar Wireshark kabi boshqa standart chekilgan paketlarni yozib olish yordam dasturi yordamida to'planishi va vizual tarzda ko'rsatilishi mumkin. kompyuter dasturi, Bu Velodyne Digital Sensor Recorder. Bundan tashqari, ma'lumotlar avtonom tarzda to'planishi mumkin navigatsiya tizimi baholash kartasini yaratish uchun, keyinchalik noto'g'ri kodlarni aniqlash, optimal marshrutni topish va hisoblash maqsadida, keramik kervannyamalar, galmuvannyamalar va tezlashtirishlar bilan bog'liq. Kichkintoy uchun 8 ta o'qish mavjud, ammo qo'shimcha Velodyne Digital Sensor Recorder dasturi yordamida olingan HDL-64E ma'lumotlari ramkasi. Tasvirning o'rtasida oq nuqta ko'rinadi, bu sensorning o'rnini ko'rsatadi. Teri juftligi viprominyuvach-detektori uchun xmara nuqtasi hosil bo'ladi va bir tekis rang bilan ifodalanadi. Ma'lumotlar taqdimotining kengligi ikki dunyo qorong'u nuqtalarining birlashishi bilan shakllanadi. Modul o'ralganida, bir juft viprominuvach-detektordan nuqta tekis yuzada uzluksiz halqa hosil qiladi. Ko'p qavatli idishni orqasiga masofa o'lchagichni o'rnatish variantiga qarab yuqoriga qaratib, oq nuqta ostidagi rasmda qorong'u joy - tana bor. Rasmdan ko'rinib turibdiki, ustunning oldida ikkita transport vositasi bor: chap tomonga burilishi kerak bo'lgan yana bir ustun va chorrahani kesib o'tuvchi engil avtomobil. Bundan tashqari, tasvirdagi avtomobil orqasida siz yo'l panjarasi, zamin va daraxtlarni ko'rishingiz mumkin. Chap va o'ng qo'lda sensor yo'l to'siqlari va yo'laklarga o'xshash tebranish joylarini ko'rsatadi va yo'lning ko'rish maydonida ko'rinadi. Yo‘lakda alohida chagarnik bor. Ma'lumotni olib tashlash sensor orqasidagi transport holatini aniqlash imkonini beradi - rasmda furgon orqasida joylashgan transport belgisi ko'rsatilgan. Har qanday nuqtada aylana ma'lumotlarida bo'shliqlar bo'lmasligi muhim (masalan, ustunlik). Bu haqiqat uzoq dunyoning yuqori va pastki bloklari uchun lazer impulslarining chastotalari to'g'ri sozlanganligini ko'rsatadi. Agar impulslarning o'tish chastotasi pastroq bo'lsa, pastroq bo'lishi kerak bo'lsa, teri nuqta chiziqlari bilan hosil bo'ladi. Tasvirdagi bo'sh joylar qayta kodlash orqali paydo bo'ladi, ular optik yo'lda joylashgan va ularning orqasidagi bo'sh joy haqidagi ma'lumotlarni olib tashlashga imkon bermaydi (soya effekti). Misol uchun, vantazhivka tanasining orqasida qora smoga ayblanadi. E'tibor bering, LIDAR qurilmalari ko'rish maydonini o'zgartirish uchun vertikal o'qning 90 ° burchagida ham o'rnatilishi mumkin. Ushbu o'rnatish sxemasi geodezik va kartografik dasturlarda qo'llanilishi mumkin. Ko'rib chiqilgan Velodyne HDL-64E lazerli masofa o'lchagich 1M sinfiga qadar tasniflanadi, bu esa uni ko'zlar uchun xavfsiz qiladi. Xona sensori suv o'tkazmaydigan korpusga ega, ekstremal haroratlarda ishlashni saqlaydi va avtomobillarda foydalanish uchun maqbuldir. Qurilmaning asosiy texnik xususiyatlari jadvalda ko'rsatilgan.

Kirish

"Lidar" atamasi inglizcha yorug'likni aniqlash, aniqlash va diapazonini aniqlash (qo'shimcha yorug'lik yordamida kashf qilish va diapazon) iborasining qisqartmasi.

Lidar - ko'rinadigan va ko'rinadigan o'rtadagi yorug'lik va yorug'lik ko'rinishini aniqlaydigan faol optik tizimlar yordamida uzoqdagi ob'ekt haqida ma'lumot olish va qayta ishlash texnologiyasi.

Ilova sifatida lidar shamol va suv muhitini masofadan zondlash uchun optik lokator hisoblanadi. Shuningdek, yetakchilarga qattiq jismlar haqidagi ma’lumotlarni masofadan turib olish imkonini beruvchi optik lokatorlar keltiriladi.

Lidarlar talabga ega va ularda ishlatiladigan lazerlarning afzalliklari mashhurligidan foydalanadi:

· Vibratsiyaning kogerentligi

· Kam miqdordagi qayta lavozimga ko'tarilish va natijada bo'linish orqali oz miqdorda xarajatlar mavjud

· Mittning tarangligi va mashhurligi

Ushbu hokimiyatlarning umumiyligi radarni yuzlab metrdan bir necha kilometrgacha bo'lgan masofalarda ajralmas qiladi.

Lidar printsipi

Lazerning impulsli tarqalishi atmosferaga chiqariladi. Keyin, atmosfera tomonidan burilish yo'nalishi bo'yicha tarqalib, tebranish teleskop tomonidan yig'iladi va signallarni keyingi raqamlashtirish bilan fotoreseptsiya orqali qayd etiladi.

Pulse LEDAR optik telefoto linzalari

Lidar sekundiga 150 000 impulsgacha bo'lgan chastotada ob'ektga (sirtga) lazer tarqalishining tez, qisqa pulslarini chiqaradi. Qurilmadagi sensor pulsni aylantirish uchun zarur bo'lgan vaqtni o'lchaydi. Nur barqaror va ko'rinadigan suyuqlik bilan qulab tushadi, shuning uchun lidar ular orasidagi sirtlarni yuqori aniqlik bilan hisoblashi mumkin.

Impulsli lidarlarning ikkita asosiy toifasi mavjud: mikropuls va yuqori energiyali tizimlar.

Micropulse LEDlar yanada intensiv kompyuter texnologiyalari va katta hisoblash imkoniyatlari bilan ishlaydi.

Ushbu lazerlar kamroq intensiv va "ko'zlar uchun xavfsiz" deb tasniflanadi, bu ularni hech qanday maxsus sayohatlarsiz amalda qo'llash imkonini beradi.

Yuqori impuls energiyasiga ega lidarlar asosan atmosferani kuzatish uchun ishlatiladi, lekin ular ko'pincha atmosferaning balandligi, intensivligi va qalinligi, atmosfera zarralarining kuchi, harorat, bosim, shamol kabi atmosferaning turli parametrlarini o'lchash uchun ishlatiladi. , iqlim va atmosferadagi gazlar konsentratsiyasi.

LIDAR boshqaruvi

Ko'pgina lidarlar uch qismdan iborat:

· O'tkazish mumkin bo'lgan qism

Priymalna qismi

· Boshqarish tizimi

Lidarning uzatuvchi qismi (a) lazer va chiqish lazer nurini shakllantirish uchun optik tizim bilan birlashtirilgan, keyin. chiqish nurining o'lchamini va nurning bo'linishini nazorat qilish.

Ko'pgina hollarda, dizayn lazer sifatida xizmat qilish uchun mo'ljallangan bo'lib, u yuqori zichlikdagi yorug'likning qisqa pulslarini hosil qiladi. Impulslarning davriyligi yoki modulyatsiya chastotasi ikkita ketma-ket impulslar orasidagi pauza hech bo'lmaganda maqsad uchun kam bo'lmasligi uchun tanlanadi (bu jismoniy jihatdan bundan keyin ham amalga oshirilishi mumkin, qanday radius sozlanmaydi). Tebranish uzoq vaqt davomida lazer funktsiyasida saqlangan va xavfsizlik va maxfiylik uchun ishlatilishi mumkin; Nd: YAG lazerlarining eng keng tarqalgan muammosi:

1550 nm - tungi vannaning odatiy qurilmalariga emas, balki inson ko'ziga ko'rinmaydigan infraqizil tebranish. Korpuslarni to'r yuzasiga qaratib bo'lmaydi, shuning uchun 1550 korpus uchun travmatik chegara sezilarli darajada yuqori, qisqaroq korpuslar uchun pastroq. Biroq, ko'zlarga zarar etkazish xavfi aslida ko'proq, ko'rinadigan yorug'lik ta'sirida bo'lganlarda kamroq - ko'z nurlanishga javob bermaganligi sababli, u insonning tabiiy quritish refleksiga javob bermaydi.

1064 nm - ko'zga ko'rinmaydigan, ammo tungi kosa qurilmalari tomonidan aniqlangan neodimiy va terbium lazerlarining yaqin infraqizil nurlanishi.

532 nm - yashil tebranish neodimiy lazer, u suv massalarini samarali "teshadi"

355 nm - ultrabinafsha tebranish yaqinida

Qabul qiluvchi qism (b) linza (teleskop), spektral va/yoki kosmik filtrlar, qutblanish elementi va fotodetektordan iborat. Tebranish, kuzatilayotgan ob'ektdan tarqalgan yorug'lik tegishli optika (teleskop) yordamida to'planadi va keyin spektr analizatoridan o'tkaziladi. Ushbu qurilma ehtiyotkorlik bilan amalga oshiriladigan dovjinlar oralig'ini ko'rish va shuning uchun boshqa hvillarning fon tebranishini oshirish uchun xizmat qiladi. Analizator katlamali, yuqori darajada moslashtirilgan mono- yoki polixromator yoki lazer uzatishning oxirgi bosqichida o'zgaruvchan filtrni o'z ichiga olgan yuqori sifatli filtrlar to'plami bo'lishi mumkin.

Viprominuvach va asosiy blok bitta blokda bir yoki boshqasidan uzoqda bo'lishi mumkin, shuning uchun qolgan taqdirlar eng muhimi. Qabul qiluvchi va uzatuvchi o'qlar ulanishi mumkin (koaksiyal sxema) yoki ajratilgan (ikki eksenli sxema).

Nazorat tizimi (tizimlari) quyidagi elementlarni o'z ichiga oladi:

* Lidarning ish rejimini boshqarish;

* Lazerli zondlash chastotasini nazorat qilish;

* Chiqishdagi energiya tebranishi va ikkala chastotada olingan ikki chastotali lazer nurlari;

* Natijalarni qayta ishlash, keyin. atmosferaning spektral xususiyatlarini aniqlash, kompyuter ma'lumotlar bazasida aniq ko'rinadigan molekulalarning "spektral portretlari" ortidagi uylarning ko'rinishi va kontsentratsiyasini aniqlash;

* Lidarni kuzatuv ob'ektiga yo'naltirish tizimini amalga oshirish.

Tergov jarayonida men turli rahbarlar tomonidan qo'llaniladigan linzalarning sxemalarini ko'rib chiqishga qaror qildim.

Optik sensor - lidar (Light Detection and Ranging-dan lidar, so'zma-so'z) tiqilib qoladi yorug'lik ochildi va sezilarli ko'rinish). Sensor infraqizil diapazonda elektromagnit signallarni aniqlaydi, ular old tomonda turgan ob'ekt (avtomobil)gacha bo'lgan masofani, shuningdek, uning suyuqligini aniqlaydi. Lidar yo'l belgilarining atmosferasidagi biologik zarralarni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.

O'z vazifalari uchun etakchi avtomobil radariga alternativa sifatida ishlaydi, aks holda ma'lum lazer radar. Ledarning afzalliklari kichikroq o'lcham(har qanday joyga o'rnatilishi mumkin), katta ajratish maydoni (taxminan 180 °), sezilarli ta'sir radiusi (250 m gacha) va nisbatan past diapazon. Infraqizil almashinuvlar inson ko'zi uchun xavfsiz ekanligi isbotlangan.

Hozirgi vaqtda lazer radarlari yo'l topografiyasining o'zgarishiga sezgir (o'zgarishlar yo'l sirtidan paydo bo'lishi va ma'lumot berishi mumkin). Lidarning samaradorligi yomon ob-havo sharoitida (yomg'ir, qor, tuman), shuningdek sensori tiqilib qolganda kamayadi.

Denso, Continental, Siemens, Hella kompaniyalari yetakchi ishlab chiqaruvchilar hisoblanadi. Lazer radar Nissan, Toyota avtomobillarining adaptiv kruiz nazorati tizimida, Mercedes-Benz, Toyota-ning faol tungi ogohlantirish tizimida, Volvoning avtomatik favqulodda galvanizatsiya tizimida (City Safety tizimi) ishlatiladi.

Ob'ektni aniqlash samaradorligini oshirish uchun etakchini radar yoki avtomobil videokamerasi bilan birlashtirish mumkin. Avtomatik avtoturargoh tizimlari ham lidarsiz ishlamaydi.

LIDAR boshqaruvi

Avtomobil ledarining dizayni quyidagi elementlarni o'z ichiga oladi: uzatish, modulyator, qabul qiluvchi, optik element, kuchaytirgich, analog-raqamli konvertor va mikroprotsessor.

Etkazishning roli infraqizil tebranishlarni uzatishga xizmat qiluvchi lazer diodi tomonidan belgilanadi. Infraqizil tebranish modulyatorda modulyatsiya qilinadi, u kerak bo'lganda uning intensivligini o'zgartiradi. Modulyatsiya turiga ko'ra uzluksiz va impulsli harakatning yetakchilari ajratiladi. Infraqizil tebranishning impuls modulyatsiyasi yanada rivojlangan. Vibratsiya samaradorligini oshirish uchun yuqori impulsli texnologiya qo'llaniladi (bir vaqtning o'zida ko'plab impulslarni uzatish).

Yorug'lik impulsi, keyin esa uning tasviri optik elementdan o'tadi. Yaratilgan impuls fotodiod tomonidan qabul qilinadi va elektr signaliga aylanadi. Keyin signal kuchaytiriladi, qo'shimcha ADC (analog-raqamli konvertor) yordamida "raqamli" ga aylanadi va keyin mikroprotsessor tomonidan qayta ishlanadi.

Dizayndagi farqdan qat'i nazar, lidarning ishlash printsipi radarga o'xshaydi. Lidar to'g'ridan-to'g'ri infraqizil nurni nishonga oladi. Yorug'lik ko'pincha suvdan miltillaydi va tez-tez tarqaladi. Yaratilgan impuls orqaga buriladi, bu erda fotodiod olinadi. Fotodioddagi oqim kiruvchi yorug'lik bilan proportsionaldir. Qabul qilingan raqamli signal asosida protsessor qaerga borishni va uning transport qurilmasiga likvidligini aniqlaydi.

Ledarning yuqori gorizontal va vertikal qismlariga transmissiya konfiguratsiyasining keng diapazoni orqali erishish mumkin, ularga bir necha usullar bilan erishish mumkin - aylanuvchi oyna aylanishlari va uzatmalarni almashtirish orqali.

Mavzu bo'yicha talabaning (UNIRS) ilmiy tadqiqot ishi:

"LED linzalarining ko'zgu sxemalari"

Sankt-Peterburg

Kirish

1. Lidarning ishlash printsipi

2. LIDAR boshqaruvi

3. Rahbarlar linzalarining optik dizaynlari

3.1 Nyuton linzalari

3.2 Kassegrain linzalari

3.3 Gregorning linzalari

Visnovok

Kirish

"Lidar" atamasi inglizcha yorug'likni aniqlash, aniqlash va diapazonini aniqlash (qo'shimcha yorug'lik yordamida kashf qilish va diapazon) iborasining qisqartmasi.

Lidar - ko'rinadigan va ko'rinadigan o'rtadagi yorug'lik va yorug'lik ko'rinishini aniqlaydigan faol optik tizimlar yordamida uzoqdagi ob'ekt haqida ma'lumot olish va qayta ishlash texnologiyasi.

Ilova sifatida lidar shamol va suv muhitini masofadan zondlash uchun optik lokator hisoblanadi. Shuningdek, yetakchilarga qattiq jismlar haqidagi ma’lumotlarni masofadan turib olish imkonini beruvchi optik lokatorlar keltiriladi.

Lidarlar talabga ega va ularda ishlatiladigan lazerlarning afzalliklari mashhurligidan foydalanadi:

· Vibratsiyaning kogerentligi

· Kam miqdordagi qayta lavozimga ko'tarilish va natijada bo'linish orqali oz miqdorda xarajatlar mavjud

· Mittning tarangligi va mashhurligi

Ushbu hokimiyatlarning umumiyligi radarni yuzlab metrdan bir necha kilometrgacha bo'lgan masofalarda ajralmas qiladi.

1. Lidarning ishlash printsipi

Lazerning impulsli tarqalishi atmosferaga chiqariladi. Keyin, atmosfera tomonidan burilish yo'nalishi bo'yicha tarqalib, tebranish teleskop tomonidan yig'iladi va signallarni keyingi raqamlashtirish bilan fotoreseptsiya orqali qayd etiladi.

Pulse LEDAR optik telefoto linzalari

Lidar sekundiga 150 000 impulsgacha bo'lgan chastotada ob'ektga (sirtga) lazer tarqalishining tez, qisqa pulslarini chiqaradi. Qurilmadagi sensor pulsni aylantirish uchun zarur bo'lgan vaqtni o'lchaydi. Nur barqaror va ko'rinadigan suyuqlik bilan qulab tushadi, shuning uchun lidar ular orasidagi sirtlarni yuqori aniqlik bilan hisoblashi mumkin.

Impulsli lidarlarning ikkita asosiy toifasi mavjud: mikropuls va yuqori energiyali tizimlar.

Micropulse LEDlar yanada intensiv kompyuter texnologiyalari va katta hisoblash imkoniyatlari bilan ishlaydi.

Ushbu lazerlar kamroq intensiv va "ko'zlar uchun xavfsiz" deb tasniflanadi, bu ularni hech qanday maxsus sayohatlarsiz amalda qo'llash imkonini beradi.

Yuqori impuls energiyasiga ega lidarlar asosan atmosferani kuzatish uchun ishlatiladi, lekin ular ko'pincha atmosferaning balandligi, intensivligi va qalinligi, atmosfera zarralarining kuchi, harorat, bosim, shamol kabi atmosferaning turli parametrlarini o'lchash uchun ishlatiladi. , iqlim va atmosferadagi gazlar konsentratsiyasi.

2 . LIDAR boshqaruvi

Ko'pgina lidarlar uch qismdan iborat:

· O'tkazish mumkin bo'lgan qism

Priymalna qismi

· Boshqarish tizimi

Lidarning uzatuvchi qismi (a) lazer va chiqish lazer nurini shakllantirish uchun optik tizim bilan birlashtirilgan, keyin. chiqish nurining o'lchamini va nurning bo'linishini nazorat qilish.

Ko'pgina hollarda, dizayn lazer sifatida xizmat qilish uchun mo'ljallangan bo'lib, u yuqori zichlikdagi yorug'likning qisqa pulslarini hosil qiladi. Impulslarning davriyligi yoki modulyatsiya chastotasi ikkita ketma-ket impulslar orasidagi pauza hech bo'lmaganda maqsad uchun kam bo'lmasligi uchun tanlanadi (bu jismoniy jihatdan bundan keyin ham amalga oshirilishi mumkin, qanday radius sozlanmaydi). Tebranish uzoq vaqt davomida lazer funktsiyasida saqlangan va xavfsizlik va maxfiylik uchun ishlatilishi mumkin; Nd: YAG lazerlarining eng keng tarqalgan muammosi:

1550 nm - tungi vannaning odatiy qurilmalariga emas, balki inson ko'ziga ko'rinmaydigan infraqizil tebranish. Korpuslarni to'r yuzasiga qaratib bo'lmaydi, shuning uchun 1550 korpus uchun travmatik chegara sezilarli darajada yuqori, qisqaroq korpuslar uchun pastroq. Biroq, ko'zlarga zarar etkazish xavfi aslida ko'proq, ko'rinadigan yorug'lik ta'sirida bo'lganlarda kamroq - ko'z nurlanishga javob bermaganligi sababli, u insonning tabiiy quritish refleksiga javob bermaydi.

1064 nm - ko'zga ko'rinmaydigan, ammo tungi kosa qurilmalari tomonidan aniqlangan neodimiy va terbium lazerlarining yaqin infraqizil nurlanishi.

532 nm - yashil tebranish neodimiy lazer, u suv massalarini samarali "teshadi"

355 nm - ultrabinafsha tebranish yaqinida

Qabul qiluvchi qism (b) linza (teleskop), spektral va/yoki kosmik filtrlar, qutblanish elementi va fotodetektordan iborat. Tebranish, kuzatilayotgan ob'ektdan tarqalgan yorug'lik tegishli optika (teleskop) yordamida to'planadi va keyin spektr analizatoridan o'tkaziladi. Ushbu qurilma ehtiyotkorlik bilan amalga oshiriladigan dovjinlar oralig'ini ko'rish va shuning uchun boshqa hvillarning fon tebranishini oshirish uchun xizmat qiladi. Analizator katlamali, yuqori darajada moslashtirilgan mono- yoki polixromator yoki lazer uzatishning oxirgi bosqichida o'zgaruvchan filtrni o'z ichiga olgan yuqori sifatli filtrlar to'plami bo'lishi mumkin.

Viprominuvach va asosiy blok bitta blokda bir yoki boshqasidan uzoqda bo'lishi mumkin, shuning uchun qolgan taqdirlar eng muhimi. Qabul qiluvchi va uzatuvchi o'qlar ulanishi mumkin (koaksiyal sxema) yoki ajratilgan (ikki eksenli sxema).

Nazorat tizimi (tizimlari) quyidagi elementlarni o'z ichiga oladi:

* Lidarning ish rejimini boshqarish;

* Lazerli zondlash chastotasini nazorat qilish;

* Chiqishdagi energiya tebranishi va ikkala chastotada olingan ikki chastotali lazer nurlari;

* Natijalarni qayta ishlash, keyin. atmosferaning spektral xususiyatlarini aniqlash, kompyuter ma'lumotlar bazasida aniq ko'rinadigan molekulalarning "spektral portretlari" ortidagi uylarning ko'rinishi va kontsentratsiyasini aniqlash;

* Lidarni kuzatuv ob'ektiga yo'naltirish tizimini amalga oshirish.

Tergov jarayonida men turli rahbarlar tomonidan qo'llaniladigan linzalarning sxemalarini ko'rib chiqishga qaror qildim.

3 . Rahbarlar linzalarining optik dizaynlari

Kuzatilayotgan ob'ektdan qaytish signali lidar linzalarining to'lib ketishi, filtrlash (fazoviy va spektral) va fotoqabul qiluvchining sezgir sensoriga yo'naltirilishi bilan bog'liq. Har bir narsa maksimal samaradorlik bilan, ob'ektiv tomonidan to'plangan yorqin yorug'lik signalini sezilarli darajada yo'qotmasdan va signalni shovqinli qiladigan barcha omillarni maksimal darajada bostirish bilan amalga oshiriladi. Primal tizim orqali kortikal signalning oddiy o'tishi va keling, ushbu tizimning teri elementini ko'rib chiqaylik.

Lazer olov ob'ektida porlaydi, uning o'lchami nurning 2 bo'linishi va R ob'ektgacha bo'lgan masofa bilan belgilanadi: D=2Rtg2R. Kaltaklangan va tarqoq materialning bir qismi rasmda ko'rsatilganidek, to'g'ridan-to'g'ri linzalar tomonidan yig'iladi: (lazer va asosiy linza).

Nurlarning haddan tashqari o'zgarishlari linzaga cho'zilgan plazma yaqinidagi nuqtada ko'rsatiladi. Katta masofalarda nuqtalar amalda bir-biriga parallel. Ob'ektivning maqsadi - alangadan etarlicha yorug'lik to'plash va olovni foto qabul qiluvchiga proyeksiya qilish. Shuning uchun, linzalarning asosiy parametrlari yorug'lik yig'ish maydoni, fokus maydoni va ko'rish maydonidir. Kosmik lidarlar uchun, agar siz atmosferaning kuzatuvchi sferalariga etib borsangiz yoki yer yuzlab kilometrlarga yetsa, katta diametri 1...3 m va undan ham ko'proq bo'lgan linzalardan foydalanish kerak, shuning uchun ayniqsa ish paytida etarlicha yorug'likdan foydalaning. kombinatsiyalangan dispersiya yoki differensial jilo rejimlarida. Diametri d va fokus uzunligi f" linzaning yorqinligini bildiradi (ko'z diafragma d/f"). Tizim qanchalik yorqinroq bo'lsa, u ishlab chiqaradigan tasvir hajmi shunchalik kichik bo'ladi. Ob'ektivning ko'rish maydoni linzaning oxirgi nuqtasi linzaning kirish zonasining markazidan o'tadigan nuqta bilan aniqlanadi (rasmda). Tasvirning o'lchami (foto qabul qiluvchining o'lchamidan katta emas), ekvivalent fokus uzunligi (qabul qiluvchining spektral birligida qo'shimcha qayta dizayn elementlarini joylashtirish bilan) va 2a = 2f munosabatlari bilan bog'liq ko'rish maydoni " tg, bu esa ma'lum sxemalar uchun parametrlarni tanlash va kerakli elementlarni tanlash imkonini beradi.Ba'zi hollarda plazma to'g'ridan-to'g'ri o'rtada joylashgan fotoperformatorga emas, balki maydonni o'rab turgan maydon diafragmasining tekisligiga (birinchi rasm) proyeksiyalanadi. Ob'ektivning ko'rinishi.Dala diafragmasining o'lchamlarini sozlash orqali siz plazmaning samarali hajmini loyihaga muvofiq o'zgartirishingiz mumkin Boy tarqalgan yorug'lik tufayli shovqinni skrining uchun foto-akseptor mavjud. ob'ektivning o'rtasida porlash bilan kurashish usuli va tebranish diafragma minimal o'lchamini saqlab qoladi Diafragma ìrísí yoki turli diametrli teshiklari bo'lgan diskdir.

Rahbar uzoq ob'ektlar bilan ishlaganligi sababli, ob'ektiv tasvirlarning oxirgi ko'rinishga (fokus tekisligida) amalda burilmaganligi uchun javobgardir. Tobto. vikorystvuyutsya telelinzalar. Telefoto linzalarining optik dizayni tasvirning chetidagi aberratsiya yorug'lik yo'qotishlari (dala diafragma bilan vinyetka) tufayli minimal yoki ko'zni quvontirishi mumkinligi bilan bog'liq. Masofa o'lchagichlar, skanerlar va batimometrlar kabi tizimlarda linzalarning diametri kichik - 15 dan 150 mm gacha. Shuning uchun linzalar linzalar deb ataladi.

Rahbarlar izlayotgan maqsadlar:

· Ko'zgular (reflektorlar) - oynaning yorug'lik yig'uvchi elementi sifatida vikorista.

· Oyna-linzalar (katadioptrik) - optik elementlarning ikkala oyna va linzalar bilan qanday birlashtirilganligi. Xuddi shu o'lchamdagi linzalar asosiy oynaga mos kelishi mumkin va u tomonidan yaratilgan tasvirni tuzatishga xizmat qiladi.

Ko'zgularni engilroq qilish mumkin, bu aviatsiya va ayniqsa kosmik tizimlar uchun muhimdir. Ko'zgu tizimlari klassik teleskop sxemalariga amal qiladi: Nyuton, Gregor va Kassegrain. Dastlabki fokusdan so'ng, linzalarning linzalari aqliy ravishda hizalanadi, bu asosiy tizimda qo'shimcha optika mavjudligini anglatadi. Oyna tizimlari Nyuton sxemasiga o'xshash markaziy ekranga ega bo'lib, u o'qga qaratilgan. Bir kilosekundlik kichik ko'rish maydonlari va kichik diafragma teshiklari (d/f" 1:10 dan kam) bilan Nyuton sxemasida paraboloidni almashtirish iqtisodiy ishlov berish uchun muhim bo'lgan sharni yaratishdir.Kichik vositalar orqali, tasvirning aniqligiga qadar (talablar Agar siz energiyani tejashingiz mumkin bo'lsa), inodeni sharsimon ikkilamchi giperbolik oyna bilan almashtirish mumkin, shuningdek, bosh sferik oyna va ikkilamchi yuqori tartibli asferik oynaga ega Kassegrain tipidagi sxemalar uchun variantlar mavjud. , masalan, ajoyib teleskoplari bo'lgan kosmik rahbarlar uchun.

Lazer va birlamchi teleskopni o'zaro sozlash variantlari:

Optik o'qlarni birlashtirishning birinchi sxemasi diagonali tekis oynaning tekis yuzasiga ega. Boshqa sxemada birlamchi teleskop vikorizatsiya qilinadi va teleskopning kuchini oshiradigan tarzda shakllantiriladi (aks holda lazer nurlari juda katta farq qiladi). Bundan tashqari, u muqarrar ravishda vikorystannaya orqali pul sarflashi kerak bo'ladi. Uchinchi sxemada asosiy va diagonal (yoki ikkilamchi) nometalllarda teshiklar mavjud. Markaziy zonalar har doim faol emas. Shuningdek, siz lazer va teleskopning o'qlari mos kelmaydigan sxemalardan foydalanishingiz mumkin - parallel yoki o'zaro moyil. Bunday sxemalar lazer nurining energiyasini iloji boricha samarali so'rilishiga imkon bermaydi, lekin o'qda (pastki ko'rish maydoni) yorqin dog'lar paydo bo'lishi mumkin, bu esa qabul qiluvchining haddan tashqari to'yinganligini keltirib chiqarishi mumkin. Energiya uzilishlari bo'lsa, lazer nurida energiyaning Gauss taqsimoti tiklanishi kerak.

3.1 Nyuton linzalari

Ushbu sxema 1668 yilda Isaak Nyuton tomonidan kashf etilgan. Bu erda bosh (parabolik) oyna to'g'ridan-to'g'ri markazga yaqin joylashgan kichik tekis diagonal oynaga proyeksiyalanadi. Bu erda quvurlar orasidan bir guruh suv chiqariladi va u asosiy qurilmaga qo'llaniladi.

Ushbu sxema minimal miqdordagi optik elementlarni o'z ichiga oladi, bu sozlash qulayligini, nometallni qayta ishlashning arzonligini va kam tayyorgarlik vaqtini ta'minlaydi. Ko'zgu boshi, uning katta o'lchamlari tufayli, termal stabilizatsiya uchun bir soat kerak bo'ladi. Bundan tashqari, vaqti-vaqti bilan ko'zgularni sozlash kerak, bu tashish paytida va ish paytida amalga oshirilishi mumkin. Aberatsiya komasi tufayli tizim samarasiz.

Nyutonning linzalari boy rahbarlarda ta'kidlangan, keling, ulardan ba'zilarini ko'rib chiqaylik:

1) Bagatokhvilovy Romanivskiy rahbari MRL-400

Ushbu robotli lidarning asosini yorug'likning kombinatsiyalangan dispersiyasi fenomeni (Raman effekti) tashkil etadi - optik tarqalishning nutq molekulalarida (qattiq, noyob yoki gazga o'xshash) uzluksiz tarqalishi, bu chastotalarning sezilarli o'zgarishi bilan birga keladi. Tarqalgan yorug'lik spektri birlamchi (uyg'onuvchi) yorug'lik spektrida mavjud bo'lmagan spektral chiziqlarni ko'rsatadi. Chiziqlar soni va joylashuvi nutqning molekulyar tovushi bilan ko'rsatiladi.

Vibratsiyali lazer teleskopi parabolik parabolik oyna kolimatori tomonidan teleskopiklanadi. Lazer kollimator bilan birgalikda birlamchi teleskopga o'rnatilgan bo'lib, u istalgan joydan gorizontgacha ko'rish imkonini beradi.

MRL-400 lidarining tuzilishi

Dzherelo takomillashtirilgan: Nd:YAG Quantel Brilliant lazer uchinchi garmonik generator bilan

Har bir zarba uchun energiya: 300/300/200 mJ - 1064/532/355 nm

Takrorlash chastotasi: 10 Hz

Kuchaytiruvchi koeffitsienti 5 bo'lgan parabolik oyna kolimatori. Dielektrik oyna qoplamalari kollimatorning 355, 532, 1064 nm chastotada ishlashini ta'minlaydi.

Diafragma 400 mm va fokus uzunligi 1200 mm bo'lgan Nyuton teleskopi.

2) Bagatochvili aerozol yetakchisi PL-200

PL-200 lidarining tuzilishi

Dzherelo kombinatsiyasi: uchinchi harmonik generatorli Nd: YAG lazer.

355 nm da energiya: 70 mJ

Takrorlash chastotasi: 25 Hz

Nurni ajratish:< 1 мрад

Kollimator: Dielektrik qoplamali interaksiyali parabolik kollimator va tebranish dovjinlarini bir soatlik teleskopik (1064, 532, 355 nm) uchun 5 qiymatga ko'tarilgan koeffitsienti.

Lidar 300 mm diafragma bilan Nyuton teleskopini skanerlaydi. Bosh oynasi parabolik bo'lib, fokus uzunligi 970 mm.

3.2 Kassegrain linzalari

Boule sxemasi 1672 yilda Laurent Cassegrain tomonidan yaratilgan. Kattaroq diametrli bosh oynasi (burchakli; asl nusxada u ko'proq parabolik) kichikroq diametrli ikkinchi oynada tarqaladi (shuning uchun u giperbolik). Ikkilamchi oyna asosiy oyna o'rtasida harakatlanadi va ikkinchi ko'zgu to'liq fokusli va ob'ektiv asosiydan kattaroq, pastroq. Bir xil diametrli va fokus uzunligiga ega bo'lgan linza, ehtimol, kolba uzunligining yarmiga va Gregorga qaraganda bir oz kamroq ekranga ega. An'anaviy Cassegrain reflektori virobnitstvoda (ko'zgularning katlanadigan yuzalari - parabola, giperbola) yig'iladi, shuningdek, noto'g'ri tuzatilgan koma aberatsiyasiga ega bo'lishi mumkin. Cassegrain sxemasining turli xil modifikatsiyalarida qolgan bir nechta tuzatishlar.

Kassegrain sxemasiga asoslangan ko'zgu linzalari ularning ixchamligi va katta fokus uzunligi tufayli eng katta mashhurlik bilan bog'liq.

Keling, asosiy teleskop Kassegrain sxemasi ortidagi ilhomga asoslangan rahbarlarning harakatlarini ko'rib chiqaylik:

1) MVL-60 statsionar lidar kompleksi

Boy lider MVL-60 dovzhins hvil 1064 (ICH), 532 (yashil) va 355 (UV) da ishlaydigan lazer yordamida atmosfera aerozollari va atmosferadagi bulutli moddalarning xususiyatlarini operativ masofadan tahlil qilish uchun ishlatiladi. nm.

Lidarning asosiy antennasi teleskop bo'lib, ko'pincha Nyuton yoki Kassegrain sxemasiga asoslangan oynadir. Bosh parabolik oyna diametri 60 sm bo'lgan MVL-60 lidar teleskopi shunga o'xshash sxemalarni amalga oshiradi.

Teleskopda lidarning asosiy antennasida ishlaganda, olingan lazer signali birlamchi parabolik oynaga, so'ngra ikkilamchi giperbolik oynaga, so'ngra parabola markazidagi teshik orqali uzatilganda Kassegrain sxemasi amalga oshiriladi. Analizator blokiga alohida oyna o'rnatilgan va kompyuter tomonidan ro'yxatga olinadi.

Teleskopda standart astronomik qurilma sifatida ishlaydigan Nyuton sxemasi amalga oshiriladi: butun bosh parabolik oynaning optik linzalariga tekis oyna kiritiladi, so'ngra tasvir bosh oynasi tomonidan 90 gradusda ko'rsatiladi. teleskopning aylanadigan og'irligini almashtiring. Ushbu Nyuton fokusida yorqin osmon tasvirlarini olish uchun okulyar yoki videokamerani joylashtirishingiz mumkin.

2) Raman kanallaridan Bagatokhvili lidar

Viprominuvac puls: Nd:YAG lazer

Dovzhyna xvili: 1064, 532 va 355 nm

Impuls energiyasi: 100/55/30 mJ

Pulsning davomiyligi: 10 ns

Impuls yuborish chastotasi: 10 Hz

Lazer nurlarining diametri (kengaytmalar): 50 mm

Lazer intensivligini taqsimlash: 0,3 mrad

Teleskop (diametri): Kassegrain, 300 mm asosiy oyna

Chiqib ketish tomoni: 0,6 - 5 mrad

Dovzhini hvil bahor rossiyuvannya: 1064, 532, 532 depolarizatsiya va 355 nm.

Ramanivski Dovzhyny Hvils: 387, 407, 607 nm

3 . 3 Gregorning linzalari

Ushbu diagramma 1663 yilda Jeyms Gregori tomonidan topilgan. Gregor sistemasida bosh qiyshiq parabolik oynadan to'g'ridan-to'g'ri fotoprimal moslamaning nurini ifodalovchi bir oz qiyshiq elliptik oynaga proyeksiya bosh oynaning markaziy ochilishida joylashgan. Ikkilamchi oynaning mavjudligi fokus uzunligini oshiradi va shu bilan yuqori kattalashtirishni suratga olish imkonini beradi.

Gregori sxemasiga ko'ra ishlab chiqilgan oddiy teleskopning o'lchami kattaroq, pastki Nyuton teleskopi va hatto ikki baravar katta, pastki Cassegrain ob'ektivi ko'proq skrining, oson sozlash va tejash, transport uvannya va ekspluatatsiya zagalomga ega.

Ushbu sxema Nyuton va Kassegrain sxemalari kabi keng ko'lamli bo'lib qolmadi, chunki boshqa teng bo'lganlar bilan ko'proq umumiyliklar mavjud va u ba'zi bir aniq holatlarda muhokama qilinadi.

Visnovok

Lidarlarda ishlatiladigan oyna linzalarini o'zgartirish va turli sxemalarni bir-biriga moslashtirish jarayonida men quyidagi konturni yaratdim:

SLR linzalari bir qator afzalliklarga ega (linzalar bilan teng):

* Yuqori yorug'lik va alohida binolar

* Ko'zgularda xromatik aberatsiyalarning yo'qligi

* Yuqori yorug'lik o'tkazuvchanlik koeffitsienti

* Ko'zgu tizimlarining nisbatan noto'g'ri dizayni bilan sferik aberatsiyani to'liq tuzatish mumkin

* Ko'zgu tizimlari burishma yuzalariga qarshilik ko'rsatmaydi va shuning uchun spektrning IQ va UV mintaqalarida yaqin joyda foydalanish uchun javob beradi.

Bundan tashqari, oyna linzalari ajinlar va kamchiliklarga ega:

* Ko'zgularning asferik yuzalarini tayyorlash va nazorat qilishning katlanuvchanligi

* Oyna tizimlarini sozlash oson

* Katta ko'zgularning ko'tarilishi bilan bog'liq katlama (ob-havo ongining oqimi, termal stabilizatsiya zarurati)

* Ko'zgu tizimlari, qoida tariqasida, juda o'zgarib turadi, bu tizimning maydonini o'zgartiradi. Bu oyna-linzali davrlarning turg'unligi bilan bog'liq.

Shunga o'xshash hujjatlar

Prizma monokulyar: tushunchasi, ahamiyati, dizayn xususiyatlari. O.Malafeev tomonidan prizma sistemali monokulyarlarning optik konstruktsiyasini ko'rib chiqish, asosiy elementlar: linzalar, okulyar. O'zgarishlarning aylanish jarayonida prizma bilan okulyarning aberatsiya rivojlanish bosqichlari.

kurs ishi, 01/18/2013 qo'shing


Optik tizimning o'lchovli joylashuvi. Mikroskop komponentlarini astarlash. EOMdagi linzalarning optik tizimini kuzatish. Rozraxunok konstruktiv hokimiyat. Ob'ektivning raqamli diafragma keng. Gyuygens okulyarining optik parametrlari.

kurs ishi, 03/19/2012 qo'shing


Kamera optik qurilmaga o'xshaydi. Fotosurat ob'ektiviga e'tibor qarating. Fotosurat ob'ektivining ko'rish maydoni. Ob'ektiv yorqin edi. Shaffof qoplama. Drenaj teshiklarining standart qatori. Alohida foto linzalari va giperfokal stend.

taqdimot, qo'shimcha 01/30/2015


Optik qurilmalar bozori kengayib bormoqda. Tasvir kontrasti usullari. Mavzu yon tomonga egilgan. Zaxista qo'shing. Prizmalar va oynalar tizimi. Rahunkov kameralari va tebranish moslamalari. Hozirgi metallurgiyaning bevosita mikroskoplari.

referat, qo'shimcha 27/11/2014


Ideal optik tizim. Prizmani sozlang, ko'zoynakni tanlang. Optik tizim aksimetrikdir. Dizayn parametrlari, linzalarning aberatsiyasi va prizmasi. Monokulyar aberatsiyalarni yo'q qilish. O'rindiq to'rini bo'shatish. Ob'ektlarning uchta bo'sh joyi.

robot boshqaruvi, 2013-02-10 qo'shing


Yorug'lik mikroskoplarining turlari, ularning to'liq to'plami. Mikroskopni o'rganish va ko'rish qoidalari. Optik qurilmalarda qo'zg'almas linzalarning tasnifi. Yorug'lik mikroskoplarining immersion tizimlari va kamar kameralari. Tasvir kontrasti usullari.

referat, qo'shimcha 10/06/2014


Kemasozlikni rivojlantirishda elektrotexnikaning roli. Funktsional diagramma sincap-kafesli rotorli asenkron motorni boshqarish. Robot printsipi elektr zanjirlari muxlis Elektr zanjirlari, materiallar va asboblarni o'rnatish texnologiyasi.

kurs ishi, 12/12/2009 qo'shing


Arkadyev-Mraks sxemasi asosida gaz bilan to'ldirilgan impulsli kuchlanish generatorining asosiy sxemalarini nazariy tahlil qilish. Chiqarish sxemasini loyihalash GIN, aperiodiklik uchun tushirish sxemasi. GIN ning oqimi va kuchlanishining tebranishi. Konstruktiv ravishda vikonannya emas.

kurs ishi, 04/19/2011 qo'shing


Kuchlanish impulslari generatori sxemalarini va konstruktiv dizayn sxemalarini tanlash. Jeneratorning tushirish sxemasini loyihalash, tushirish, frontal va damper tayanchlari, impulsli burg'ulash moslamasining kommutatorlari. Elektr sxemalarini loyihalash va o'rnatish.

kurs ishi, 29.11.2012 qo'shing


Bular elektron signallarni optik signallarga aylantiradigan va odamlar uchun qulay tasvirlarni ishlab chiqaradigan qurilmalar kabi elektron-optik konvertatsiya qurilmalari bo'yicha amaliy tadqiqotlar yo'nalishlari. Qurilma, maqsad va maqsad, harakat tamoyili.