Лида р транслитерация

Реферат

англ. Light Identification, Detection and Ranging ) — технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеивания в прозрачных и полупрозрачных средах.

Сканирующие лидары

Устоявшийся перевод LIDAR как «лазерный радар» не вполне корректен, так как в системах ближнего радиуса действия (например, предназначенных для работы в помещениях), главные свойства лазера: когерентность, высокая плотность и мгновенная мощность излучения — не востребованы, излучателями света в таких системах могут служить обычные светодиоды. Однако, в основных сферах применения технологии (исследование атмосферы, геодезия и картография) с радиусами действия от сотен метров до сотен километров, применение лазеров неизбежно.


1. История

Аббревиатура LIDAR впервые появилась в работе Миддлтона и Спилхауса «Метеорологические инструменты» 1953 года, задолго до изобретения лазеров. [1] Первые лидары использовали в качестве источников света обычные или импульсные лампы со скоростными затворами, формировавшими короткий импульс.[2]

В 1963 году в США начались полевые испытания носимого лазерного дальномера XM-23 с мощностью излучения 2.5 Вт и диапазоном измеряемых расстояний 200-9995 м. [3] . XM-23 был изначально несекретным образцом и стал базовым прибором для гражданских исследователей 1960-х годов.[4] К концу 1960-х годов лазерные дальномеры стали стандартным оборудованием новых танков США (первым образцом, спроектированным с применением лазерных дальномеров, стал M551 Шеридан, запущенный в серию в 1967).

Гражданские применения лазерных дальномеров были ограничены лишь высокой стоимостью интегральных схем того времени.

Тогда же, в первой половине 1960-х годов, начались опыты по применению лидара с лазерным излучателями для исследования атмосферы. [5]

В 1969 году лазерный дальномер и мишень, установленная на Аполлоне-11, применялся для измерения расстояния от Земли до Луны. Четыре мишени, доставленные на Луну тремя «Аполлонами» и «Луноходом-2», и по сей день используются для наблюдения за орбитой Луны. [6] [7]

10 стр., 4569 слов

Устройство дальномера

... света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом. Рис.1 Современные модели лазерных дальномеров. электромагнитного излучения ... 1961 году, а сейчас лазерные дальномеры используются ... дальномера широко используются интегральные схемы. Излучатель, приемник и оптические элементы смонтированы в моноблоке, который имеет шкалы точного отчета азимута и угла места цели. Питание дальномера ...

В течение 1970-х годов, с одной стороны, отлаживалась технология лазерных дальномеров и компактных полупроводниковых лазеров, а с другой — были начаты исследования рассеяния лазерного луча в атмосфере. К началу 1980-х годов эти исследования стали настолько известными в академических кругах США, что аббревиатура LIDAR стала именем нарицательным — lidar , что зафиксировал словарь Уэбстера 1985 года.[2] В те же годы лазерные дальномеры достигли стадии зрелой технологии (по крайней мере, в военных приложениях) и выделились в отдельную от лидаров отрасль техники.[8]


2. Принцип действия

Принцип действия лидара не имеет больших отличий от радара: направленный луч источника излучения отражается от целей, возвращается к источнику и улавливается высокочувствительным приёмником (в случае лидара — светочувствительным полупроводниковым прибором); время отклика прямо пропорционально расстоянию до цели.

В отличие от радиоволн, эффективно отражающихся только от достаточно крупных металлических целей, световые волны подвержены рассеиванию в любых средах, в том числе в воздухе, поэтому возможно не только определять расстояние до непрозрачных (отражающих свет) дискретных целей, но и фиксировать интенсивность рассеивания света в прозрачных средах. Возвращающийся отражённый сигнал проходит через ту же рассеивающую среду, что и луч от источника, подвергается вторичному рассеиванию, поэтому восстановление действительных параметров распределённой оптической среды — достаточно сложная задача, решаемая как аналитическими, так и эвристическими методами.


3. Устройство

3.1. Излучатель

В абсолютном большинстве конструкций излучателем служит лазер, формирующий короткие импульсы света высокой мгновенной мощности. Периодичность следования импульсов или модулирующая частота выбираются так, чтобы пауза между двумя последовательными импульсами была не меньше, чем время отклика от обнаружимых целей (которые могут физически находиться дальше, чем расчётный радиус действия прибора).

Выбор длины волны зависит от функции лазера и требований к безопасности и скрытности прибора; наиболее часто применяются Nd:YAG-лазеры и длины волн (в нанометрах):

  • 1550 нм — инфракрасное излучение, невидимое ни глазу человека, ни типичным приборам ночного видения. Глаз не способен сфокусировать эти волны на поверхности сетчатки, поэтому травматический порог для волны 1550 существенно выше, чем для более коротких волн. Однако риск повреждения глаз на деле выше, чем у излучателей видимого света — так как глаз не реагирует на ИК излучение, то не срабатывает и естественный защитный рефлекс человека
  • 1064 нм — ближнее инфракрасное излучение неодимовых и иттербиевых лазеров, невидимое глазу, но обнаружимое приборами ночного видения
  • 532 нм — зелёное излучение неодимового лазера, эффективно «пробивающее» массы воды
  • 355 нм — ближнее ультрафиолетовое излучение

В устройствах ближнего радиуса действия (см. Промышленные и сервисные роботы) вместо коротких импульсов может использоваться непрерывная амплитудная модуляция излучения переменным напряжением с частотой в единицы мегагерц.

7 стр., 3364 слов

Методы исследования мочевыделительной системы

... открываются протоки, несущие сперму. Методы исследования работы Мочевыделительной системы Ультразвуковое исследование (УЗИ) мочевыделительный система мочеточник мочеиспускательный Ультразвуковое исследование (УЗИ) -- неинвазивное исследование организма человека или ... На клубочковый кровоток влияют гормоны местного и системного действия. На производство мочи могут оказывать прямое или косвенное ...


3.2. Сканирующая оптика

Простейшие атмосферные лидарные системы не имеют средств наведения и направлены вертикально в зенит.

Для сканирования горизонта в одной плоскости применяются простые сканирующие головки. В них неподвижные излучатель и приёмник также направлены в зенит; под углом 45° к горизонту и линии излучения установлено зеркало, вращающееся вокруг оси излучения. В авиационных установках, где надо сканировать полосу, перпендикулярную направлению полёта самолёта-носителя, ось излучения — горизонтальна. Для синхронизации мотора, вращающего зеркало, и средств обработки принимаемого сигнала используются точные датчики положения ротора, а также неподвижные реперные риски, наносимые на прозрачный кожух сканирующей головки.

Сканирование в двух плоскостях добавляет к этой схеме механизм, поворачивающий зеркало на фиксированный угол с каждым оборотом головки — так формируется цилиндрическая развёртка окружающего мира. При наличии достаточной вычислительной мощности можно использовать жёстко закреплённое зеркало и пучок расходящихся лучей — в такой конструкции один «кадр» формируется за один оборот головки.


3.3. Приём и обработка сигнала

Важную роль играет динамический диапазон приёмного тракта. Например, приёмный тракт новейшей (2006 год) подсистемы машинного зрения MuCAR-3 с динамическим диапазоном 1:10 6 обеспечивает эффективный радиус действия от 2 до 120 м (всего 1:60).

Чтобы избежать перегрузки приёмника интенсивной засветкой от рассеивания в «ближней зоне», в системах дальнего радиуса действия применяют высокоскоростные механические затворы, физически блокирующие приёмный оптический канал. В устройствах ближнего радиуса со временем отклика менее микросекунды такой возможности нет.


4. Перспективы применения

4.1. Исследования атмосферы

Исследования атмосферы стационарными лидарами остаётся наиболее публичной отраслью применения технологии. В мире развёрнуто несколько постоянно действующих исследовательских сетей (межгосударственных и университетских), наблюдающих за атмосферными явлениями.

Измерение скорости и направления воздушных потоков, Измерение температуры атмосферы, В первом методе, Второй метод, Третий метод

Измерение температуры может проводиться так же с помощью DIAL лидара [13] , но этот метод не получил большого распространения.

Помимо научных целей и метеорологических наблюдений, активно испытываются комплексные системы мониторинга воздушных потоков в районах аэропортов. Среди практических предложений последних лет — системы автоматического управления ветрогенераторами, использующие лидары для определения силы и направления ветра. [20]

9 стр., 4473 слов

Атмосфера и методы ее исследования

... метеостанции (АРМС, КРАМС, КАСметео). Для исследования атмосферы применяются самолёты-зондировщики, самолёты-лаборатории, метеорологические и геофизические ... каждый час) на станциях производят измерение температуры, влажности воздуха, давления, выявляют наличие облачности, направления ... системы сбора и обработки метеоинформации, нужной для обеспечения полётов на всём земном шаре. 2. Состав атмосферы ...

Раннее оповещение о лесных пожарах


4.2. Исследования Земли

Вместо установки лидара на земле, где принимаемый отражённый свет будет зашумлён из-за рассеяния в загрязнённых, нижних слоях атмосферы, «атмосферный» лидар может быть поднят в воздух или на орбиту, что существенно улучшает соотношение сигнал-шум и эффективный радиус действия системы. Первый полноценный орбитальный лидар был выведен на орбиту NASA в декабре 1994 года в рамках программы LITE (Lidar In-Space Technology Experiment).

[23] [24] Двухтонный лидар LITE с метровым зеркальным телескопом, поднятый на высоту 260 км, «рисовал» на земле размытое пятно диаметром 300 м, что было явно недостаточно для эффективного отображения рельефа, и был исключительно «атмосферным».

Особо ценным оказался опыт верификации данных космической съёмки с использованием синхронных данных более 60 наземных лидаров по всему миру. [25]

Первый европейский орбитальный лидар (проект ALADIN) планируется к запуску в 2008 году. [26]

Космическая геодезия, Авиационная геодезия

Особое направление, применяемое на практике в сейсмоопасных районах США — дифференциальное измерение высот с целью выявления локальных подвижек земных масс в районе разломов. Ещё в 1996 с помощью лидара была открыта неизвестная ранее зона разлома возле Сиэтла. [30]


4.3. Строительство и горное дело

Лидары, сканирующие неподвижные объекты (здания, городской ландшафт, открытые горные выработки), относительно дёшевы: так как объект неподвижен, то особого быстродействия от системы обработки сигнала не требуется, а сам цикл обмера может занимать достаточно долгое время (минуты).

Так же, как в своё время падала стоимость лазерных дальномеров и уровней, применяемых в строительстве, следует ожидать дальнейшего снижения цен на строительные и горные лидары, — падение цен ограничено лишь стоимостью прецизионной сканирующей оптики. Типичные отрасли применения:

Маркшейдерское дело, Строительство, Архитектура


4.4. Морские технологии

Измерение глубины моря

Поиск рыбы

Спасение людей на море, Разминирование, Системы подводного зрения

В последующие годы Kaman развивало тему лидаров как в направлении повышения радиуса действия и надёжности распознавания образов, так и части новых областей применения. Например, в 1999 запатентовано использование лидаров для установления скоростной подводной связи с беспилотными подводными аппаратами (управляемыми торпедами) по оптическому каналу. [35] В 1992 были предложены индивидуальные лидары для водолазов и аквалангистов.[36] Вероятно, что существенный пласт военно-морских разработок остаётся неизвестным широкой публике.


4.5. На транспорте

Определение скорости транспортных средств, Системы активной безопасности, Беспилотные транспортные средства

С 2003 года правительство США через агентство передовых военных разработок DARPA финансирует разработку и соревнование автомобилей-роботов. Ежегодно проводятся гонки DARPA Grand Challenge; в гонке 2005 года победила машина из Стэнфорда, в основе системы зрения которой — пять лидаров направленного обзора.

7 стр., 3282 слов

Небоскрёб калька с англ

... Арабских Эмиратах — 130[12] . 1. Первые небоскрёбы William Le Baron Jenney (англ.) (англ.) 2. Самый высокий небоскрёб Практически сразу после появления первых небоскрёбов разворачивается настоящая гонка в строительстве самого ... ] 110 1973 Южная Америка Парке Сентраль Торре Эсте (англ.) русск. Каракас 225 56 1979 3.3. История высочайших небоскрёбов мира Название Год постройки Город Статус Высота (м) ...

Системы автоматической стыковки


4.6. Промышленные и сервисные роботы

Системы машинного зрения


Примечания

  1. Middleton, W. E. K, and Spilhaus, A. F., Meteorological instruments, University of Toronto, 3rd ed. 1953
  2. 1 2 Англ. Американское метеорологическое общество. Музей лидаров — www.ametsoc.org/stacpges/clas/museum.html
  3. Marcus, I. R., Rangemeter for XM23 Rangefinder, U. S. DoD report of 17/02/1964,
  4. См., например, Deitz, Paul H., Atmospheric Effects on the Beam Propagation of the XM-23 Laser Rangefinder, Laser Range Instrumentation, SPIE Proceedings Vol. 11. Bellingham, WA: Society for Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1967., p.35
  5. R. T. H. Collis, Lidar: A new atmospheric probe, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Volume 92, Issue 392, Pages 220—230, 1966
  6. Apollo Laser Ranging Experiments Yield Results. From LPI Bulletin, No. 72, NASA, August, 1994 [1] — sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/SEhelp/ApolloLaser.html
  7. Lunar Geophysics, Geodesy, and Dynamics — ilrs.gsfc.nasa.gov/docs/williams_lw13.pdf by James Williams Jean Dickey in 13th International Workshop on Laser Ranging, October 7-11, 2002, Washington, D. C.
  8. Практическая и теоретическая сторона разработок 1980-х годов зафиксирована в: Jean Rueger. Electronic Distance Measurement: An Introduction, Springer, 1990, 4th edition 1996, ISBN 978-3-540-61159-2
  9. Laser Doppler Velocimetry Applied to the Measurement of Local and Global Wind, J. M Vaughan and P. A. Forrester, Wind Engineering, Vol. 13 No. 1 1989
  10. U.S. Patent 5724125 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=5724125 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=5724125 (англ.)
  11. U.S. Patent 6634600 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=6634600 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=6634600 (англ.)
  12. Захаров В. М. Метеорологическая лазерная локация / В. М. Захаров, О. К. Костко. — Ленинград: Гидрометеоиздат, 1977. — 222 с.
  13. 1 2 3 4 Зуев В. Е. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы / В. Е. Зуев, В. В. Зуев. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. — 232 с.
  14. Кащеев Б. Л. Дистанционные методы и средства исследования процессов в атмосфере Земли / Под общ. ред. Б. Л. Кащеева, Е. Г. Прошкина, М. Ф. Лагутина. — Харьков: Харьк. нац. ун-т радиоэлектроники; Бизнес Информ, 2002. — 426 с.
  15. Lidar measurements taken with a large-aperture liquid mirror. 2. Sodium resonance-fluorescence system / P.S. Argall, O. N. Vassiliev, R. J. Sica, and et al// Applied Optics. — 2000. — Vol. 39, No. 15. — P. 2393—2400.
  16. 1 2 Лазерный контроль атмосферы / Под ред. Э. Д. Хинкли. — М.: Мир, 1979. — 416 с.
  17. Behrendt A. Combined temperature lidar for measurements in the troposphere, stratosphere, and mesosphere / A. Behrendt, T. Nakamura, T. Tsuda // Applied optics. — 2004. — Vol. 43, No 14. — P. 2930—2939.
  18. Lidar: range-resolved optical remote sensing of the atmosphere series, Springer series in optical sciences, vol. 102 / C. Weitkamp (Ed.).
    12 стр., 5645 слов

    Не следует путать с англ

    ... данный способ распределения адресов отличается от ручной настройки каждого компьютера лишь тем, что сведения об адресах хранятся централизованно (на сервере DHCP), и потому их проще изменять при ... клиента к серверу) и BOOTREPLY (2, ответ от сервера к клиенту). 1 htype Тип аппаратного адреса. Допустимые значения этого поля определены в RFC «Assigned Numbers». Например, для ...

    — New York: Springer, 2005. — 460 p.

  19. Behrendt A. Combined Raman lidar for the measurement of atmospheric temperature, water vapor, particle extinction coefficient, and particle backscatter coefficient // Applied Optics. — 2002. — Vol. 41, No 36. — P. 7657 — 7666.
  20. U.S. Patent 7281891 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=7281891 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=7281891 (англ.)
  21. U.S. Patent 4893026 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=4893026 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=4893026 (англ.)
  22. U.S. Patent 7164468 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=7164468 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=7164468 (англ.)
  23. NASA, октябрь 1994 — www.nasa.gov/centers/langley/news/factsheets/LITE.html
  24. NASA, официальный сайт программы LITE — www-lite.larc.nasa.gov/
  25. NASA, официальный сайт программы LITE, карта наземных партнёров — www-lite.larc.nasa.gov/correlmap.gif
  26. ALADIN: The First European Lidar in Space — www.mrs.org/s_mrs/sec_subscribe.asp?CID=2757&DID=155544&action=detail
  27. Официальный сайт центра береговых работ NOAA — www.csc.noaa.gov/products/sccoasts/html/tutlid.htm
  28. USGS, база данных лидарной топосъёмки — usarc.usgs.gov/lidar_dload.shtml
  29. USGS, национальная база данных высот по США — lidar.cr.usgs.gov/
  30. Blakely, R.J., Wells, R.E., and Weaver, C.S., 1999, Puget Sound aeromagnetic maps and data, U.S. Geological Survey Open-File Report 99—514, [2] — geopubs.wr.usgs.gov/open-file/of99-514
  31. Сайт ESRL — www.etl.noaa.gov/technology/instruments/floe/ (англ.)
  32. U.S. Patent 5989087 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=5989087 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=5989087 (англ.)
  33. U.S. Patent 4862257 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=4862257 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=4862257 (англ.)
  34. U.S. Patent 4964721 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=4964721 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=4964721 (англ.)
  35. U.S. Patent 5442358 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=5442358 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=5442358 (англ.)
  36. U.S. Patent 5353054 — patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=5353054 — www.pat2pdf.org/pat2pdf/foo.pl?number=5353054 (англ.)
  37. 1 2 The Cognitive Autonomous Vehicles of UniBwM: VaMors, VaMP, MuCAR-3 — www.unibw.de/lrt13/tas/medien/elrob2007-universitaetderbundeswehrmuenchen.pdf // Universitaet der Bundeswehr Muenchen 2004
  38. Optech, официальный сайт — www.optech.ca/prodspace.htm
  39. Status report, Advanced Technology Program, National Institute of Standards and Technologies, 1995 [3] — statusreports.atp.nist.gov/reports/91-01-0034.htm [4] — www.atp.nist.gov/eao/sp950-2/chapt6-5.pdf

Данный реферат составлен на основе .

14 стр., 6951 слов

Реконструкция Юга

... 1867 г. республиканцы провели законы, наделившие избирательными правами все мужское население Юга. В период реконструкции около 1500 афроамериканцев было избрано в местные органы власти южных штатов. ... Прокламации об освобождении рабов 1 января 1863 года. Политика Реконструкции была осуществлена после того, как рабовладельческий Юг оказался во власти федеральной армии. Президент Авраам Линкольн во ...