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LiDAR, noto anche come Light Detection and Ranging, è un sistema che combina le tecnologie laser, Global Positioning System (GPS) e Inertial Measurement Unit (IMU) per raccogliere dati e generare precisi modelli di elevazione digitale (DEM). Combinando queste tre tecnologie, LiDAR può localizzare con precisione il punto in cui il raggio laser colpisce un oggetto e raggiungere una precisione di portata centimetrica. I maggiori vantaggi di LiDAR sono la sua precisione ed efficienza operativa.
LiDAR può ottenere in modo accurato e preciso informazioni come la distanza e la velocità di un bersaglio o ottenere l'imaging del bersaglio. Il principio di funzionamento di LiDAR prevede che il raggio laser venga diretto attraverso un'unità di scansione per formare una deviazione dell'angolo del raggio, che interagisce con il bersaglio per produrre echi di riflessione/diffusione. Quando il ricevitore è attivo, i fotoni echeggiati dal percorso originale possono raggiungere il ricevitore. Il ricevitore forma la ricezione del segnale attraverso un fotorilevatore e ottiene informazioni come la distanza e la velocità del bersaglio o ottiene immagini tridimensionali attraverso l'elaborazione del segnale.
LiDAR è costituito da quattro sistemi base: il sistema di emissione laser, il sistema di ricezione laser, il sistema di elaborazione delle informazioni e il sistema di scansione. Questi quattro sistemi lavorano insieme per ottenere una grande quantità di informazioni sulla posizione in un breve periodo di tempo e utilizzano queste informazioni per ottenere una modellazione tridimensionale.
1. Sistema di emissione laser: una sorgente laser aziona periodicamente l'emettitore laser per emettere impulsi laser. Il modulatore laser controlla la direzione e il numero dei raggi laser emessi attraverso un controller del raggio, e il laser emesso viene diretto sull'oggetto target attraverso il sistema ottico di emissione.
2. Sistema di ricezione laser: un fotorilevatore riceve il laser riflesso dall'oggetto target attraverso il sistema ottico di ricezione e genera un segnale di ricezione.
3. Sistema di elaborazione delle informazioni: i segnali ricevuti vengono amplificati, elaborati e convertiti in segnali digitali. Il modulo di elaborazione delle informazioni calcola quindi la forma della superficie, le proprietà fisiche e altre caratteristiche dell'oggetto target per stabilire un modello target.
4. Sistema di scansione: ruota a una velocità stabile per scansionare l'aereo e generare informazioni sulla posizione in tempo reale.
La classificazione del LiDAR viene fatta in base a diversi fattori:
1. Classificazione funzionale e di utilizzo: LiDAR di tracciamento (per la misurazione di distanza e angolo), LiDAR di indicazione del target di movimento (per ottenere informazioni Doppler sul target), LiDAR di misurazione della velocità del flusso (per misurare informazioni Doppler), LiDAR di rilevamento del wind shear, LiDAR di identificazione del target, Imaging LiDAR (per misurare l'intensità riflessa e i segnali di distanza di diverse parti di un bersaglio) e LiDAR con rilevamento delle vibrazioni.
2. Classificazione del sistema di lavoro: LiDAR Doppler, LiDAR per imaging ad apertura sintetica, LiDAR ad assorbimento differenziale, LiDAR a fasi, LiDAR portatile, LiDAR a terra, LiDAR montato su veicolo, LiDAR aereo, LiDAR navale, LiDAR spaziale e LiDAR montato su missili.
3. Classificazione del mezzo di lavoro: LiDAR a stato solido, LiDAR a gas, LiDAR a semiconduttore, LiDAR a stato solido pompato a diodi, ecc.
4. Classificazione della tecnologia di rilevamento: tipo di rilevamento diretto, tipo di rilevamento coerente.
5. Classificazione della piattaforma: LiDAR portatile, LiDAR terrestre, LiDAR montato su veicolo, LiDAR aereo, LiDAR navale, LiDAR spaziale e LiDAR montato su missili, tra gli altri.
Lidar può essere classificato in base a diversi fattori:
1. Funzione e scopo: include radar di tracciamento (per misurazioni di distanza e angolo), radar di indicazione del bersaglio in movimento (per ottenere informazioni Doppler sul bersaglio), radar di misurazione della velocità del flusso (per misurare informazioni Doppler), radar di rilevamento del wind shear, radar di riconoscimento del bersaglio, radar per immagini (per misurare l'intensità della riflessione e la distanza di diverse parti di un bersaglio) e radar per il rilevamento delle vibrazioni.
2. Sistema operativo: include lidar Doppler, lidar per imaging ad apertura sintetica, lidar ad assorbimento differenziale, lidar ad array di fasi, lidar portatile, lidar terrestre, lidar montato su veicolo, lidar aereo, lidar navale e lidar satellitare.
3. Mezzo di lavoro: include lidar a stato solido, lidar a gas, lidar a semiconduttore, lidar a stato solido pompato a diodi, ecc.
4. Tecnologia di rilevamento: include il tipo di rilevamento diretto e il tipo di rilevamento coerente.
5. Piattaforma: include lidar portatile, lidar terrestre, lidar montato su veicolo, lidar aereo, lidar navale, lidar basato e lidar trasportato da missili.
I vantaggi del radar laser includono:
1. Alta risoluzione: il radar laser può raggiungere un'elevata risoluzione angolare, di distanza e di velocità, il che significa che può produrre immagini molto chiare utilizzando tecniche di imaging Doppler.
2. Elevata precisione: i raggi laser si propagano in linea retta, hanno una buona direzionalità, raggi stretti e bassa dispersione, con conseguente elevata precisione.
3. Forte resistenza alle interferenze attive: a differenza dei radar a microonde e a onde millimetriche, che possono essere facilmente influenzati dalle onde elettromagnetiche ampiamente presenti in natura, il radar laser ha poche fonti di interferenza in natura, il che lo rende altamente resistente alle interferenze attive.
4. Ha una risoluzione estremamente elevata di distanza, angolo e velocità: la precisione del rilevamento è entro pochi centimetri, consentendo l'identificazione precisa dei contorni specifici e delle distanze degli ostacoli senza perdere o valutare erroneamente gli ostacoli davanti a sé.
5. Acquisizione ricca di informazioni: il radar laser può ottenere direttamente informazioni quali distanza, angolo, intensità di riflessione e velocità dei bersagli e può generare immagini multidimensionali dei bersagli. I laser ad alta frequenza possono ottenere circa 1,5 milioni di informazioni sui punti di posizione in un secondo, recuperando accuratamente le caratteristiche tridimensionali dell'ambiente circostante utilizzando le informazioni sulla distanza da queste nuvole di punti.
6. Funzionamento per tutte le stagioni: a differenza del radar a onde millimetriche, il radar laser può rilevare corpi umani e il suo raggio di rilevamento è più lungo di quello delle telecamere.
7. Ampio raggio di rilevamento: la lunghezza d'onda del radar laser è nell'ordine di migliaia di nanometri, con buona direzionalità, senza sterzo e senza diffusione con l'aumentare della distanza. Non è limitato da pixel e luce.
