LIDAR

[hamedof 5,183]

[center][b][color=#ff0000]LIDAR[/color][/b][/center]
[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/23~3.jpg[/img][/center]

لیدار (LIDAR) یا در گذشته لادار LADAR ها نوعی سیستم سنجش از راه دور می باشد که از طریق تابش پرتو لیزری بر روی هدف و محاسبه زمان بازتاب می تواند فاصله هدف را تعیین کنید و با دو بار انجام دادن این کار می تواند سرعت جسم مورد نظر را مشخص کند و در نهایت با ادامه تابش ها سیستم های لیدار توانایی ایجاد تصویری سه بعدی از محیط را دارا می باشند .

خود واژه Lidar از ترکیب دو واژه Light به معنای نور و Radar ساخته شده است . اما لزوما چنین اسمی دلیلی برای استفاده از لیزرهای محدوده نور مرئی نمی باشد . زیرا گستره طیف گسیلی لیزر های مورد استفاده در این سامانه ها ما بین محدوده فرابنفش تا قسمت فروسرخ محدوده امواج الکترو مغناطیس می باشد .
اما اینجا برای ما سوالی پیش می آید که لیدار ها دارای چه ساختاری هستند.

اساسا لیدار ها دارای دو دسته بندی کلی هستند.
[center]
[b]Coherent Lidars[/b][/center]
[center][b][url="http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/681px-Starfire_Optical_Range_-_sodium_laser.jpg"][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/thumb_681px-Starfire_Optical_Range_-_sodium_laser.jpg[/img][/url][/b][/center]

این لیدار ها از نوع انرژی مستقیم بوده اند . ساختار آن ها به این صورت می باشد که پرتوهای لیزر در همان راستای اولیه به سمت هدف تابانده می شوند و با استفاده از بازتاب آن ها می توان فاصله و مکان هدف را تشخیص داد . این نوع لیدار ها از اپتیک های خطی استفاده می کنند و فاصله یابی آن ها نیز توسط فرمول های اپتیک خطی پیروی می کنند.

[center]
[b]Incoherent Lidars[/b][/center]

ساختار لیزری این نوع لیدارها نیز مشابه کوهرنت لیدار ها می باشد ، اما به جای استفاده از اپتیک خطی ، از اپتیک های غیر خطی استفاده می شود. به این صورت که پس از ایجاد پرتو لیزر ، این پرتو به سمت اپتیک های غیرخطی هدایت می شوند تا با فرآیندی مکانیکی این پرتو در فضا منتشر شود و قسمت بیشتری از فضا را زیر پوشش خود گیرد . و پس از برخورد این امواج به هدف می توان از هدف مورد نظر تصویری با کیفیت بالا به دست آورد .

اما هر دوی این لیدار ها دارای یک دسته بندی هستند . و آن هم دسته بندی توانی لیزر هاست . در دسته بندی اول لیزرهای میکروپالس قرار می گیرند ، هر پالس این لیزر ها توانی کمتر از میکروژول دارد و هدف توسط این پالس های کم قدرت بمباران می شود تا بتوان از هدف تصویری به دست آورد . اما دسته دوم لیزرهای توان بالاتر قرار می گیرند که استفاده از آن ها برای بررسی شرایط جوی ابر ها ، چگالی ابر ها و ... به کار می رود . استفاده از این لیزر ها شرایط منحصر به فردی دارد و باید در ارتفاعی مناسب نصب شوند ، همچنین برای نزدیک شدن به آن ها باید شرایط ایمنی لیزر ها مانند استفاده از عینک های محافظ را رعایت کرد. این نوع لیدارها در بدترین شرایط جوی نیز به کار خود ادامه می دهند.
[center]
[b]اجزای تشکیل دهنده لیدارها [/b][/center]
[center][b][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/e_lidar_l.jpg[/img][/b][/center]

[b]1-لیزر[/b]

معمولا لیزرهای مورد استفاده این نوع سیستم های سنجش از راه دور لیزرهایی با طول موج بین 600-1000 نانومتر می باشد . لیزر های در این رنج بسیار ارزان قیمت می باشند اما باید در نظر داشت که این محدوده از امواج به راحتی توسط چشم جمع آوری می شوند و می توانند آسیب های جبران ناپذیری را به چشم وارد کند لذا برای جلوگیری از ایجاد آسیب های چشمی از توان های پایین این لیزر ها استفاده می شود .

جایگزینی که در توان های بالا برای این لیزرها در نظر گرفته شده است ، لیزرهایی با طول موج 1550 نانومتر است زیرا این امواج توسط چشم جذب نمی شوند و میتوان استفاده از آن ها در توان های بالا نیز استفاده کرد . بیشترین کاربرد این طول موج در امور نظامی است زیرا توسط دوربین های دید در شب قابل رویت نیستند بر خلاف دیگر طول موج نظامی 1000 نانومتر (منابع دیگر : 904 نانومتر) . بهترین کاربرد طول موج 1550 نانومتر برای استفاده در برد های زیاد است.

همانطور که می دانیم در تصویر برداری های هوایی می توان از لیدار ها به جای رادار های SAR استفاده کرد و طول موجی که عموما برای اینکار استفاده می شود 1064 نانومتر یا همان خروجی اولیه لیزرهای حالت جامد Nd:YAG می باشد . البته برای عمق سنجی و تصویر برداری اعماق دریا از هارمونیک دوم یا فرکانس تقویت شده Nd:YAG در طول موج 523 نانومتر می توان استفاده کرد (همینطور در صورتی که افراد اپراتور دارای پوشش محافظ چشم باشند می توان از این طول موج برای استفاده هوایی و در شرایط بد آب و هوایی نیز استفاده کرد). دلیل اصلی این این است که در طول موج 532 نانومتر میزان کمتری از شدت تابش پرتو کاسته میشه و بهتر می تواند در عمق نفوذ کند .

در سیستم لیزری همیشه یک کنترل کننده وجود دارد که میزان توان ، سرعت و دیگر پارامترهای مربوط به لیزر را کنترل می کند . در اینجا علائه بر پارامترهای عادی قسمتی وجود دارد که سرعت جمع آوری اطلاعات را نیز برای ما اندازه گیری و کنترل می کند ، هرچه پالس های کوچکتری مورد استفاده قرار گیرد تصویر بهتری می توان از خروجی دریافت کرد .

[b]2-اپتیک و سیستم اسکنینگ و آشکارسازهای نوری[/b]

پس از ارسال پالس های کوتاه لیزر بر روی سطح نیاز است تا این امواج برگشتی از سطح مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرند. برای این کار جستجوگرهای لیزری (آشکارسازهی نوری حالت جامد) و سیستم های اپتیکی ابتدا این امواج را دریافت می کنند. این قسمت نیازمند دقت و فناوری بالایی است زیرا سیستم اسکینگ باید به دقت زمان و نوع موج رو تشخیص داده و اینجاست که اطلاعات اولیه ما آماده است برای پردازش اطلاعات .

[b]3- الکترونیک لیدار[/b]

در این قسمت است که پردازشگر و دیگر سیستم های الکترونیکی مورد نیاز قرار می گیرند . وظیفه این قسمت دریافت اطلاعات جستجوگرها ، پردازش دیتا و ارائه تصویری نهایی از محل مورد نظر می باشد.

[b]4- سیستم موقعیت یابی[/b]

همیشه لیدار ها به یک سیستم موقعیت یابی جهت محاسباتی نظیر مکان فعلی ، سرعت حرکت ، زاویه با افق (ژیروسکوپ ها) می باشد . این اطلاعات برای ثبت نقشه مکان مورد نظر و یا محاسبه ارتفاع هدف مورد نظر ما بسیار مهم است زیرا بدون این اطلاعات تصویر خروجی لیدار ها نا دقیق می شوند. حداقل نیاز به ژیروسکوپ می باشد.
در شکل زیر می تونید نحوه پردازش یک موج و نحوه دریافت اون رو مشاهده کنید. حال در سیستم های لیدار واقعی بیش از هزاران پردازش از این دست انجام می شود.








[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/pals2.jpg[/img][/center]
[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/pals1.jpg[/img][/center]


[b]کاربرد ها[/b]


استفاده از لیدارها به عنوان نوعی سیستم TERCOM کاملا دقیق .
نقشه برداری سه بعدی هوایی از زمین و عمق دریا .


[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/lidar_schematic.jpg[/img][/center]





[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/Terrestrial_Lidar_Scan.jpeg[/img][/center]

رامان اسپکترومی سطح زمین با استفاده از لیزر های تار رامان.
علم هواشناسی : بررسی ابر ها ، هوا ، مواد معلق در هوا و چگالی آن ها
[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/W020110107370713946621.jpg[/img][/center]
[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/windenergy-lidarPrincipal-001.jpg[/img][/center]
[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/LIDAR2.jpg[/img][/center]

سیستم هواپایه تشخیص معادن.
سنسورهای هوایی lidarتوسط کمپانی‌هایی برای مشاهدات دوردست ناحیه برای ایجاد ابرهای نقطه‌ای برای پردازش‌های آینده استفاده می‌شود به طور مثال در جنگل داری.
[b]پرواز یک بوئینگ AH6 به وسیله سیستم لیدار![/b]


[b]اما دلیل استفاده از این سامانه به جای رادار ها چیست ؟[/b]
با اینکه رادار ها به دلیل شناسایی همزمان چندین هدف و انتخاب بهترین هدف با توجه به سرعت و یا میزان بازتاب امواج راداری، هنوز بسیار قابل اعتماد هستند و دارای امکان استفاده در شرایط مختلفی نظیر ( ایستگاهی ، در حال حرکت و هواپایه و ...) هستند ، اما دارای معایبی هستند از جمله اینکه:

نزدیک به 2 ثانیه زمان برادر انجام قفل راداری نیاز دارند .
در هنگام پخش امواج در فاصله 200 پایی(قطر) امواج بیش از 50 پا گسترده شده اند و باعث می شود تا انرژی امواج کمتری به هدف برخورد کنند و نهایتا انرژی موجی بازگشتی بسیار پایین خواهد بود لذا در فواصل طولانی قابلیت کشف اهداف رادارگریز را دارا نمی باشند .
منابع اختلال راداری بسیار زیاد می باشند و این اخلال گر ها می توانند مانع انجام کار رادار شوند .
spectral width در حد گیگاهرتز

[b]در مقابل این معایب رادار ها ، لیدار ها دارای مزایایی می باشند که به آن اشاره می کنیم:[/b]

1-زمان قفل کمتر ( دو حدود 3/1 ثانیه ، 6 برابر سریع تر از رادار ها
2-گستره شدن امواج لیدار ها در برد 2000 پایی در حدود 6 پا می باشد .
3- اخلال لیدار ها نیز بسیار مشکل می باشد و دلیل آن ها استفاده تجهیزات اپتیکی آن هاست که مختل کردن آن ها بسیار مشکل می باشد .
4- Spectral width امواج در حدود مگاهرتز .
5-Temporal Coherence بالای امواج لیدار (تایم برست امواج فوق العاده پایینه )

[b]اما لیدارها نیز مشکلاتی را با خود به همراه دارند :[/b]

نور بسیار شدید خورشید (مناطق بیابانی ) می تواند مشکل ساز باشد.
گرد و غبار و بخار آب موجود در فضا می تواند بر برد موثر لیدار تاثیر گذار باشد.
سطوح گرد ، سیاه ، آبی و بنفش بازتاب کمی دارند . ( البته در این مورد به دلیل انرژی بالای رسیده به خود هدف انرژی موج بازگشتی به اندازه ای خواهد بود که هدف کشف شود).

لذا با توجه به مباحث فوق توصیه می شود در سیستم های پدافندی از هر دو نوع سیستم به صورت مکمل یکدیگر استفاده شود تا بتوان برد برد ، سرعت قفل ، قابلیت شناسایی اهداف رادارگریز و ... را به دست آورد.

[center][url="http://gallery.military.ir/albums/userpics/10206/LIDAR.pdf"][b][color=#0000cd]PDF[/color][/b][/url]
[/center]
[center][color=#ff0000][b]نویسنده : حامد فاتحی[/b][/color][/center]
[center][color=#ff0000][b]هرگونه استفاده از این مطلب بدون درج نام نویسنده و منبع آن شرعا و قانونا حرام است.[/b][/color][/center]

[center][color=#0000cd][b]فقط برای میلیتاری [/b][/color][/center] ویرایش شده در مرداد 92 توسط hamedof

[Marine101 2,788]

میتونی ببینی، تاریخچه ی تئوریش، به کی و کجا بر میگرده؟؟؟

[hamedof 5,183]

اوایل دهه 60 .... توی تاپیک دیگه هم مطرح کردم ! مبانی لیزرها یکیه فقط در فیلدهای جدیدی این تکنولوژی استفاده میشه ! مبانی اصلیش که همون لیزر و اپتیکه ... که برمیگرده به اوایل قرن بیستم.. ویرایش شده در مرداد 92 توسط hamedof

[Marine101 2,788]

[quote name='hamedof' timestamp='1375898005' post='327842']
اوایل دهه 60 .... توی تاپیک دیگه هم مطرح کردم ! مبانی لیزرها یکیه فقط در فیلدهای جدیدی این تکنولوژی استفاده میشه ! مبانی اصلیش که همون لیزر و اپتیکه ... که برمیگرده به اوایل قرن بیستم..
[/quote]
داداش درسته بی سوادیم ولی نه تا این حد...
خود لیدار رو میگم، مگه نمیخوای بحث کنی سرش؟
بد نیست بدونیم از کجا شروع شده، شرکتی، دانشگاهی، چیزی...

[hamedof 5,183]

اولین بار توسط سازمان ملی پژوهش‌های جوی آمریکا واقع در کلورادو برای مطالعه روی سنگ های آسمانی این لیدارها مورد استفاده قرار گرفت اما دید عمومی تر زمانی ایجاد شد که در پروژه آپولو 15 فضانوردان از این لیدارها برای نقشه برداری از سطح ماه استفاده کردند . من که مشکلی با بحث کردن در موردش ندارم اگه دوستان شرکت کنند...

[majid363 3,583]

یک سوال
این وسایل چه طوری فاصله را انداره گیزی می کنند
یعنی یک ساعت دارند میاد زمان رفت و برگشت را حساب می کنه
یا نه
اختلاف زاویه موج رفت و موج برگشت ( هر دو تا سینوسی هستند) را اندازه گیزی می گنن و با توچه به طول موح فاطله را بدست می ارن

[hamedof 5,183]

[quote name='majid363' timestamp='1375899316' post='327852']
یک سوال
این وسایل چه طوری فاصله را انداره گیزی می کنند
یعنی یک ساعت دارند میاد زمان رفت و برگشت را حساب می کنه
یا نه
اختلاف زاویه موج رفت و موج برگشت ( هر دو تا سینوسی هستند) را اندازه گیزی می گنن و با توچه به طول موح فاطله را بدست می ارن
[/quote]

البته داخل متن و شکل ها نشون داده شده و گفته شد که :

لیدار (LIDAR) یا در گذشته لادار LADAR ها نوعی سیستم سنجش از راه دور می باشد که از طریق تابش پرتو لیزری بر روی هدف و محاسبه زمان بازتاب می تواند فاصله هدف را تعیین کنید و با دو بار انجام دادن این کار می تواند سرعت جسم مورد نظر را مشخص کند/// پالس رو ارسال می کنه و به محض دریافت بازتاب اون در آشکارسازهای نوری زمان رو محاسبه می کنه و باقی ماجرا.... ویرایش شده در مرداد 92 توسط hamedof

[100 2,717]

سلام
پی دی اف !؟

[Marine101 2,788]

در حوزه ی هوانوردی تا حالا به عنوان جایگزین رادار استفاده شده یا نه؟

[majid363 3,583]

یک سوال دیگه با توجه به سرعت نور که 300000 کیلومتر بر ثاتیه هست
از چه روشی برای اندازه گیری دقیق زمان استفاده می کنه ؟؟؟
فرضا فاصله 5 کیلومتر یاشه و سطح ما هم 100 متر ارتفاع داشته باشه حدود 16 میکرو ثانیه طول می کشه تا موح برسه
خیلی باید اندازه گیری دقیق باشه

[hamedof 5,183]

[quote name='100' timestamp='1375899742' post='327859']
سلام
پی دی اف !؟
[/quote]
اضافه شد به پست اول...



[quote name='majid363' timestamp='1375899846' post='327861']
یک سوال دیگه با توجه به سرعت نور که 300000 کیلومتر بر ثاتیه هست
از چه روشی برای اندازه گیری دقیق زمان استفاده می کنه ؟؟؟
فرضا فاصله 5 کیلومتر یاشه و سطح ما هم 100 متر ارتفاع داشته باشه حدود 16 میکرو ثانیه طول می کشه تا موح برسه
خیلی باید اندازه گیری دقیق باشه
[/quote]
بله دیگه این علم الانه... این دقت هم مربوط به میشه به دقت photodetector ها و لیزر اسکنرها ... البته خطایی مربوط به زمان اندازه گیری هم وجود داره که اون رو با چند تست اولیه و محاسبه زمان اندازه گیری و کسر اون از زمان دیده شدن نور زمان واقعی رفت و برگشت نور محاسبه میشه ...
دقیقا این اتفاق در دوربین های فاصله یاب لیزری هم میفته و چیز زیاد خاصی هم تازه این حساب نمیشه ....


[quote name='013579' timestamp='1375899831' post='327860']
در حوزه ی هوانوردی تا حالا به عنوان جایگزین رادار استفاده شده یا نه؟
[/quote]

طبق گفته ویکی پروژه های نظامی مربوط به این لیدارها طبقه بندی شده هستند و اطلاعاتی ازشون موجود نیست ...

اگه دقت کنی هم عکس فقط از عکسهای گرفته شده لیدارها موجوده .... کمتر عکسی از خود این سیستم ها منتشر شده مگر عکس های قدیمی....

البته به احتمال زیاد برای tercom استفاده میشه چون با همین سیستم همانطور که عرض شد بالگرد رو بدون سرنشین کردند... ویرایش شده در مرداد 92 توسط hamedof

[Marine101 2,788]

راستش من تو این کره ی خاکی هر چی از این چیزها می دونم بر میگرده به چهارپای قندهار، میترسم بحث رو منحرف کنم...

[cheka 15,065]

با تشکر

اگر ممکن هست در مورد ساختار فرستنده گیرنده ی این سیستم هم توضیح دهید ، با توجه به اینکه موج انتشاری از یک شلیک کننده ی لیزری کاملا Coherent هست ، برای مقاصد جستجوی هوایی (اسکن) کردن که نیاز به پوشش دادن سطح وسیعی توسط امواج هست ، آیا از یک آرایه از شلیک کننده های لیزری استفاده میشود یا از یک لیزر با قطر بزرگ ؟

[hamedof 5,183]

[quote name='cheka' timestamp='1375906722' post='327909']
با تشکر

اگر ممکن هست در مورد ساختار فرستنده گیرنده ی این سیستم هم توضیح دهید ، با توجه به اینکه موج انتشاری از یک شلیک کننده ی لیزری کاملا Coherent هست ، برای مقاصد جستجوی هوایی (اسکن) کردن که نیاز به پوشش دادن سطح وسیعی توسط امواج هست ، آیا از یک آرایه از شلیک کننده های لیزری استفاده میشود یا از یک لیزر با قطر بزرگ ؟
[/quote]
راستش شدیدا اطلاعات کمی داخل اینترنت موجوده و تقریبا تصویری از تجهیزات نظامی لیدار ها نمی تونید پیدا کنید ! این خودش حاکی از تکنولوژی بالا و انحصاری اون داره اما چیزی که طبق متون دستگیر من شد اینه که ظاهرا برای پوشش بیشتر 100 ها هزار پالس رو به صورت آرایه ای به قول شما شلیک می کنه و بازتاب همه رو توسط یک تلسکوپ جمع آوری می کنه . اون قضیه اپتیک غیر خطی هم همینه یعنی به جای اینکه یک خط کوچیک از پرتو شلیک بشه این پرتو ها توسط یک اپتیک واگرا کننده پرتوها رو گسترش میده ...تا سطح مقطع بیشتری رو پوشش بده ، چیزی در حد 40 درجه یعنی در برد 2000 پایی گسترش امواج باید در حدود 20 پا باشه ... نتیجه گیری شخصیه منه .... فرستنده هم همون نشانه گذار Nd:YAG هستش که داخل اون تاپیک لیزرهای حالت جامد در موردش بحث کردم ، اما در مورد گیرنده ها جای کار هست ....البته حتما خودم بیشتر در موردش تحقیق خواهم کرد و نتایج رو اینجا خواهم گفت ! ویرایش شده در مرداد 92 توسط hamedof

[Stuka 8,826]

[quote]
از چه روشی برای اندازه گیری دقیق زمان استفاده می کنه ؟؟؟
فرضا فاصله 5 کیلومتر یاشه و سطح ما هم 100 متر ارتفاع داشته باشه حدود 16 میکرو ثانیه طول می کشه تا موح برسه
خیلی باید اندازه گیری دقیق باشه
[/quote]

در ليدار و رادار مصافت از راه اندازه گيري زمان بدست نمياد.
بلکه از روش اختلاف فاز استفاده ميشه. موج برگشتي بسته به فاصله هدف
داري اختلاف فازي با موج اصلي فرستنده هست هر دو سيگنال با هم جمع AND
ميشند و در نهايت به يک ولتاژ تبديل ميشند که اندازه اين ولتاژ اختلاف فاز و در واقع
فاصله جسم رو نشون ميده.